基于组态技术的水箱液位控制系统设计课件.ppt

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1、基于组态技术的水箱液位控制系统设计姓名：学号：目录1课题意义2系统结构3液位系统建模4算法选择及参数整定5PID控制器的PLC实现6系统组态调试7结束语1课题意义工业液体的液位控制系统是工业生产中比较典型的控制应用之一，许多控制系统的模型与此类似。随着微处理器、自动化仪表和数字通信网络的飞速发展，控制手段也越来越丰富。在现代工业生产中，小型PLC的高可靠性和电动阀快速准确等特点在工业生产中有着广阔的应用背景，组态软件是近几年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发工具，开发人员通常不需要编制具体的指令和代码，只要利

2、用组态软件包中的工具，通过硬件组态、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作，运用工业组态软件对系统进行监控的应用越来越广。本次设计针对单容水箱液位控制系统设计了以PLC为控制器和智能电动阀为执行对象的控制系统，并且通过组态软件对整定过程及曲线进行实时监控,直至达到系统达到最佳控制效果。2系统结构系统以西门子S7-200作为控制器，以电动阀作为执行器，通过控制电动阀的开度来实现管道流量的控制，进而达到控制水箱液位高低的效果。PLC控制器及电动阀与PC机之间采用RS485/232总线进行通信,保证过程

3、控制数据的实时交换。当液位的高度低于设定值时，电动阀的开度增加，供水量增多，管道流量增大，液位增高；反之，开度减小，管道流量减少，液位降低。系统运行过程中的自动动态调节，使液位高度最终稳定在设定值。用恒压磁力泵抽取由水箱流入储水池中的水，循环使用以节约水源。系统现场控制的结构图如图所示。3水箱液位系统建模设下水箱流入量为Q1，改变电动阀的开度可以改变Q1的大小，下水箱的流出量为Q2，改变出水阀F4的开度可以改变Q2。液位h的变化反映了Q1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。若将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输

4、出变量，则该被控过程的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式为：其中：R为出水阀的液阻；C为水箱的容量系数。考虑到调节阀与实际水箱的入口有一段距离，滞后时间，故数学模型写为：4算法选择及参数整定4.1PID控制器采用PID控制算法，其表达式为：系统结构图如图2所示4.2参数整定在THJ-2型过程控制系统装置测试参数并整理得到采用PI控制，运用ZN法和凑试法整定系统PID的控制参数，得到Kp=3,Ti=10。5PID控制器的PLC实现设计中采用西门子S7-200PLC的CPU224作为控制器，同时扩展一片EM235以实现

5、液位模拟量的控制。控制系统外部接线图如图3所示。采用指令向导法在PLC中来实现PID算法。只要在向导的指导下填写相应的参数，就可以方便快捷地完成PID运算的子程序（内含中断程序）。只需要在主程序中调用PID向导生成的子程序，就可以完成PID控制任务。系统PID控制的梯形图如图4所示。液位压力变送器反馈流量变量值为VW200内的值；设定值为0.4（8cm/20cm）；手动/自动控制方式选择I0.0；手动控制输出值为0.3，输出值放在AQ0中。6系统组态调试设计中采样北京昆仑通态自动化软件科技公司开发的MCGS工业组态监

6、控软件,通过RS232/RS485转换器使PC机与S7-200进行通信。编写应用程序，下载PID控制程序至PLC,运行监控画面。设置参考值，同时调整控制参数，在实时趋势窗口观察液位曲线，直到得到满意的控制效果。系统的组态实时运行状态如图5所示。图5左边部分是液位系统组态运行界面，右上部分是PID各参数及设定值、测量值和输出值和实时状况。右下图为液位输出响应运行的实时曲线。组态技术除了能够显示实时数据曲线外，还能显示历史数据曲线，以便事后查看数据和状态变化趋势和总结规律。系统组态调试历史曲线如图6所示，其中固定值直线为

7、管道流量的给定值8cm,振荡的曲线为液位输出曲线。系统稳定无静差，响应超调量约为18%，稳态时电动阀的开度为45,控制效果良好。7结束语本系统采用PLC与组态技术对水箱液位系统进行控制，在系统构成上，充分体现了PLC小型可靠以及智能电动阀快速准确等特点。采用的MCGS组态软件以其优异的特性在水箱液位监控系统中获得了成功的应用，实现了实时数据浏览、实时和历史数据趋势显示等功能。目前在THJ-2型过程控制系统装置上调试成功，系统运行效果良好，达到了设计的要求。