基于S7-300 PLC的Simulink在线上下水箱液位串级控制——Simulink在线控制程序设计

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院（系）：电子与电气工程系专业：自动化学生：指导教师：完成日期2011 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）基于S7-300 PLC的Simulink在线带进水纯滞后单容水箱液位控制——控制程序设计Tank Level Control Design Based on Simulink on-line Water of S7-300 PLC with Pure Delay—Control Program Design总计：毕业设计（论文）28页表格：0 个插图：17 幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）基于S7-300 PLC的Simulink在线带进水纯滞后单容水箱液位控制——控制程序设计Tank Level Control Design Based on Simulink on-line Water of S7-300 PLC with Pure Delay—Control Program Design学院（系）：电子与电气工程系专业：自动化学生姓名：学号：96106028指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：南阳理工学院Nanyang Institute of Technology基于S7-300 PLC的Simulink在线带进水纯滞后单容水箱液位控制——控制程序设计自动化专业［摘要］根据S7-300PLC模块化编程的特点，设计了OB1、OB35、OB100三个组织块来实现控制功效。

将FB41 PID调节模块放在OB1模块中，并进行参数设定及调节。

设置500ms定时中断，在定时中断服务程序OB35中进行滞后补偿算法的计算，而后利用得出的结果进行系统滞后补偿。

由于滞后补偿是在不断进行中的，采集的数据就要不断的存储再采集，设计了一个队列数据结构。

队列的操作也放在OB35中进行，具体的队列操作封装在FB1模块中。

利用OB100模块清除上一次运行时存储的数据。

电气工程与自动化学院基于S7-300PLC和WINCC组态的单容水箱液位控制摘要本文以西门子S7-300PLC为主要控制器，单容水箱液位为控制对象，设计了一个单闭环单容水箱液位定值控制系统，液位信号通过液位变送器变送至PLC，经过PLC中PID 智能控制算法对数据进行处理，输出控制信号经过D\A转换控制执行机构变频器，进一步控制压力泵，从而使液位达到预期给定值。

并运用西门子WINCC flexible SMART触摸屏系列组态产品，为系统设计了界面良好的人机界面，实现对整个系统的实时监控。

关键词：单容水箱；液位控制；PLC；WINCC flexible PID第一章引言1.1课题简介过程控制是自动化技术的一个重要应用领域，它是指对液位，温度，配比，流量，压力等过程量的实时监控。

在冶金，机械，化工，电力等方面得到了广泛的应用。

尤其是水位控制技术在现实生活，生产中发挥了重要的作用；比如民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民用水，过高又会导致成本的增加或者降低系统经济效益。

此外工矿企业的排水与给水，如果排水与给水控制失调，则会影响车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，可能会导致锅炉内部温度过高，可能引发生产事故，此外还有精馏塔液位的控制等等。

而对这些过程量的传统控制方法基本上都是依靠高强度的人力劳动，或者传统的模拟仪表（指针式，浮子式，磁电式，接近开关，电容式等）来显示控制被控对象的当前值，但是这些传统的控制有其显著的缺点：对操作人员的要求高，人机界面不友好，控制精度不够高，特别是当系统的模型或者某些参数发生变化后，系统的可靠性，稳定性都无法得到保证，所有这些需要迫切解决的问题催生了21世纪以来的各种智能控制技术的迅猛发展，其中一项就是PID先进控制技术，这一技术以其灵活，易操作，控制性能优良而广泛应用于各个生产领域，因此研究PID在液位控制方面的应用具有很高的使用价值。

另一方面，PLC的出现打破了传统的继电器控制系统局面，不但如此，被称为“工业界的蓝领计算机”的PLC自1968年诞生以来，经过不断地创新与发展，尤其是PLC被应用到计算机，通信，自动控制等领域，使得PLC不但能够完成简单的逻辑运算，在模拟量控制，网络通信，HMI等的领域也是越来越广泛和深入，并集三电（电控装置，电仪装置，电气传动控制装置）于一身，使得PLC在工厂中倍受欢迎，用量高居首位，成为现代工业自动化的三大支柱（PLC，机器人，CAD\CAM），这些都预示着PLC在未来的广阔前景，加之近年来西门子提出的TIA（全集成自动化）思想在工业应用中日益广泛。

