DLPLC-SRSX1双容水箱实训系统

THPFSY-1型双容水箱液位对象系统为了保证实验的正确性和精确性，在实验前要对实物模型的液位与输出电流的线性关系进行调节，以便得到更为精确的实验结果。

把液压传感器后盖打开，用一字螺丝刀分别调节Z、S电位器（Z：调零；S：增益），使左右水箱各自液位与相对应的LT1、LT2输出电流的线性关系均如下图所示：实验一单容自衡水箱液位特性测试实验一、实验目的1．掌握单容水箱的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线；2．根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K、T和传递函数；二、实验设备1．THPFSY-2型双容水箱液位对象系统一台2．装有STEP7-Micro/WIN 32编程软件的电脑一台3．西门子S7-200系列PLC一台（附带EM235模块）4．PC/PPI下载电缆一根5．实验导线若干三、实验原理所谓单容指只有一个贮蓄容器。

自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。

下图所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。

设被控水箱流入量为Q 1，改变电动调节阀V 1的开度F1-1可以改变Q 1的大小，被控水箱的流出量为Q 4，改变出水阀F1-3的开度可以改变Q 4。

液位h 的变化反映了Q 1与Q 4不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。

若将Q 1作为被控过程的输入变量，h 为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h 与Q 1之间的数学表达式。

根据动态物料平衡关系有Q 1-Q 4=A dtdh(1-1)将式(2-1)表示为增量形式ΔQ 1-ΔQ 4=A dthd ∆ (1-2)式中：ΔQ 1，ΔQ 4，Δh ——分别为偏离某一平衡状态的增量；A ——水箱截面积。

在平衡时，Q 1=Q 4，dtdh＝0；当Q 1发生变化时，液位h 随之变化，水箱出口处的静压也随之变化，Q 4也发生变化。

由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h 与流量之间为非线性关系。

实验1 单容水箱液位调节阀控制一、实验目的了解液位控制的构成环节，调节阀的工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。

通过实验，掌握PID参数整定。

二、实验要求1.实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。

2.熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。

3.以4:1标准衰减震荡作为指标，整定出最佳比例度、积分时间和微分时间。

三、实验设备及系统组成1.实验设备（1）水泵P102（2）电动调节阀：工作电源24V AC，控制信号2—10VDC。

（3）液位传感器：量程为0—100%，输出信号4—20mA。

2.系统组成单容下水箱液位PID控制流程图如图7.1所示。

图7.1 单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单如表7.1所示。

水介质由泵P102从水箱V104中加压获得压力，经由调节阀FV101进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位由LT103测得，用调节手阀QV-116的开启程度来模拟负载的大小。

本例为定值自动调节系统，FV101为操纵变量，LT103为被控变量，采用PID调节来完成。

需要全打开的手阀：QV102、QV105需要全关闭的手阀：QV103、QV104、QV107、QV109；挡板开度：QV116 5mm。

四、控制器编程1.创建新的项目启动软件step7-V4.0，默认出现一个新项目窗口，选：文件＞另存为，写入你的项目名称。

我们这里“单回路PID”为项目名称。

在这个项目里为了实现PID控制功能，使用了一个子程序，它只在PLC第一次运行时调用一次，它的作用是初始化；使用一个中断程序，它每0.1秒调用一次，它的作用是PID 计算，每0.1秒采集一次数据，进行一次计算，输出一次控制信息。

2．建立通信在第这个阶段，将建立计算机与PLC的通信。

在每次打开step7软件时都要通信，否则是离线状态。

在安装软件时己经设置过串口通信参数，但是有时系统安装了别的软件需要更改参数和重新设置，如图4.2.1所示：图4.2.1 step7中设置通讯参数设置通讯参数如以下图4.2.2到4.2.5所示。

