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。然后再由徐同学与同学完成硬件的接线，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。任务一、WINCC的新建工程及项目组态
一、创建新项目
二、组态变量
任务二、创建过程画面并运行调试
第一阶段：WinCC控制变频器打水
第二阶段：两位控制
第三阶段：PID控制
第四阶段：变量记录
一、过程值归档
二、输出过程值归档
第五阶段：报警记录
一、组态报警
二、组态模拟量报警
（六）项目六、反馈控制系统
1、负反馈控制系统：
由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。
反馈控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主
要形式。
反馈可分为负反馈和正反馈。前者使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定；后者使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。
负反馈是经典控制论中的术语。是指系统受到外界的和部的干扰时，系统能控制住干扰。或是消除干扰，或是把干扰控制在系统能够承受的围。
反馈控制系统由控制器、执行器、被控对象和反馈环节组成（见图）。
图中带叉号的圆圈为比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。以水箱打水控制为例，被控对象为水箱；控制器为PLC；执行器为变频器；反馈环节为传感器；输出信号为实际水位；输入信号为设定水位；控制信号为电压；执行信号为频率。
水箱打水反馈系统工作过程：首先设定水箱的水位值，如果实际水位低于或高于这个水位，那么就生成一个偏差值给PLC，由PLC发出一个电压信号给变频器，再由变频器发出一个频率给水泵致使水泵开始打水或停止打水。
2、水箱打水控制过程：
当传感器检测到水位高或低时，通过模拟量输入AI，将检测到PIW256的量传递给FC105，经FC105转化成数字量MD8信号送到FB41，经过FB41处理后给出MD100信号到FC106，FC106又将数字量转成模拟量给出PQW256信号到AO，AO输出一个0-10V的电压给变频器，从而控制变频器频率。
由于组长实力超群，前几个项目都按时并且按照老师的要求顺利完成。后面几个项目由于PC机的存卡出了问题，完成的速度有所减缓，但是经过全组人员的努力还是把这难关攻克。不知不觉就来到了最后的项目，再加上老师的新要求，项目难度加大，一时难倒了我们。然而组长再次发挥神奇，还有长
江老师的悉心指导，把程序做了出来。
三、PLC组态：
分析：在组态过程中，主站与从站所对应的MPI地址必须是不重复的。
四、程序如下图：
主站PLC程序
从站PLC程序
五、I/O分配表如下：
主站
I124.3 启动按钮
I124.2 停止按钮
PIW256 传感器实际液位测量
从站
I124.0 启动按钮
PIW260 传感器实际液位测量
最后一步是WinCC画面监控，画面选择的是同学设计的柔和水蓝色界面，变量的连接则由组长来建立并联接。
六、WinCC无法激活解决办法：
1、查看授权是否完整，如果授权缺失，请授权后再重新启动；
2、不要将项目放在在中文目录下；
3、检查安装的s7和wincc版本是否冲突；
4、关闭杀毒软件，重新启动；
5、服务器名称是否和计算机名相同；
6、用项目移植器移植一下，再重新打开；
7、WinCC5.x使用时应该安装Step75.2安装盘的WinCC Hotfix补丁；
8、有时候把系统语言改成英语就OK了；
9、重新安装一下WinCC就可以了；
10、打开控制面板里IMATIC WORKSTA TION，STARTSERVER后重新启动即可；
强制关闭后如何再次激活WinCC
WINCC激活时常常会卡住，这是很常出现的问题，这个时候就需要在任务管理器中强制关闭激活画面。但是当再次打开WIINCC时就再也无法激活了，这个时候也无法复制WINCC的目录所以无法保存在U盘。由于我们学校电脑中重起电脑后系统就还原了，所以前面的工夫就白费了。
解决方法
在任务管理器中的进程选项卡中，将提示的正在使用的进程关闭。一般都是提示CCtextServer.exe这个进程正在运行，在进程中关闭这个进程后就可以将程序复制到U盘了。然后重启电脑可以再次激活程序。
七、WinCC界面图：
八、变量连接图：
九、实训总结：
二周的自动化系统集成与调试的实训就要马上过去了，期间，经过我们小组的不懈努力，终于完成了老师要求的实训项目。
在实训的第一周，我们检查了电源，PLC，变频器，电机等元器件的好坏。其中，我们PLC用的是CPU313C-2DP,我们的PLC的DI/DO模块没有连接好，所以我们找来螺丝刀进行维修，终于把PLC 给维修好。
我们用简单的程序来验证PLC的每一个输入输出模块，发现加了FC106或FC105指令后，程序下载不进去，提示PLC存卡的存不够，于是我们找到了几存卡，发现只有同样是CPU313C-2DP的存卡才能够使用。检查到最后，我们就只留下了PLC的电源、CPU（自带DI/DO）、外部AI/AO模块，然后我们连接好PLC、变频器、水箱，调节好变频器的参数，控制水箱打水。
接下来我们是进行现场总线的连接，我们先组态好主站、从站，然后用PROFIBUS线连接好主站与从站，将从站挂到主站上，然后建立好带8个字节的通信区，修改好下载方式。在从站程序中调用FC1、FC2指令，用于主站与从站之间的通信。加入PID调节，程序编写好之后，连接好传感器，再进行下载，实现了水箱液位的测量、两位式调节，PID控制。
第二周，我们开始做WINCC的液位监控，先组建好变量，然后做好WINCC监控画面，连接好变量，实现了WINCC控制变频器打水，液位的调节，各种变量的变化情况。对过程值归档、输出过程值归档，做好报警记录。