本次组态软件需要使用的功能有，首先，学会如何使用项目管理包括备份和 调入等；完成设备通讯的设计，主要包括S7TCP驱动安装、启动驱动、定义设 备数据表、监视设备数据表，设备数据表的定义至关重要，它是直接和我们的程
基于S7-300双容水箱液位控制系统
序控制连接起来的纽带；紧接着就是画面制作了，按照设计的需求绘制一个相对 美观的界面，然后添加一些静态文本、按键、文本框、曲线图、柱状图等，从而 构成一个完整的控制界面；选择相应的画面，启动画面显示。
关键词：流量液位计；
WINCC
基于S7-300双容水箱液位控制系统
第1章引言1
1.1.设计任务1
1.2.设计过程1
1.3.设计主要内容1
1.3.1.硬件模块设计1
1.3.2.组态软件选择考量1
1.3.3.基于STEP-7的程序设计2
1.3.4.综合设计2
第2章硬件选型3.
2.1.硬件选型3
2.2.选型步骤3
总的来说，这三个控制目标虽然各有不同， 但是所使用的控制算法， 实现方式不尽相同， 是以这三种控制目标其实是可以当做一种情况而言的。至于算法方面，PID作为经典应用算
法，它所能实现的控制完全能够实现该场合。
通过给定控制目标，PLC经由AD采集模块获取当前的数据， 将当前数据转化为可视的 物理单位（流量，液位，压力）再根据PID控制算法确定给定量， 通过DA输出到执行器中， 实现一个闭环控制。 在这过程当中，为了使得操作人员更方便更直观的知道当前的控制目标 的动态情况，采用组态软件进行电脑监控， 同时使用液晶屏控制终端， 实现方便快捷的控制。 通过组态界面，操作人员能很清楚的知道当前控制目标的各项动态情况，实现各种控制要求。
1.34综合设计

基于S7—300PLC和组态王软件的单容水箱液位控制系统作者：张晓萍来源：《现代信息科技》2019年第03期摘要：本文结合目前我院电气工程系PLC教学中存在的无控制对象、不够直观等问题，通过对组态软件技术特点的分析，以单容水箱液位控制为例，借助组态王的组态技术来实现PLC虚拟控制系统的实验教学，为PLC的教学提供了新方法，从而达到了理论联系工程实际的目的。

关键词：PLC；组态软件；单容水箱中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）03-0043-02Single Tank Level Control System Based on S7-300PLC and Kingview SoftwareZHANG Xiaoping（Yunnan Vocational College of Mechanical and Electrical Technology，Kunming 650203，China）Abstract：This paper combines the problems of uncontrolled objects and inadequate intuition existing in the teaching of PLC in the Department of Electrical Engineering of our college. Through the analysis of the technical characteristics of configuration software，taking the liquid level control of single tank as an example，the experiment teaching of the virtual control system of PLC is realized by the configuration technology of Kingview，which provides a new method for the teaching of PLC and achieves the goal of integrating theory with engineering practice.Keywords：PLC；configuration software；single tank0 引言PLC應用技术是一门理论与操作性都很强的课程，PLC是专为工业环境下应用而设计的工业控制电子装置。

电气工程与自动化学院数控技术课程实践题目：水箱液位控制系统专业班级：xxx学生：xx指导老师：xxx日期：xxx摘要水箱作为工业控制当中经典控制对象，它所涉及的行业围广，应用多，控制要求高，是当前工控行业比较常见的课题。

这之中它所包含的控制目标多种，有流量，液位，压力等控制目标。

总的来说，这三个控制目标虽然各有不同，但是所使用的控制算法，实现方式不尽相同，是以这三种控制目标其实是可以当做一种情况而言的。

至于算法方面，PID作为经典应用算法，它所能实现的控制完全能够实现该场合。

通过给定控制目标，PLC经由AD采集模块获取当前的数据，将当前数据转化为可视的物理单位（流量，液位，压力）再根据PID控制算法确定给定量，通过DA输出到执行器中，实现一个闭环控制。