DCS实训报告双容水箱液位串级控制系统一、实训目的（1）、熟悉集散控制系统（DCS）的组成。

（2）、掌握MACS组态软件的使用方法。

（3）、培养灵活组态的能力。

（4）、掌握系统组态与装置调试的技能。

二、实训内容及要求以THSA-1型生产过程自动化技术综合实训装置为工业对象。

完成中水箱和下水箱串级液位控制系统的组态。

要求：设计液位串级控制系统，并用MACS组态软件完成组态。

包括：（1）、数据库组态。

（2）、设备组态。

（3）、算法组态。

（4）、画面组态。

（5）、在实验装置上进行系统调试。

三、工程分析THSA-1型生产过程自动化技术综合实训装置中水箱和下水箱串级液位控制系统需要2个输入测量信号，1个输出控制信号。

因此,该系统包括：（1）、该系统有2个AI点LT1、LT2，1个AO点LV1。

（2）、该系统需要1个模拟量输入模块FM148用于采集中水箱液位信号LT1和下水箱液位信号LT2;1个模拟量输出模块FM151用于控制电动控制阀的开度LV1。

并且FM148的设备号为2号，FM151的设备号为3号。

（3）、LT1按2号设备的第1通道，LT2按2号设备的第2通道。

LV1按3号设备的第1通道。

（4）、系统配备1个现场控制站10站，1台服务器兼操作员站。

四、实训步骤1、工程的建立（1）、打开：开始macsv组态软件数据库总控。

（2）、选择工程/新建工程，新建工程并输入工程名；Demo。

（3）、点击“确定”按钮，然后在空白处选择“demo”工程。

工程信息如下图所示：（4）、选择“编辑>域组号组态”，选择组号为1，将刚创建的工程“demo”从“未分组的域”移到右边“改组所包含的域”里，点击“确认”按钮。

然后，在数据库总控组态软件窗口会出现当前工程名、当前域号、该域分组号、系统总点数。

（5）、数据库组态。

（a）、在菜单栏的“编辑”下，选择“编辑数据库”，弹出窗口，输入用户名和口令bjhc/3dlcz，进入数据库组态编辑窗口。

基于组态监控技术的水箱液位串级控制系统设计董海兵;罗雪莲【摘要】双容水箱液位的控制作为过程控制的一种,由于其自身存在滞后的问题,对象随负荷变化而表现非线性特性及控制系统比较复杂的特点,传统的控制不能达到满意的控制效果,所以本文在现场总线控制系统FCS设计平台的基础上,构建了一种基于西门子STEP 7和组态软件WINCC的双容水箱的液位串级控制系统的设计方案.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.实践表明,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.【期刊名称】《东莞理工学院学报》【年(卷),期】2018(025)003【总页数】6页(P47-52)【关键词】PLC;组态软件;串级控制系统;水箱液位【作者】董海兵;罗雪莲【作者单位】湖南工学院电气与信息工程学院,湖南衡阳 421002;湖南工学院电气与信息工程学院,湖南衡阳 421002【正文语种】中文【中图分类】TP27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。

双容水箱液位的控制作为过程控制的一种，由于其自身存在滞后的问题，对象随负荷变化而表现非线性特性及控制系统比较复杂的特点，传统的控制不能达到满意的控制效果。

以PLC、组态软件为单元，可以组成从简单到复杂的各种工业控制系统[1]。

PLC可以实现复杂的逻辑编程及简单的算法编程，但是对于先进控制算法，如模糊控制算法等涉及到矩阵运算，由于算法本身的复杂性，单纯依靠PLC编程功能已经不能满足要求；组态软件编程语言虽然简单，但大多数是脚本语言，在处理算法方面存在诸多不便。

故笔者提出将算法写入STEP7程序的思路，借助STEP7的快速运算功能及丰富的函数库，可以方便的实现算法编写，求解输出值通过可靠的MPI接口反馈给组态软件，最终实现对控制对象的控制[2]。

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摘要本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。

在设计中，笔者主要负责的是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。

本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析， FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过控制指令PID指令来控制水箱水位。