虽然只有二周的实训，但是我们学到了很多，以前对现场总线的认识不是特别清楚，经过实训后，让我们对以前所学的知识进行了一次大的汇总。在整个实训过程中，我们也遇到了许许多多的问题，在老师和同学的帮助下，我们克服各种困难，终于做好了实训项目。不知道问题要查阅资料，不断的与老师同学沟通，不断的思考，只要这样，才能更好的解决问题，才能不断的提升我们自己。
过程控制综合训练 课程报告 16 —17 学年第二学期课题名称基于PLC和组态王的 系统 姓名 学号 班级 成绩
水箱液位控制系统 [摘要] 在工业生产过程中，液位贮槽如进料罐、成品罐、中间缓冲器、水箱等设备应用十分普遍，为了保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡。因此，工艺要求贮槽的液位需维持在给定值上下，或在某一小围变化，并保证物料不产生溢出。例如，锅炉系统汽包的液位控制，自流水生产系统过滤池、澄清池水位的控制等等。根据课题要求，设计一个单容水箱的液位过程控制系统，该系统能对一个单容水箱液位的进行恒高度控制。 关键词：过程控制液位控制PID控制 Abstract: In the process of industrial production, liquid storage tank such as product cans, buffer, tanks and other equipments are widely used. In order to ensure the normal production,material supply and demand must be balanced to guarantee the process of the production. So, the process requires that the liquid level in the tank should be maintained at a given value, or change in a small range,and ensure that the material does not overflow,for instance,system of boiler drum level control, level control of filter pool and clarification pool of self-flowing water production
【摘要】 本文研究的是可编程控制器在水箱恒温控制系统中的应用，水箱恒温控制装置主要用来完成对水箱中液体的液位和温度检测，并对温度参数进行调节。系统中温度控制是一个非常重要的部分。通过铂热电阻对温度进行测量，将测量到的温度传到PLC中。PLC 对采集到的温度值与给定值进行比较，经过PID运算后，调节双向晶闸管在设定周期内通断时间的比例，改变加热丝中电流大小及加热时间，以完成对温度的控制要求。 本系统硬件部分主要由CPU224、EM235、双向晶闸管等组成；软件部分主要由PID 控制来完成。 关键词：PLC CPU224 EM235 双向晶闸管 PID控制 Abstract: In this paper, is the programmable controller in the water tank temperature control system application, water tank temperature control system is mainly used to complete the tank liquid level and temperature detection, and adjust the temperature parameters. System, temperature control is a very important part. By platinum RTD temperature measurement will be measured in the temperature reached the PLC. PLC on the collected temperature values compared with a given value, after a PID operation, the regulator Triac off the set period of time the ratio of change in heating wire in the current size and heating time to complete the right temperature control requirements. The system hardware mainly by the CPU224, EM235, bi-directional thyristor etc.; software, some of the major by the PID control to complete. Key words:PLC CPU224 EM235 Triac PID Contro l
课程：创新与综合课程设计 电子与电气工程学院实践教学环节说明书 题目名称水箱水位自动控制装置 学院电子与电气工程学院 专业电子信息工程 班级 学号 学生姓名 起止日期13周周一~14周周五
水箱液位控制系统是典型的自动控制系统，在工业应用上可以模拟水塔液位、炉内成分等多种控制对象的自动控制系统。 本次课程设计思路是以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本维持不变。 一、设计题及即要求 1、设计并制作一个水箱水位自动控制装置，原理示意图如下： 2、基本要求：设计并制作一个水箱水位自动控制装置。 （1）水箱1 的长×宽×高为50 ×40 ×40 cm；水箱2 的长