在这过程当中，为了使得操作人员更方便更直观的知道当前的控制目标的动态情况，采用组态软件进行电脑监控，同时使用液晶屏控制终端，实现方便快捷的控制。

通过组态界面，操作人员能很清楚的知道当前控制目标的各项动态情况，实现各种控制要求。

关键词：流量液位计；PLC ；人机界面；控制系统; 流量液位调节; PID控制 WINCC；杰控；双容水箱。

目录第1章引言 (1)1.1.设计任务 (1)1.2.设计过程 (1)1.3.设计主要容 (1)1.3.1.硬件模块设计 (1)1.3.2.组态软件选择考量 (1)1.3.3.基于STEP-7的程序设计 (2)1.3.4.综合设计 (2)第2章硬件选型 (3)2.1.硬件选型 (3)2.2.选型步骤 (3)2.3.选型的结果 (4)2.4.选型的技术参数 (4)第3章硬件结构设计 (5)3.1.整体结构设计 (5)3.2.硬件连接图 (5)3.3.系统I/O分配表 (6)3.4.硬件组态和变频参数设置 (6)3.4.1.硬件组态设置 (6)3.4.2.变频器参数设置 (7)第4章软件设计 (9)4.1.软件整体构架 (9)4.2.组态软件设计 (9)4.3.STEP-7控制程序设计 (15)4.3.1.单环控制程序 (16)4.3.2.双环控制程序 (18)第5章整体调试 (24)5.1.组态调试 (24)5.2.软件调试 (24)5.2.1.参数整定 (24)第6章总结 (26)6.1.最终存在的问题以及解决方案考量： (26)6.2.项目的实现心得 (26)参考文献 (29)第1章引言1.1.设计任务本次课程设计是以西门子S7-300 PLC作为控制器，实现双容水箱液位控制。

2 基于 S7-200PLC 的 PID 控制实现
2.1 程序流程图 根据双容水箱液位串级控制的要求， 设计程序流程图
如 图 3 所 示 ，然 后 在 STEP7-Micro/WIN 中 编 写 程 序 ，通 过 不 断的调试和修改使程 序达到控制要求[3]。
图 3 PID 程序控制流程图 Fig. 3 Flow chart of PID program control 2.2 PID 控制实现 PID 控 制 通 过 西 门 子 S7-200 控 制 器 实 现 ， 在 STEP7Micro/WIN 中, PID 回 路 控 制 指 令 运 用 回 路 表 中 的 输 入 与 组 态信息，进行 PID 运算。 为了让运算以预想的采样频率工作，
串级控制系统主、 副控制器的参数整定方法主要有两步 整定法和一步整定法。 考虑到液位串级控制只需满足主变量 中水箱液位定值控制以及两步整定法需寻求 两个 4:1 的 衰 减 振荡过程，比较繁琐，该液位串级控制系统主、副控制器的参 数 整 定 采 用 一 步 整 定 法 。 所 谓 一 步 整 定 法 ，就 是 根 据 经 验 先 将 副控制器一次放好，不在变动，然后按一般单回路控制系统的 整 定 方 法 直 接 整 定 主 控 制 器 参 数 ，具 体 整 定 步 骤 如 下 [6-7]：
调节过程的动态性能。 本文针对上水箱中水箱液位串级控制系统， 以西门子
PLC 为 控 制 器 ， 通 过 编 程 实 现 液 位 串 级 控 制 系 统 的 PID 算 法，制作 MCGS 了组态监控画面，并在该 环境下 进 行 调 试 ，确 定了满足控制要求的 PID 参数。
1 控制系统设计方案及组成
structurediagramcontrolsystem液位变送器将检测的液位转换为420ma的信号通过plc的模拟量模块em235实现转换将采集的信号转换成模块中对应的数字量40032000plc控制程序对入信号采样与设定值比较并进行pid运算从而输出数字控再经模块em235将其转换为420ma信号给电动调节阀以此来调节水箱的液位使其保持在要求的范围内基于s7200plcpid控制实现pvn分别为第pid回路指令包含比例积分微分回路可以用来进行pid运算

目录1、设计目的*************************************************2、设计任务和技术要求*************************************** 2.1、设计任务*********************************************2.2、技术要求*********************************************3、设计正文************************************************* 3.1硬件设计************************************************3.1.1 S7-200 PLC简介************************************3.1.2 方案设计****************************************** 3.2 软件设计**********************************************3.2.1 系统分析******************************************3.2.2 系统实施及程序************************************3.3监控组态设计******************************************4、设计心得************************************************5、参考文献*************************************************6、指导老师评语*********************************************1.设计目的1．加深学生对计算机控制技术理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力；2．PLC可编程序控制器广泛地应用于工业生产过程的自动控制领域, 使得工业自动化程度和生产效率得到极大的提高，通过PLC应用系统的设计，提高学生对实际问题的分析和解决能力；3．培养学生根据系统要求,编制相应的控制程序,再在设备上进行调试和检验的能力, 由于整个过程相当于在工程现场完成一个小型的工程项目,这对于加深理解计算机控制技术的理论,熟练掌握可编程序控制器的使用和操作方法,加快学习梯形图语言的速度,以及建立工业控制系统概念、积累工程现场经验、培养动手能力等方面都有较大的帮助；4．培养分析问题、解决问题的独立工作能力，学会实验数据的分析与处理、编写设计说明书和技术总结报告。