关键词：FX2系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，扩充临界比例法，PID指令，实验。

The liquid level control system based on PLCABSTRACTThe subject of graduation design is based on PLC, liquid level control system design. In the design, the author is mainly responsible for the mathematical model and control algorithm design, so the design used in the paper referred to was more PID algorithm, PLC in less knowledge.Main contents of this article: PLC creation and definition, process control, development, and water tanks and experiment to determine the characteristics curve analysis, FX2 series PLC , the application PID control algorithm obtained experimental curve analysis, the entire system, introduce and explain the various parts of the PLC process control commands to control the tank level PID instruction.Keywords：FX2 series PLC, the control object characteristics, PID control algorithm, to expand the critical proportion method, PID instruction, experimental.目录中文摘要.......................................................................................................................................英文摘要.......................................................................................................................................1 绪论 ............................................................................................................................................1.1 PLC的产生、定义及现状 .................................................................................................1.1.1PLC的产生、定义....................................................................................................1.1.2PLC的发展现状........................................................................................................1.2过程控制的发展 ..................................................................................................................1.3本文研究的目的、主要内容 ..............................................................................................1.3.1本文研究的目的、意义 ...........................................................................................1.3.2本文研究的主要内容 ...............................................................................................2 FX2系列PLC和控制对象介绍 ................................................................................2.1 三菱PLC控制系统 ...........................................................................................................2.1.1 CPU模块 ..................................................................................................................2.1.2 IO模块......................................................................................................................2.1.3电源模块 ...................................................................................................................2.2 过程建模 .............................................................................................................................2.2.1 一阶单容上水箱对象特性 ......................................................................................2.2.2 二阶双容下水箱对象特性 ......................................................................................3 PID调节及串级控制系统..........................................................................................3.1 PID调节的各个环节及其调节过程...................................................................................3.1.1比例控制及其调节过程 ...........................................................................................3.1.2比例积分调节 ...........................................................................................................3.1.3比例积分微分调节 ...................................................................................................3.2 串级控制 .............................................................................................................................3.2.1串级控制系统的结构 ...............................................................................................3.2.2串级控制系统的特点 ...............................................................................................3.2.3串级控制系统的设计 ...............................................................................................3.3 扩充临界比例度法 .............................................................................................................3.4 三菱FX2系列PLC中PID指令的使用 .........................................................................3.5在PLC中的PID控制的编程............................................................................................3.5.1回路的输入输出变量的转换和标准化....................................................................3.6变量的范围 ..........................................................................................................................4 控制方案设计.......................................................................................................................4.1 系统设计 .............................................................................................................................4.1.1上水箱液位的自动调节 ...........................................................................................4.1.2上水箱下水箱液位串级控制系统............................................................................4.2 硬件设计 .............................................................................................................................4.2.1检测单元 ...................................................................................................................4.2.3控制单元 ...................................................................................................................4.3软件设计 ..............................................................................................................................5 运行 ............................................................................................................................................5.1 上水箱液位比例调节 .........................................................................................................5.2 上水箱液位比例积分调节 .................................................................................................5.3 上水箱液位比例积分微分调节 .........................................................................................致谢 ............................................................................................................................................参考文献.......................................................................................................................................论文原创性声明1 绪论1.1 PLC的产生、定义及现状1.1.1PLC的产生、定义一、可编程控制器的产生20世纪60年代，在世界技术改造的冲击下，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器。

一、实验目的1. 了解双容水箱液位控制系统的基本原理和组成。

2. 掌握双容水箱液位控制系统的建模、仿真和实验方法。

3. 学习PID控制算法在双容水箱液位控制系统中的应用。

4. 分析不同控制策略对系统性能的影响，优化控制参数。

二、实验设备1. 双容水箱系统：包括两个水箱、阀门、传感器、执行器等。

2. 控制器：采用PID控制器进行液位控制。

3. 电脑：用于数据采集、仿真和参数调整。

4. MATLAB软件：用于系统建模、仿真和数据分析。

三、实验原理双容水箱液位控制系统主要由水箱、传感器、执行器和控制器组成。

系统的工作原理如下：1. 传感器检测水箱液位，并将液位信号传输给控制器。

2. 控制器根据预设的液位设定值和当前液位值，计算出控制信号。

3. 执行器根据控制信号调整阀门开度，控制进水流量和出水流量。

4. 通过调节进水流量和出水流量，使水箱液位保持在设定值附近。

四、实验步骤1. 系统建模：根据实验设备，建立双容水箱液位控制系统的数学模型。

模型包括水箱的液位方程、进水流量方程和出水流量方程。

2. 系统仿真：在MATLAB中，根据建立的数学模型进行系统仿真。

仿真过程中，调整PID控制器的参数，观察不同参数对系统性能的影响。

3. 实验验证：将PID控制器连接到实际双容水箱系统，进行实验验证。

通过改变液位设定值，观察系统响应和稳定性。

4. 参数优化：根据实验结果，调整PID控制器的参数，使系统性能达到最优。

五、实验结果与分析1. 系统仿真结果：在MATLAB中，通过仿真实验，观察到不同PID控制器参数对系统性能的影响。

结果表明，参数的合理选择对系统性能有显著影响。

2. 实验验证结果：将PID控制器连接到实际双容水箱系统，进行实验验证。

实验结果显示，系统响应速度快，稳定性好，能够有效控制水箱液位。

3. 参数优化结果：根据实验结果，对PID控制器的参数进行优化。

优化后的参数能够使系统在较短时间内达到稳定状态，并保持较高的响应速度。

湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 4 月9 日目录前言 (1)一.训练装置及内容介绍 (2)训练装置 (2)训练内容 (3)二.系统各模块 (4)控制对象 (4)检测装置 (4)执行装置 (6)控制器 (7)三.实验效果 (10)程序清单 (11)工程训练心得 (15)前言生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求的目标，在18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功的应用以后，自动化技术时代开始了。

随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化仪表已经进入了计算机控制装置时代。

在石油、化工、制药、热工、材料和轻工等行业领域中，以温度、流量、物位、压力和成分为主要被控变量的控制系统都称为“过程控制”系统。

过程控制不仅在传统工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且已成为新建的规模大、结构复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分。

随着计算机控制装置在控制仪表基础上的发展，自动化控制手段也越来越丰富。

其中有在工业领域有着广泛应用的智能数字仪表控制系统、智能仪表加计算机组态软件控制系统、计算机DDC控制系统、PLC控制系统、DCS 分布式集散控制系统、FCS现场总线控制系统等。