×宽×高为40×30 × 40 cm（相同容积亦可）；水箱1 的放在地面，水箱2 放置高度距地0.8-1.2m。 （2）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变， 误差≤1cm。 （3）水箱 2 中要求的水位高度及上下限可以通过键盘任意设置； （4）实时显示水箱2 中水位的实际高度和水泵、阀门的工作状态。 3、发挥部分： （1）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变， 误差≤0.3 cm。 （2）由无线远程控制器实现基本要求，无线通讯距离不小于10 米。远程控 制器上能够同步实现超限报警显示。 （3）其他创新。 二、设计思路： 以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/3a9830769.html, 基于PLC的温度控制系统设计 作者：贾二林张国栋 来源：《科学与财富》2014年第11期 摘要：本文主要介绍了S7-200可编程控制器和温度控制的设计方案。编程时调用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自带的PID控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。利用组态王设计人机界面，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。实验证明，此系统具有快、准、稳等优点，在工业温度控制领域能够广泛应用。 0 绪论 在工业自动化领域内，PLC以其可靠性高、抗干扰能力强、功能强大、能耗低、体积小和其他重要特性被广泛应用于现代工业自动中。在当前的工业控制中，通常以PLC 为现场的控制设备，用于数据采集和处理、输出控制、逻辑判断等；而上位机则是利用HMI 软件来完成工业控制状态、流程与参数的显示，实现监控、管理、分析和存储等功能。这种监控系统充 分利用了PLC 和计算机的特点，因此获得了普遍的应用。通过这种方式设计一个温度控制系统，把基于PLC 的下位机与完成HMI功能的上位机相结合，组成分布式控制系统，从而达到了对温度的自动控制[1]。 1 系统总体设计方案 根据温度控制系统的要求，本设计由S7-200PLC作为中央处理单元，Fameview作为监控组态软件，实现恒温控制系统的实时监控。系统包括硬件和软件两部分。完成整个系统的需求应该是由软件和硬件共同努力、相互协调工作。本设计由工控机作为上位机监控整个系统，PLC等其他元件作为下位机完成具体控制要求，上位机与下位机之间的通信通过以太网的联接来达到通信的状态要求，以确保更好的完成对系统的监控。系统总体结构图如图1所示[2]。 图1 系统总体结构图 2 系统硬件电路设计 图2是温度控制系统硬件接线图，其中可以看到CPU226有两个扩展模块，并且与监控室连接，便于值班人员操作控制。 图2 硬件接线图 本设计采用CPU226作为主处理器，分别扩展了模拟量输入模块EM231以及模拟量输出模块EM232。系统中由流量检测计与温度传感器采集流量与温度信号，通过信号隔离处理器RZG2100将直流输入信号转换成隔离的标准过程信号，并送入EM231。EM231再将信号传给CPU226，由处理器对信号进行分析处理；然后将分析的结果通过数显仪表把系统状况反应出
单位代码0 2 学号 分类号TH6 密级 课程设计说明书 水箱水位控制系统设计 院（系）名称机械工程学院 专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名 指导教师 2015年10 月27 日
黄河科技学院课程设计任务书 机械工程学院机械系机械设计制造及其自动化专业12 级1 班学号1200000000 姓名指导教师 题目: 水箱水位控制系统设计 课程:单片机应用技术 课程设计时间2015 年10 月13 日至10 月27 日共 2 周课程设计工作内容与基本要求(设计要求、设计任务、工作计划、所需相关资料)（纸张不够可加页） 1. 设计要求 在高塔的内部我们设计一个简易的水位探测传感器用来探测三个水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯亮。 2. 设计任务与要求（完成后需提交的文件和图表等） 1〉系统硬件电路设计 根据该系统设计的功能要求选择所用元器件，设计硬件电路。要求用Proteus 绘制整个系统电路原理图。 2〉软件设计 根据该系统设计的功能要求进行软件设计，要求用VISIO软件绘制整个系统及各部分的软件流程图。并根据流程图编写程序并汇编调试通过。列出软件清单，软件清单要加以注释。 3〉Proteus仿真 用Proteus对系统软硬件进行仿真调试通过。 4〉软硬件实际调试 5〉编写设计说明书一份，内容包括任务书、设计方案分析、硬件设计部分要绘制整个系统电路原理图，对各部分电路设计原理做出说明。软件设计部分要绘制整个系统及各部分的软件流程图，并列出软件清单，软件清单要求加注释，并在各功能块前加程序功能注释。调试结果整理分析及设计调试的心得体会。3．工作计划（进程安排） 第1周基本完成软、硬件的设计（分散在教学过程中完成）。第二周2天绘