水箱液位串级控制系统流程及结构框图
2）控制规律
本设计采用的是工业控制中最常用的PID控制规律， 内环与外环的控制算法采用PID算法，PID算法实现简单， 控制效果好，系统稳定性好，外环PID的输出作为内环的 输入，内环跟随外环的输出。在工程实际中，应用最为广 泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。它结构简单，参数易于调整，在长 期的应用中积累了丰富的经验。其主要特点是： (1)技术成熟；PID调节是连续系统理论中技术最成熟、 应用最广泛的控制方法，它的结构灵活，不仅可实现常规 的PID调节，而且还可根据系统的要求，采用PI、PD、带 死区的PID控制等； (2)不需求出系统的数学模型； (3)控制效果好。虽然计算机控制是非连续的，但由于 计算机的运算速度越来越快，因此用数字PID完全可代替 模拟调节器，并且能得到比较满意的效果。Fra bibliotek 1) 项目建立
2) 驱动连接
在WINCC主界面中打开变量管理器，选中 “SIMATIC S7 Protocol Suite.CHN”项，如图所示 ：
选中该选项的PROFIBUS，“新建驱动程 序连接”即可，如图所示：
3）变量定义
双击“s7sim”选项，在弹出的对话框中选择 组态“新建变量”即可，如图示：
课题研究的目的、意义
液位控制问题是工业生产过程中的一类常 见问题，例如在饮料、食品加工、溶液过建， 化工生产等多种行业的生产加工过程中都需要 对液位进行适当的控制，以PLC和组态软件为 基础，可以组成从简单到复杂的各种工业控制 系统 。本文正是基于上述思路，设计开发了基 于STEP7和WINCC的液位串级控制系统。该系 统简单可靠，可以实现对串级双容水箱液位的 定值控制。

基于西门子s7—300PLC的水处理自动控制系统摘要在水厂中为了满足水处理自动控制系统的要求，在物化法处理工艺的基础上，采用水厂源水浊度控制方案，设计出系统核心为西门子S7- 300 PLC 的自动控制系统。

实现自动控制整个污水处理厂各构筑物设备，提高了污水处理的自动化程度和设备利用率。

本文内容主要涉及水处理自动控制系统的结构设计、西门子s7-300PLC在系统中的应用、上位监控系统软件的设计。

关键词水处理；监控系统；污水处理厂；S7-300 PLC；自动控制系统随着社会的不断发展，日益增多的生活污水排放，给人们带来一些烦恼。

在大多数城市中污水处理厂显得越来越重要，其主要作用是保护有限的水资源，所以自动化程度对于污水处理厂而言越来越重要，水处理系统的可靠性、产率、性能的提高都需要先进的自动控制技术。

作为连续批量生产而又复杂的水处理过程，通过引进基于西门子s7-300PLC的水处理自动控制系统，增加水处理系统的稳定性，并且使启动过程加快、操作成本降低。

1 系统结构设计1）由一个控制中心站、消毒渠控制站、和3个PLC控制站共同组成自动控制系统，其中3个PLC 控制站包括污泥脱水处理、生物处理和一级预处理三个过程。

环形光纤工业以太网是系统通讯所采用的方式，100/1000Mb/s为通讯速率。

2）“提升水位→絮凝→澄清→消毒→加压”是水处理工艺流程的五个环节，从而实现源水的水质优化。

2 西门子s7-300PLC在系统中的应用1）按照分布式系统结构整个自动控制系统分为三层：中央控制层（上位机或操作站）、现场控制层（下位机）、现场执行层，这种分层实施是从经济性、易维护性、角度、可靠性出发的，最主要是考虑到水处理的流程和特点。

2）系统中的下位机采用西门子S7- 300 PLC。

按照污水处理流程，数据处理和采集采用一台PLC，由加药房、加压站、反洗站、加氯间分别来负责相应的过程，与上位机的数据通讯通过工业以太网来实现。

毕业设计（论文）-基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计2007届毕业设计说明书基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计系、部: 电气与信息工程系学生姓名:指导教师: 职称讲师专业: 自动化班级: 自本0703 完成时间: 2011.5.20摘要本文介绍了一种基组态软件WINCC和西门子STEP 7的双容水箱的液位串级控制系统的设计过程。