在这次工程训练中，主要对单容水箱液位进行PID整定。

单容水箱是个比较简单的控制系统，我们采用PID控制。

控制一个液位的高度，整个过程为采用水泵恒定抽水，改变电动调节阀的开度来控制水的流量从而控制水箱液位的高度。

并选用压力传感器对液位高度进行测量，将测量的值与系统的给定值进行比较，来确定阀的开度。

通过训练熟悉整个控制系统的每一个环节及其原理。

一、训练装置及内容介绍THJ-2型高级过程控制系统实验装置”由过程控制实验对象系统、智能仪表控制台及上位监控PC机(用户自备)三部分组成。

训练装置1.1 过程控制实验对象系统实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上、中、下三个串接有机玻璃圆筒型水箱；三相4.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。

基于VB6.0的双容水箱液位控制仿真软件设计
李芹;肖思明;施羽佳
【期刊名称】《上海电力学院学报》
【年(卷),期】2008(024)004
【摘要】介绍了基于VB 6.0的双容水箱液位PID控制系统仿真软件的设计和实现方法.在SUPCON CS4000 DDC实验装置上进行实验,得到了双容水箱的阶跃响应曲线,并计算出了对应的数学模型.应用计算机仿真算法对系统进行仿真编程,实现了柱状液位的动态显示,以及实时液位、阀位、设定值的曲线绘图显示.另外,该软件还具有仿真时间设定、仿真步长设定和仿真速度设定及手自动切换.对仿真软件的控制图形与Simulink的仿真结果进行了比较,证明了该软件的正确性.
【总页数】5页(P353-356,380)
【作者】李芹;肖思明;施羽佳
【作者单位】上海电力学院,电力与自动化工程学院,上海,200090;上海电力学院,电力与自动化工程学院,上海,200090;上海电力学院,电力与自动化工程学院,上
海,200090
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于 PLC的双容水箱液位控制仿真与实物实验系统设计 [J], 朱涛;周天沛
2.双容水箱液位控制的硬件在回路仿真系统 [J], 高兴泉;邢一丰;刘志刚
3.基于回路仿真双容水箱液位控制数据采集系统的设计 [J], 付秀伟;高兴泉;付莉
4.双容水箱液位控制系统仿真研究 [J], 卢春华;巩银苗;姚现科
5.基于DCS的双容水箱液位控制系统仿真 [J], 孙悦;恒庆海
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1DLPLC-X1可编程控制器实验箱技术文件图片仅供参考，以实际配置为准一、概述以可编程序控制器为核心的工业控制集成技术，目前在高等院校已经迅速发展成为一门新的学科，其内容既有丰富的理论，又有广泛的实践，既能锻炼学生的动手能力，又能培养学生的创新思想，已经形成自动化专业、机电一体化专业、机械专业的一门重要的主干课程。

关于可编程序控制器的课程设置、配套教材、实践环节、实验室建设等方面的规划，得到了各级领导和专业教师的充分重视。

我公司的“DLPLC-X1可编程控制实验箱”是为职业技术教育、高等教育而开发的PLC专业性实训平台，专为目前我国各院校开设的“可编程序逻辑控制器技术”、“可编程序逻辑控制器原理及其应用”、“PLC应用技术”、“PLC原理与应用”等课程配套设计的。

该系统集可编程控制器（Allen-Bradley SLC-500）、仿真教学软件、模拟控制实验板等于一体，为结合教学要求，设计过程中参考了国内多种教材，从中精选出6组最典型的实验项目，配套通信编程电缆，提供所需的24V/5A电源，装置具有漏电保护和电源短路保护、晶体管输出保护等功能。

该装置适用于中高级职业院校、高等院校学生的可编程控制器的学习与应用培训、学生的岗前培训和职工再培训，不仅可满足各高等院校、职业学校对PLC 实验教学和相关课程设计、考核的要求，还可作为工程技术人员的培训设备。

二、装置特点1、实验箱面板为彩色立体图，形象逼真，接近工业现场的实际应用，通过本装置的训练，学生很快就能适应现场的工作。

2、该系统采用计算机仿真现代化信息技术手段，通过操作、模拟、仿真三个培训层面，解决了以往专业培训理论、实验、实习和实际应用脱节的问题。

3、实验箱集成了六种典型PLC实训模块，包括电机控制、水塔水位控制、自动轧钢机、多种液体混合、邮件分拣、自动送料装车。

可以很方便的完成PLC的基础实训，硬件负载电源使用安全电压，保证学生的安全。

4、系统配置了目前工厂常用的组态软件，并配备了详尽的应用指导书。