基于PLC的热水箱恒温控制系统 温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中, 温度控制占有着极为重要的地位, 特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。 可编程控制器（PLC）可编程控制器是一种工业控制计算机，是继承计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简单，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此PLC已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 第一章绪论 1.1 引言 可编程序控制器(Programmable Controller，简称PLC)是以微处理器为基础，综合了计算机技术、控制技术、通讯技术等高新技术的工业装置。现代PLC不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制系统。在工农业生产中，常用闭环控制方式控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量，PID控制是常见的一种控制方式。由于其不需要求出控制系统的数学模型，算法简单、鲁棒性好、可靠性高，在使用模拟量控制器的模拟控制系统和使用计算机(包括PLC)的数字控制系统中得到了广泛的应用。本文针对恒温水箱温控系统的要求，以PLC为温度控制系统的核心，利用PID控制算法实现水箱的恒温控制。
课题名称：水箱水位控制系统设计专业：电气工程及其自动化学号： 姓名：
水箱水位控制系统设计 摘要 本设计主要基于单片机的硬件电路设计,实现一种能够实现水位自动控制、具有自动保护、自动声光报警功能的控制系统。本控制系统由A/D转换部分、单片机控制部分、数码显示部分、电机驱动部分、电机控制部分等构成。同时对各个部分进行了详细的论述。在设计中对水塔水位控制原理进行分析,选用AT89C51单片机作为控制水塔水位的处理芯片,由AT89C51的P1口直接来控制.设计方案采用模块化程序设计方法,结合程序流程图,编写程序代码,最后利用KEIL公司的u Vision3软件及伟福仿真软件进行仿真实验,达到单片机自动控制水塔水位变化的目的. 关键词：单片机，水塔水位控制原理，AT89C51，伟福仿真软件
目录 前言 (1) 第1章设计内容 (2) 1.1 设计要求 (2) 1.2 方案设计 (2) 第2章硬件电路设计 (3) 2.1 系统框图设计 (3) 2.2 系统原理 (4) 第3章水塔水位控制系统的硬件电路设计 (5) 3.1 水位检测电路 (5) 3.2 水位显示电路 (5) 3.3电机控制电路 (6) 3.4振荡电路和复位电路 (7) 3.5声光报警电路 (7) 第4章软件程序设计 (8) 4.1 系统主程序流程图 (8) 4.2编写C程序 (9) 第5章硬件制作与调试 (10) 结论 (11) 附录 (12) 仿真总图 (12) 源代码 (13)
前言 水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，在我们的生活中起到了重要的作用，而水基于单片机的水塔水位控制系统使水塔水位自动保持在一定的位置，通过对其水位的控制对外供水，以满足需要。塔里面的水位控制是一个水塔发挥作用的关键。该系统使用水位传感器对水塔水位进行检测并将检测到的信号传给单片机来进行处理，通过调整定时器的定时时间来增大或者缩小占空比，并编写程序加以控制，从而实现电机的调速。最后，使用液晶屏显示当前水位状态以及电动机的转速。该系统通过了报警模块来实现了过低水位蜂鸣器鸣笛报警、过低警戒水位自动处理、正常水位蜂鸣器鸣笛报警以及正常水位处理。本系统适应在不同的用水场合下的用水速度需要，节省工作时间，提高了整体工作的效率，实现水塔水位的自动控制。 液位控制是工业控制中的一个重要问题，针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，为适应复杂系统的控制要求，人们研制了种类繁多的先进的智能控制器，模糊PID控制器便是其中之一。模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，过渡过程时间大大缩短，超调量减少，振荡次数少，具有较强的鲁棒性和稳定性，在模糊控制中扮演着十分重要的角色。
【摘要】 本论文主要阐述了温度控制加热器的工作原理，利用PLC对系统进行编程分析，其中介绍了许多关于温度控制系统的器件，让大家能更进一步的明白温度控制的过程及其硬件。在编程中还特别介绍了有关模拟量的转换，对PID也进行了详细的简介。 随着社会的发展需要，温度控制系统已经普遍被人们接受。温度控制在现阶段已有很多地方用到如：热水器、锅炉等。人们生活中所必须的设备都需要温度控制来解决。温度控制系统设计起来简单，用起来更方便。 关键词：编程控制系统热水器
【Abstract】 This thesis mainly describes the working principle of the heater temperature control, using PLC system programming analysis, which introduces many about temperature control system components, let everybody can further understand the process of temperature control and its hardware. In programming are particularly introduces the analogue conversion of PID a detailed introduction also. With the development of the society needs, the temperature control system has been generally be accepted by people. Temperature control at present has many places use such as: water heater, boiler, etc. People's life must be the devices are need to temperature control to solve. Temperature control system design easy, use up more convenient.