本方案利用WINCC良好的人机界面、数据采集功能，并结合STEP 7环境编程的便利性，采用可靠的MPI接口建立WINCC和PLC、双容水箱之间的数据通讯。

利用WINCC开发服务器端画面，在PLC客户端环境中编写控制程序，最终实现对水箱液位的精确控制。

实验结果表明，此方法使用简单可靠，可广泛应用于工业生产过程中的液位控制问题。

此系统同样可以满足工厂对控制系统的需求,有着巨大的应用前景。

关键词组态软件;PLC;水箱液位;串级控制系统ABSTRACTThis article describes the configuration software based on the WINCC and Siemens STEP7 tank liquid level PID control experimental platform design process. The program used WINCC good man-machine interface, data acquisition capabilities, combined with the convenience of STEP 7 programming environment, using MPI interface to establish a reliable configuration software WINCC and the PLC, double data communication between the tank. Development of server-side with Configuration software WINCC, the client environment in the PLC control program written, and ultimately the precise control of the water tank level. Experimental results show that this method is simple and reliable, can be widely used in industrial production process liquid level control problem. The system also meets the needs of the factory on the control system has a great prospect.Key words Configuration software;PLC;water tank;Cascade Control System1目录1 绪论 (3)1.1 过程控制系统的发展概况及趋势 (3)1.2 PLC的发展概况及趋势 (4)1.3 组态软件的发展概况及趋势 (4)1.4 各章节主要内容..............................................................................5 2 水箱液位串级控制系统总体设计 (6)2.1 现场系统组成 (6)2.2 双容水箱控制系统结构 (8)2.3 串级控制系统 (10)2.4 控制规律....................................................................................11 3 控制系统设计 (14)3.1 S7-400PLC概述 (14)3.2 STEP 7软件的介绍 (14)3.3 硬件组态 (15)3.4 创建数据块DB41 (20)3.5 创建功能块FB41 (20)3.6 创建组织块OB35 (21)3.7 通信设置…………………………………………………………………………223.8 程序下载....................................................................................23 4 监控程序的设计 (24)4.1 WINCC简介 (24)4.2 监控界面的设计...........................................................................25 5 水箱液位串级控制系统调试 (32)5.1 FCS系统实物调试 (32)5.2 PLCSIM离线仿真调试.....................................................................33 结束语 (35)参考文献.............................................................................................36 致谢 (37)21 绪论液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题，例如在饮料、食品加工，溶液过建，化工生产等多种行业的生产加工过程都需要对液位进行适当的控制。

课题基于Matlab和Simulink可视化水箱系统控制目录插图清单 (II)摘要 (III)Abstract ......................................................................................................................................... I V 第1章控制系统仿真描述...................................................................................................... - 5 -1.1系统控制仿真........................................................................................................... - 5 -1.2控制系统的MATLAB计算与仿真 .................................................................... - 5 -第2章过程控制简介.............................................................................................................. - 6 -2.1过程控制定义.............................................................................................................. - 6 -2.2 过程控制目的............................................................................................................. - 6 -2.3 过程控制特点............................................................................................................. - 6 -2.4 过程控制发展与趋势................................................................................................. - 6 -第3章水箱液位控制系统的原理.......................................................................................... - 8 -3.1人工控制和自动控制.................................................................................................. - 8 -3.2水箱液位控制系统原理框图...................................................................................... - 8 -3.3水箱液位控制系统数学模型...................................................................................... - 9 -3.4 水箱液位控制系统的组成........................................................................................- 11 -第4章PID控制简介及其整定方法.................................................................................... - 13 -4.1 系统主程序流程图的设计....................................................................................... - 13 -4.2PID调节的各个环节及其调节过程 .............................................................. - 15 -第5章双容水箱液位控制系统设计.................................................................................... - 17 -5.1 双容水箱结构........................................................................................................... - 17 -5.2 MATLAB 设计系统分析 ..................................................................................... - 18 -5.3双容水箱液位控制系统设计.................................................................................... - 19 -5.4 MATLAB设计内容 .................................................................................................. - 19 -结论和展望.............................................................................................................................. - 27 -致谢.................................................................................................................................. - 29 -插图清单图3-1水箱液位控制系统示意图............................................................................................. - 8 -图3-2 简单控制系统常用的框图............................................................................................ - 9 -图3-3 水箱液位控制系统原理框图........................................................................................ - 9 -图3-4水箱液位过程图及其阶跃响应曲线............................................................................. - 9 -图4-1单位负反馈控制系统.................................................................................................. - 13 -图4-2模拟量闭环控制系统.................................................................................................. - 14 -图5-1双容水箱结构图.......................................................................................................... - 17 -图5-2串级控制的双容液位过程.......................................................................................... - 18 -图5-3单回路闭环系统控制系统框图.................................................................................. - 19 -图5-4无干扰单回路 MATLAB 仿真框图.............................................................................. - 20 -图5-5单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图................................................................ - 20 -图5-6单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图................................................................ - 21 -图 5-7单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................................... - 21 -图5-8单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图................................................................ - 21 -图 5-9单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................................... - 22 -图5-10单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图.............................................................. - 22 -图 5-11单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................................. - 22 -图 5-12单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................................. - 23 -图 5-13有干扰单回路MATLAB仿真框图............................................................................. - 23 -图 5-14有干扰单回路MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图................................................. - 23 -图 5-15有噪声串级控制系统的MATLAB仿真框图............................................................. - 24 -图 5-16有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................. - 24 -图 5-17有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................. - 25 -图 5-18有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................. - 25 -图 5-19有噪声串级控制MATLAB仿真阶跃响应曲线波形图............................................. - 25 -基于Matlab和Simulink的可视化水箱系统控制摘要随着工业生产的快速发展，工业上离不开可视化水箱的液面控制系统。

南阳理工学院毕业设计（论文）任务书电子与电气工程系自动化专业079611班学生学号指导教师殷华文职称副教授一、毕业设计（论文）题目：基于S7-300 PLC的Simulink在线上下水箱液位串级控制——Simulink 在线控制程序设计二、毕业设计（论文）工作规定进行的日期：2010.12.06—2011.04.29三、毕业设计（论文）进行地点：4521四、任务书的内容：选题的目的、意义：用西门子S7-300 PLC实现对液位信号的检测和调节阀控制信号的输出，在上位计算机上实现WinCC监控，MATLAB软件通过OPC 技术实现对控制系统的参数传递，在Simulink中进行在线控制,对模拟工业对象的上下水箱液位进行串级控制，而后将Simulink中实现的算法在PLC中实现最终的控制。

通过本题目的设计，提高学生对自动化工程的设计与调试能力，使学生有能力进入自动化行业发展。

主要内容及技术要求：利用自制的过程控制实验装置作为控制对象，由恒压供水环节为水箱供水，对上下水箱组成的串级对象进行控制，上水箱为副对象，下水箱为主对象。

对上下水箱容积相同、容积不同的情况进行研究，总结出串级控制的控制规律。

以WinCC作为OPC Server,以MATLAB/Simulink作为OPC Client，设置它们之间的OPC 通讯。

通过OPC技术实现控制参数传递。

（1）在MATLAB/Simulink中设计在线控制算法。

（2）下水箱液位设定在100—400mm可调，稳态误差≤±5%。

（3）绘制控制系统图纸不少于4张。

（4）毕业论文字数8000-10000字。

原始数据与资料：西门子PLC：S7—300，工作电源 220V AC。

磁力泵：型号 20CQ－12，扬程 12m，进口 20mm，出口 12mm，电源电压 380V。

电动调节阀：型号QSTP－16K，公称通径 DN20mm, 公称压力 1.6Mpa, 工作电源 220V AC，输入信号 4－20mA DC。

2011届毕业设计（论文）材料系、部：电气与信息工程系学生姓名：指导教师：职称：讲师专业：自动化班级：0703学号：4100703212011年6月湖南工学院2011届毕业设计（论文）课题任务书系：电气与信息工程系专业：自动化指导教师学生姓名课题名称基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计内容及任务内容：对串级控制系统进行建模和参数整定，第一步整定副调节器参数，第二步整定主调节器参数。

参数整定完成后运用STEP7编写水箱液位串级控制系统控制程序，在此基础上，运用WINCC组态软件进行上位机的组态界面设计。

任务：1.了解水箱液位串级控制系统的结构组成与原理；2.掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。