第一章液位自动控制系统原理 液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。液位自动控制系统由液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。 应用范围 在制浆造纸过程中涉及的所有池、罐、槽体液位自动控制。 图1.1 中，是控制器的传递函数，是执行机构的传递函数，是测量变送器的传递函数，是被控对象的传递函数。图5.1中，控制器，执行机构、测量变送器都属 于自动化仪表，他们都是围绕被控对象工作的。也就是说，一个过程控制的控制系统，是围绕被控现象而组成的，被控对象是控制系统的主体。因此，对被控对象的动态特性进行深入了解是过程控制的一个重要任务。只有深入了解被控对象的动态特性，了解他的内在规律，了解被控辩量在各种扰动下变化的情况，才能根据生产工艺的要求，为控制系统制定一个合理的动态性能指标，为控制系统的设计提供一个标准。性能指标顶的偏低，可能会对产品的质量、产量造成影响。性能指标顶的过高，可能会成不必要的投资和运行费用，甚至会影响到设备的寿命。性能指标确定后，设计出合理的控制方案，也离不开对被控动态特性的了解。不顾被控对象的特点，盲目进行设计，往往会导致设计的失败。尤其是一些复杂控制方案的设计，不清楚被控对象的特点根本就无法进行设计。有了正确的控制方案，控制系统中控制器，测量变送器、执行器等仪表的选择，必须已被控对象的特性为依据。在控制系统组成后，合适的控制参数的确定及控制系统的调整，也完全依赖与对被控对象动态特性的了解。由此可见，在控制工程中，了解被控制的对象是必须首先做好的一项工作。
广西电力职业技术学院 毕业设计 题目名称水箱水位自动控制系统设计与实施 系（部）动力工程系 专业检测技术及应用 班级 1 1 1 5 学号 109111540 姓名谢城镔 指导教师梁云岳 广西电力职业技术学院教务科研处编制
摘要 随着科学技术的发展，电器控制技术在各领域，特别是在自动控制领域取得了长足的发展，有了越来越多的应用。PLC以可靠性高、灵活性强、易于扩展、通用性强、使用方便等优点不断发展，在处理速度、控制功能、通讯能力及控制领域等方面都有新的突破，成为工业自动化领域最重要、应用最广的控制设备之一，对国民经济建设有突出的贡献。近年来由于PLC与其他科学技术结合，使其在各个控制领域显示了较强的应用潜力和良好的应用前景。 本毕业设计采用PLC与继电器来实现水位的自动控制以及采用热电偶与压力变送器对温度、压力的监控，系统通过手自动控制，现场内控制与远程控制使其直观地表现出水箱水位自动控制系统的功能化与优良性。 关键字： PLC 水位自动控制热电偶压力变送器
目录 一前言 (3) 二设计方案 (4) （一）系统说明 (4) （二）工作原理及原理图 (6) （三）设备清单及I/O分配表 (7) 1 设备清单 (7) 2 I/O分配表............................................ (8) （四）主要设备及编程软件介绍 (9) 1 西门子PLC简介 (9) 2 V4.0 STEP 7 Micro SP7编程软件简介 (10) 3 组态王软件简介 (12) 三实施过程 (14) （一）水箱制作 (14) （二）管路连接 (14) （三）控制设备接线 (14) （四）控制组态界面设计 (15) （五） PLC程序设计 (16) （六）系统调试 (22) （七）存在问题及解决方法 (22) 四结论 (25) 五心得体会 (26) 致谢 参考文献与附录
过程控制系统课程设计 基于PID的上水箱液位控制系 统设计
一、课程设计任务书 1.设计容 针对某厂的液位控制过程与要现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池，实现对高液位池液位高度的自动控制。具体设计容是利用西门子S7-200PLC作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用MCGS 组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。 2.设计要求 1、以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。 2、PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调
量20%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤120s； 3、组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线； 4、选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数； 5、通过S7-200PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试； 6、分析系统基本控制特性，并得出相应的结论； 7、设计完成后，提交打印设计报告。 3.参考资料 1.邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第2版).:机械工业.2003 2.亚嵩主编.过程控制实验指导书（校） 3.廖常初主编.PLC编程及应用(第2版).:机械工业.2007 4.吴作明主编.工业组态软件与PLC应用技术.:航空航天大
学.2007 4.设计进度（2010年12月27日至2011年1月9日） 时间设计容 2010年12月27日 布置设计任务、查阅资料、进行硬 件系统设计 2010年12月28日～ 2010年12月29日 编制PLC控制程序，并上机调试； 2010年12月30日～2010年12月31日利用MCGS组态软件建立该系统的工 程文件 2011年1月2日～2011年1月4日进行MCGS与PLC的连接与调试进行PID参数整定 2011年1月5日～2011年1月6日系统运行调试，实现单容水箱液体 定值控制 2011年1月7日～ 2011年1月9日 写设计报告书
基于P L C的水箱温度控 制系统 Revised as of 23 November 2020