3.了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。

4.理解液位串级控制实验采用FCS控制方案实现的过程。

拟达到的要求或技术指标论文需要达到的要求：1、水箱液位串级控制系统建模及特点研究分析串级控制系统的特点，并建立水箱液位串级控制系统的模型。

上图中（a）图为水箱示意图，（b）图为串级控制系统框图。

2、控制系统下位机软件组态配置和程序编写（1）组态配置利用step7软件对对象系统进行正确配置。

配置图如下：（2）程序编写采用西门子提供的PLC编程语言编写控制程序，主要是对PID控制模块的调用。

3、控制系统上位机软件和PLC的通信建立及界面组态利用WINCC组态软件编写水箱液位串级控制系统的上位机监控程序，监控界面如下图所示：进度安排起止日期工作内容备注2011.3.20-2011.4.15 学习和熟练掌握STEP7和WINCC软件2011.4.16-2011.4.25 收集与课题相关的资料，并完成开题报告的书写2011.5.01-2011.5.05 分析、综合、整理相关的资料，为撰写论文做准备2011.5.06-2011.5.25 论文写作，并熟悉相关知识，整理论文2011.6.01-2011.6.10 进行后期的系统的整理，并为毕业答辩做准备主要参考资料[1] 陈夕松.过程控制系统.北京：科学出版社，2005[2] 汪志锋.可编程序控制器原理与应用.西安：电子科技大学出版社，2004[3] 王曙光.S7-300/400PLC入门与开发实例.北京：人民邮电出版社，2009[4] 徐科军.传感器与检测技术.北京：电子工业出版社，2009[5] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子WINCC V6[M].第二版.北京：北京航空航天大学出版社，2004.1-100[6] 刘华波.组态软件WINCC及其应用[M].北京：机械工业出版社，2009.7-56[7] 崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京：机械工业出版社，2005.1-103[8] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子人机界面[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.1-100[9] 梁绵鑫.WINCC基础及应用开发指南[M].北京：机械工业出版社，2009.1-80教研室意见年月日系主管领导意见年月日湖南工学院毕业设计(论文)开题报告题目基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计学生姓名班级学号410070321 专业1. 课题学术和实用意义，国内外现状综述本次毕业设计课题“基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计”是在THFCS-1现场总线过程控制系统平台上进行的。

自动化系统集成与调试实训报告自动化系统集成与调试实训报告本课程为自动化集成与调试,实际上就是让我们用PLC控制水箱打水.由于实训前接触过类似的程序与硬件,所以做起来相对简单。

第一周实训,一开始长江老师让我们重新复习之前所学。

我们组并没有急着开始做项目，而是认真的检查电源，传感器，变频器等硬件是否完好。

然后再由徐同学与李同学完成硬件的接线，张组长则与吴同学完成程序的编写。

一、接线图:S7—300模拟量输入输出模块、S7-300数字量输入输出模块、传感器以及变频器的接线（注意:用灰色细线将变频器3号端子接PLC数字量输出端子，变频器7号端子接PLC的M端，变频器9号端子接PLC模拟量输出端子，变频器10号端子接PLC模拟量COM端；用红、蓝、黑三种粗线将水箱抽水泵和变频器的U、V、W、PE端子对应接好）。

二、项目要求：我们所做的项目如下(一）项目一、PLC控制变频器打水本项目总任务是通过PLC、变频器控制水泵打水.任务一、G110变频器参数设置及快速调试任务二、PLC控制变频器打水的组态、编程及仿真任务三、S7-300模拟量输出模块与接线任务四、现场实际调试与运行（二)项目二、水箱液位的测量本项目总任务是通过PLC、变频器控制实现水箱液位的测量任务一、水箱液位测量的组态、编程及仿真任务二、现场接线任务三、现场实际调试与运行(三)项目三、水箱液位两位式调节本项目总任务是通过PLC、变频器、传感器监测水位控制水泵打水，当测量值大于高限值，变频器停止,水泵停止打水；当测量值小于低限值，变频器启动，水泵打水，当测量值在高限值与低限值之间时，变频器保持原状态。

任务一、水箱液位两位式调节的组态、编程及仿真运行任务二、水箱液位两位式调节现场实际调试与运行(四）项目四、水箱液位PID控制总任务是调用PID模块使变频器的频率自动调节任务一、了解PID调节的原理任务二、水箱液位PID控制的组态、编程及仿真任务三、水箱液位PID控制的现场接线任务四、箱液位PID控制的现场调试与运行(五）项目五水箱液位的WinCC监控通过WinCC的新建变量与PLC S7—300的程序地址的连接，达到用WinCC监控水箱水位的目的。

基于PLC和组态技术的水箱 液位串级控制系统设计
26、遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿

马 林 ， 茵 （ 南 工 业 职 业 技 术 学 院 ， 南 南 阳 ４ ３０ ） 马 河 河 ７ ０ ９
Ｍ ａＬｎＭ ａＹ ｎＨ ｎ ｎＰ ｌｔｃ ｎｃＩｓｔｅＨｅ ａ ｎａ ｇ４ ３０ ｉ， ｉ （ｅ ａ ｏｙｅｈ ｉ ｔｕ ， ｎ ｎ当代 工业 自动化 的主 导产 晶 之一 ， 计 一个 串级 双 回路 水位 控制 系统 ： Ｌ 设 Ｐ Ｃ起调 节器
２Ｐ Ｃ上、 Ｌ 下水箱液位 串级变频调速控制 的组成
测 量 值 信 号 由 Ｐ Ｃ的 模 拟 量 输 入 通 道 进 入 ，经 程 序 比 较 Ｌ
ｓｇｎ 。 ｒ ｔ ｏ ｔ ｈ ｏ ｏ ｐｅ ｄ，ｏ ８ ｏ ａ ｈｉｖ ｈｅ ｐｕ ｐｏ ｅ ｏ ｏｎｒ ｌ ｈｅ ｗａｔｒ ｛ｖ ｌ ｎ ｔｅ ｔ ｅｒｈ ｄ ｔｗｉ ｈ ｉ ａｓ ｄｉ ｌ ｅｃ ｌ ｃ ｙ ｎ ｒ ｔ ｅ ｍ ｔ ｒｓ ｅ Ｓ ｓ ｔ ｃ ｅ ｅ ｔ ｒ ｓ ｆｃ ｔ ｉ ｏｌ ‘ ｏｌ ｎｇ ｔ ｅ ｅ ｅ ｈ ｏ ｈ ａｎ ． ｔ ｔ ｅ Ｏ ｈ
实 现计 算机 的监控 。
关 键 词 ： 编程 控制 器 ； 可 变频调 速 ； 串级控 制
中圈 分 类 号 ：Ｐ ７＋ Ｔ ２ ３． ５
文 献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ３ ００（０ ０ －０ ０ ０ ｌ０ － １７２ １）２０ ５ －２ １
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｏ ｒ ｕｓ ｒ ｔ ｍ ａｔ ｎ ＰＬ ｉ ｌ ｆｔ ｅ ｌ ａ ｎ ｐｒ ｕＣ ｓ ｔ ｓｇｎ ｄ ｏ ｌ －ｌｏ ｃ ｃａ ｖ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ： ｔ ａ ｔ Ｍ ａｅ ｎ ｉ ｎｄ ｔａｌ ｉ ａｕｏ ｏ ｉ Ｃ ｓｏｒ ｏ ｈ ｅ ｄｉｇ ｏｄ ｔ 。ｏ ｄｅ ｉ ｄ ｕｂ ｅ ｏ ｐ ａｓ ｄ ｌ ｅｌ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｅ ｅ ｅ ｃ

实验六上下水箱液位串级控制一、实验目的1、了解复杂过程控制系统的构成。

2、掌握复杂过程控制一—串级控制方法。

3、控制要求：超调量σ＜20%，调节时间Ts≤3T，余差＜5%。

二、实验设备及参考资料1、PCS-B过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、DDC控制单元、上下水箱及液位变送器、水泵1系统等）。

2、电动调节阀的操作说明书、液位变送器的调试（一般出厂之前已调试好）方法。

三、实验系统流程图：四、实验原理本实验采用计算机控制,将下水箱液位控制在设定高度。

串级回路是由内反馈组成的双环控制系统，属于复杂控制范畴。

在计算机中设置了两个虚拟调节器作为主副调节器。

将下水箱的液位信号输出作为主调节器输入，主调节器的输出作为副调节器的输入，在串级控制系统中，两个调节器任务不同，因此要选择调节器的不同调节规律进行控制，副调节器主要任务是快速动作，迅速抵制进入副回路的扰动，至于副回路的调节不要求一定是无静差。

主调节器的任务是准确保持下水箱液位在设定值，因此，主调节器采用PI调节器也可考虑采用PID调节器。

串级控制系统的方块原理图如图1。

图1串级控制系统的方块原理图串级控制系统的参数整定①. 两步整定法第一步整定副回路的副控制器；第二步整定主回路的主控制器。

a. 在系统工作状况稳定，主、副回路主控制器在纯比例作用的条件下，将副控制器的比例带δ取100％，再逐渐降低副控制器的比例带，用整定单回路的方法来整定副回路。

如用4：1衰减法来整定副回路，则求出副参数在4：1衰减时的副控制器比例带δ2S和操作周期T2S。

b.使主控制比例带置于δ1S的数值上，逐渐降低主控制器的比例带δ1S，求出同样衰减比时主回路的过渡过程曲线，记录此时主控制器的比例带δ1S和操作周期T1S。

c.将上述步骤中求出的δ1S、T1S、δ2S、T2S按所用的4：1衰减曲线的整定方法，求出主、副控制器的整定参数。

d.按照“先副后主，先比例次积分后微分”的原则，将计算机得出的控制器参数置于各种控制器之上。