【摘要】 本文研究的是可编程控制器在水箱恒温控制系统中的应用，水箱恒温控制装置主要用来完成对水箱中液体的液位和温度检测，并对温度参数进行调节。系统中温度控制是一个非常重要的部分。通过铂热电阻对温度进行测量，将测量到的温度传到PLC中。PLC对采集到的温度值与给定值进行比较，经过PID运算后，调节双向晶闸管在设定周期内通断时间的比例，改变加热丝中电流大小及加热时间，以完成对温度的控制要求。 本系统硬件部分主要由CPU224、EM235、双向晶闸管等组成；软件部分主要由PID 控制来完成。 关键词：PLC CPU224 EM235 双向晶闸管 PID控制 Abstract: In this paper, is the programmable controller in the water tank temperature control system application, water tank temperature control system is mainly used to complete the tank liquid level and temperature detection, and adjust the temperature parameters. System, temperature control is a very important part. By platinum RTD temperature measurement will be measured in the temperature reached the PLC. PLC on the collected temperature values compared with a given value, after a PID operation, the regulator Triac off the set period of time the ratio of change in heating wire in the current size and heating time to complete the right temperature control requirements. The system hardware mainly by the CPU224, EM235, bi-directional thyristor etc.; software, some of the major by the PID control to complete. Key words:PLC CPU224 EM235 Triac PID Contro l
优秀设计 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 设计题目： plc控制恒温水箱的设计 学校： 姓名： 学号： 指导老师：
目录 1 设计方案的确定 (3) 1.1 各控制方案的比较 (3) 1.2 PLC温控系统原理 (4) 2 系统硬件设计 (6) 2.1硬件分配 (6) 2.3 恒温控制的PLC 控制装置示意图 (7) 2.4工艺过程及控制要求说明 (7) 2.5 I/O地址表 (9) 2.6温度传感器 (9) 2.7 PLC主机 (11) 2.8 执行单元 (13) 2.9 LED显示器显示方式 (13) 2.10 各电器元件的选择 (13) 3 系统的软件设计 (13) 3.1恒温系统控制流程图 (14) 3.2 恒温系统梯形图 (15) 3.3 恒温控制系统程序 (25) 参考文献 (28) 致谢 (29)
1设计方案的确定 1.1 各控制方案的比较 根据任务设计要求,恒温水箱的水温需要运用PID控制。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。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 首先， PID 应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样 PID 就可控制了。 其次，PID 参数较易整定。也就是PID 参数 Kp ，Ki 和 Kd 可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化， PID 参数就可以重新整定。 第三，PID 控制器在实践中也不断的得到改进，PID 参数自整定就是为了处理 PID 参数整定这个问题而产生的。 许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算 PID 参数。 1.1.1 纯模拟电路控制 传统的温度控制较多地使用纯模拟电路并采用继电器一接触器或者双向晶闸管进行模拟部分驱动制冷器件。纯模拟电路温度控制有很多不足之处，比如:模拟电路复杂、控制精度不高、控制参数的调整要依靠经验数据，很难做到动态调节、系统操作复杂，不利于远程控制、实时控制以及数据的实时采集等等。本
科信学院 课程设计说明书（2012 /2013 学年第一学期） 课程名称：工业监控系统工程设计 题目：水箱液位监控系统设计 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师：刘增环、段广玉、杜永等 设计周数： 2周 设计成绩： 2013年 1月 4日
目录 1 课程实际目的 (2) 2 课程设计征文 (2) 2.1监控组态软件的概念 (2) 2.2监控组态软件的组成及原理 (3) 2.3技术要求 (5) 2.4组态界面的建立 (5) 2.5变量组态 (5) 2.6动画连接 (7) 3动作脚本程序 (9) 3.1脚本程序 (10) 4课程设计总结或结论 (12) 5参考文献 (13)
1、课程设计目的 （1）了解过程控制实验装置的结构，了解实验的原理、实验过程、操作方法和控制算法。 （2）了解各路检测信号到远程数据采集模块的输入通道的构成，了解输入信号的有效范围和实际变化范围。了解远程数据采集模块各输出通道的构成，了解输出信号的有效范围。 （3）了解远程数据采集模块与计算机的连接方法和工作关系，了解所用的ICP-7017模拟量输入模块和ICP-7024模拟量输出模块的工作原理，性能指标和模拟量输入输出信号的编址。 （4）根据制定实验“上水箱中水箱液位串级控制实验”实验的需要开发计算机上的监控系统软件。 （5）撰写设计说明书。阐明使用到的各路输入输出信号的功能，画出系统电路原理图或结构图，说明监控软件使用的控制算法以及程序设计思路，并附组态软件脚本程序。 2、课程设计正文 2.1监控组态软件的概念 随着现代化生产过程控制技术飞速发展，生产装置大型化，生产过程连续化和自动化程度的不断提高，对过程工业生产的实时控制和监控的需求越来越高。当然，目前极为成熟的集散控制系统足以解决所有的控制要求。但是，出于成本及其他因素考虑，诸如控制点较少的小规模生产设备，动用大型的集散控制系统设备是耗资且繁琐的，这样，各种各样的监控组态软件便成为了解决这些问题的很好选择。迄今为止，监控组态软件已经得到了蓬勃的发展，技术以趋于成熟并已经成为工业自动化系统的必要组成部分，即“基本单元”或“基本元件”。作为自动化通用软件，监控组态软件始终处于“承上启下”的地位。它的控制品质及数据采集的实时性都可以很好的达到预期目标。正因如此，监控组态软件几乎已经应用于所有的工业信息化项目中了。力控监控组态软件作为占有国内市场的主要品牌之一，凭借着自身的许多优越性而越来越受到自动控制行业的关注，被更好的利用到实际生产实践当中去了。 “组态（configure）”的概念是伴随着集散控制系统（Distributed Control System, DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟识的。每套DCS都是比较通用的控制系统，可以应用到很多的领域，为了使用户在不需要编写程序的情况下便可以生成适合自己需求的应用系统，每个DCS厂商在DCS中都预装了系统软件和应用软件，其中的应用软
目录 1绪论 (1) 1.1计算机模拟控制系统 (1) 1.1.1系统的分类 (1) 1.1.2系统的数学模型 (1) 1.2计算机模拟控制系统 (1) 1.3数学模型及其建立方法 (2) 1.3.1数学模型的表达形式与对模型的要求 (2) 1.3.2建立数学模型的基本方法 (3) 2水箱水位系统概述 (5) 2.1水箱水位控制系统硬件设计 (5) 2.1.1有自平衡能力的单容元件 (6) 2.1.2电动机的数学模型 (6) 2.1.3减速器的传递函数 (7) 2.2系统的传递函数 (8) 2.2.1控制器的确定 (9) 2.3控制器的正反作用 (9) 3硬件电路 (11) 3.1控制系统的校正 (11) 3.2控制系统的稳态误差 (12) 4仿真软件介绍 (14) 4.1 MATLAB的启动和退出 (14) 4.1.1MATLAB操作桌面简介 (14) 4.1.2命令窗口菜单（Command Window）简介 (16) 4.2变量 (17) 4.3MATLAB的矩阵运算 (18) 4.4仿真 (19) 5结论 (20) 6参考文献 (21)
1绪论 1.1计算机模拟控制系统 计算机模拟控制系统是在自动化控制技术和计算机技术的飞速发展的基础上产生的，20世纪50年代中期，经典控制理论已经发展成熟，并在不少工程技术领域得到了成功的应用。随着复杂系统的设计和复杂控制规律的实现上很难满足更高的要求。现代控制理论的发展为自动控制系统的分析、设计与综合增添了理论基础，而计算机技术的发展为新型控制方法的实现提供了非常有效的手段，两者的结合极大的推动了自动控制技术的发展。进而计算机模拟控制系统广泛的应用于工厂生产，逐渐融入于生产中，各类大型工厂均离不开计算机控制系统。 1.1.1系统的分类 按系统性能分：线性系统和非线性系统；连续系统和离散系统；定常系统和时变系统；确定系统和不确定系统。 1、线性连续系统：用线性微分方程式来描述，如果微分方程的系数为常数，则为定常系统；如果系数随时间而变化，则为时变系统。今后我们所讨论的系统主要以线性定常连续系统为主。 2、线性定常离散系统：离散系统指系统的某处或多处的信号为脉冲序列或数码形式。这类系统用差分方程来描述。 3、非线性系统：系统中有一个元部件的输入输出特性为非线性的系统。1.1.2系统的数学模型 在线性系统理论中，一般常用的数学模型形式有：传递函数模型（系统的外部模型）、状态方程模型（系统的内部模型）、零极点增益模型和部分分式模型等。这些模型之间都有着内在的联系，可以相互进行转换。 1.2计算机模拟控制系统 模拟控制系统由给定输入、模糊控制器、控制对象、检测变送装置、反馈信号与给定输入的相加环节等组成。模拟控制系统的各处均为连续信号，在模拟系统中，给定值与反馈值经过比较器比较产生偏差，控制器对偏差进行调节计算，产生控制信号驱动执行机构，从而被控参数的值达到预期值。其典型结构如下图所示：
1水箱温度控制系统简介 1.1温度控制系统作用 温度是自然界中和人类打交道最多的物理参数之一，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温度的采集或控制都十分频繁和重要，而且，网络化远程采集温度并报警是现代科技发展的一个必然趋势。由于温度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温度控制系统就会相应产生。随着社会的发展需要，温度控制系统已经普遍被人们接受。温度控制在现阶段已有很多地方用到如：热水器、锅炉等。人们生活中所必须的设备都需要温度控制来解决。温度控制系统设计起来简单，用起来更方便，其中我们可以采用单片机控制、可编程控制来实现 1.2系统设计的方案 方案一：用单片机对水箱温度控制系统进行设计，单片机编程的优点在与它具有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、易配微处理器等，其缺点在与它价格昂贵，拷贝程序后不可改变等麻烦事项。 方案二：用PLC对水箱温度控制系统进行设计，PLC用途广泛在工业控制中，某些输入量（例如压力、温度、流量、转速等）是连续变化的模拟量，某些执行机构要求PLC输出模拟信号，而PLC的CPU能处理数字量。它的优点在与价格便宜有微型化、低功耗、高性能、抗干拢能力强、能多次改变自己需要的程序配套齐全、功能完善、易学易用、维护方便等。缺点在于只能处理数字量。 经过对资源的再次利用和方便性，而考虑本次设计采用可编程控制来实现。1.3用PLC设计的思路 本次设计是基于PLC水箱恒温控制系统，通过可编程控制器控制，让水箱中的水保持恒定值60°。首先要通过PT-100铂电阻来检测水温，并把检测到的温度与设定值进行比较，将其偏差值经过PID运算后控制双向晶闸管的导通角，调节加热丝的功率，从而使实际温度迅速接近给定值温度。PID参数主要受到进出水流量、水箱水温设定控制温度、室温等因素影响。水箱温度控制实物图如图1-1所示。 在设计中我会先进行硬件设计部分，然后进行软件设计并调试，依次向大家阐述整个编程所需要的知识。
摘要 双容水箱液位控制系统是采用先进的控制算法完成对过程液位的控制的控制系统，它在饮料、食品加工、溶液过滤、化工生产等多种行业的生产加工过程中均有广泛应用。在本设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术和自动控制技术，以实现对水箱液位的串级控制。首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。其次，根据被控对象模型和被控过程特性设计串级控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。然后，设计并组建仪表过程控制系统，通过智能调节仪表实现对液位的串级PID控制。最后，借助数据采集模块﹑MCGS组态软件和数字控制器，设计并组建远程计算机过程控制系统，完成控制系统实验和结果分析。 关键词：液位,模型,PID控制,仪表过程控制系统,计算机过程控制系统
Abstract Double tank water level control system is the use of advanced control algorithm of process liquid level control system, it is in the beverage, food processing, filtering solution, chemical production and other industries in the production process has been widely used. In the design of the full use of automation technology, computer technology, communication technology and automatic control technology, in order to achieve the water tank liquid level cascade control. Firstly, the object model is analyzed, and the experimental modeling method for model transfer function. Secondly, according to the controlled object model and the controlled process characteristic design of cascade control system, using dynamic simulation technology to the control system performance analysis. Then, design and construction process control instrumentation system, through the intelligent controller for liquid level cascade PID control. Finally, with the help of a data acquisition module, MCGS configuration software and digital controller, design and establishment of a remote computer process control system, complete control system experiment and result analysis Keywords:liquid level，model PID control，indicator process control system，computer process control system
自动控制系统课程设计 1、设计题目：水箱液位控制系统的设计及实物调试 2、设计目的 1、加强对自动控制原理这门课程的认识，初步认识工程设计方法。 2、通过对水箱液位控制系统的设计，进一步理解书本知识，提高实践能力，增强分析问题，解决问题的能力。 3、学习并掌握Matlab的使用方法，学会用Matlab仿真。 4、学会对仿真结果进行分析，计算，并应用到实践设计中去。 3、设计设备 1、ACCC—Ⅰ型自动控制理论及计算机控制技术实验装置 2、数字式万用表 3、示波器 4、MATLAB软件 4、设计任务 （1）复习有关教材、到图书馆查找有关资料，了解水箱液位控制系统的工作原理。 （2）总体方案的构思 根据设计的要求和条件进行认真分析与研究，找出关键问题。广开思路，利用已有的各种理论知识，提出尽可能多的方案，作出合理的选择。画出其原理框图。 （3）总体方案的确定 可从频域法、跟轨迹法分析系统，并确定采用何种控制策略，调整控制参数。（4）系统实现 搭建系统上的硬件电路，实现开环控制，记录实验数据。引入闭环控制，将设计好的控制策略实现其中，根据实际响应效果调整参数直至最优，并记录数据
5、设计要求 1．分析系统的工作原理，进行系统总体设计。 2．选择系统主电路各元部件，进行主电路设计，并完成系统调试。 3．构成开环系统，并测其动态特性。 4．测出各环节的放大倍数及其时间常数。 5．分析单闭环无差系统的动态性能。 6．比较开环时和闭环时的动态响应。 7．构成水箱液位闭环无静差系统，并测其动态性能指标和提出改善系统动态性能的方法，使得系统动态性能指标满足s t s t s r 5.0,2.0%,5%<<≤σ。 6、MATLAB 软件仿真 6．1 软件仿真部分设计要求 1、参考文献【1】完成对电机的数学建模，拉普拉斯变换后得到系统的传递函数； 2、带入表中的水箱液位系统参数，求出系统的开环传递函数； 3、绘制出系统的开环传递函数的单位阶跃响应，分析系统的单位阶跃响应，得到相关性能指标； 4、分步骤实现系统的PID 校正，分别进行比例控制（P ）校正，比例微分控制（PD ）校正，比例积分控制（PI ）校正和比例积分微分控制（PID ）校正； 5、运用《自动控制原理》知识分析系统的性能特征，从阶跃响应性能指标，频域特性等角度分析系统校正前和校正后的性能； 6、设计后的系统满足如下性能指标：s t s t s r 5.0,2.0%,5%<<≤σ； 7、改变输入信号，将阶跃信号分别换成方波信号，信号的周期设置为4s ，幅值为5V 。 6．2 模型建立 1． “水箱系统”的液位控制工艺过程原理图 参考文献【1】，可以得到水箱液位控制系统的工艺过程原理图如图6.2.1所示