过程控制报告

1、过程控制技术实训任务书题目：圆筒对象液位控制系统设计一、工程训练任务本实训综合运用自动化原理、PLC技术以及组态软件等相关课程，通过本实训的锻炼，使学生掌握自动化系统的基础理论、技术与方法，巩固和加深对理论知识的理解。本课题针对液位控制系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，运用PID控制算法对圆筒对象水箱液位进行控制。二、工程训练目的通过本次工程训练使学生掌握运用组态王软件及PLC构建工业控制系统的能力，增强学生对PLC控制系统以及组态王软件的应用能力，培养学生解决实际问题的能力和复杂控制系统分析综合能力，为今后从事

2、工程技术工作、科学研究打下坚实的基础。三、工程训练内容1) 确定PLC的I/O分配表；2) 根据PID控制算法理论，运用PLC程序实现PID控制算法；3) 编写整个液位控制系统实训项目的PLC控制程序；4) 在组态王中定义输入输出设备；5) 在组态王中定义变量；6) 设计上位机监控画面；7) 进行系统调试。四、工程训练报告要求报告中提供如下内容：1、 目录2、 任务书3、 正文4、 收获、体会5、 参考文献五、工程训练进度安排周次工作日工作内容第一周1布置课程设计任务，查找相关资料完成总体设计方案23完成PLC程序设计完成监控画面设计45第二周1调试23准备训练报告4完成训练报告并于下午两点之

3、前上交5答辩六、工程训练考核办法本工程训练满分为100分，从工程训练平时表现、工程训练报告及工程训练答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。一、 背景在对方形对像即线性控制的建模后，我们又对圆筒形对象即非线性对象进一步研的研究二、 涉及知识本实训涉及到自动化原理、PLC技术以及组态软件等相关课程，经过本实训，使我们掌握自动化系统的基础理论、技术与方法，巩固和加深对理论知识的理解。本课题针对液位控制系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，运用PID控制算法对圆筒对象水箱液位进行控制。三、 系统结构框

4、体 四、 实训被控对象的介绍控制系统中，作为广义的控制对象，除控制器（调节器）以外的执行器（调节阀）及测量变送装置都包括在内。作为狭义的控制对象，其端部参数(输入、输出)有被控参数、控制参数和扰动参数，它们通过控制对象的内部状态而相互联系。在此，我们从广义的控制对象的角度，对实训系统中的被控对象进行逐个分析：（1）压力变送器实训中选用的压力液位传感器的型号为FB0803AE3R。该传感器的原理运用的是，液体内部所受压强与所处液体深度的关系。由于压力变送器属于接触式的液位传感器，并且在其安装时采取了分区域安装的方法。因此减少了波动误差和外加干扰。（2）电磁阀实训中选用的电磁阀的型号为ZCT15。

5、阀里面有控制器，控制器把电流信号转换为步进电机的角行程信号，电机转动，由齿轮，杠杆，或者齿轮加杠杆，带动阀杆运作，实现直行程或角行程。五、 控制器变频器(6SE6420-2UC17-5AA1)本次PLC实训中选用的变频器型号为Siemens的6SE6420-2UC17-5AA1 。在操作中通过PLC编程对该变频器进行控制，从而使其带动的异步电机的转速发生变化，达到最终对水箱进水的控制。给变频器加上AC220V电源。变频器的安装操作如下：1. 用导轨的上闩销把变频器固定到导轨的安装位置上。2. 向导轨上按压变频器，直到导轨的下闩销嵌入到位。参数号出厂值设置值说明P000312

6、设用户访问级为扩展级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P1040520设定键盘控制的频率值(Hz)P1058510正向点动频率(Hz)P1059510反向点动频率(Hz)P1060105点动斜坡上升时间（s）P1061105点动斜坡下降时间（s）表1.重要参数的设定若在操作中，要对电动机的转速进行监测，可以按键，显示r0000，使BOP显示结果为。然后按键，显示频率，使BOP显示结果为。六、控制系统的控制流程图七、圆形对象建模一般卧式贮罐以圆筒形截面、标准椭圆封头居多。在实际生产过程中，液位高度可直接从液位计上读取，其体积和质量却不能直观地反映出来，而液位高度与体积之间存在着必然的联系

7、。要想知道某一液位高度下贮罐内介质的质量，就必须求出液位高度与贮罐内介质体积的关系。1公式推导以标准椭圆封头的卧式贮罐为例，导出其介质体积与相应的液位高度的关系式。已知条件：R一贮罐的内半径(m)；H一液位高度(m)；一圆筒长度(包括封头直边高度)(m)。设液位高度为H 时，介质的体积为V()，其中圆筒部分的体积为()求，如图 则 当，表达式的推导同上八、组态王在工程浏览器左侧的树型视图中选择“界面”，在右侧视图中双击“新建”，新建生产一幅名为“圆筒对象液位控制”的界面，如图2-1。在工具箱中选择需要用的被控对象，根据要求设计出系统的主界面。组态王把那些需要与之交换数据的硬件设备或软件程序都作

8、为外部设备使用。外部硬件设备在本文中就是S7-200.可使用“设备配置向导”一步步完成设备的连接。具体操作如下：双击“COM1”，点击“新建”，在西门子PLC中找到S7-200的PPI通讯接口，然后，点击“下一步”，给通讯口命令“S7-200”，“下一步”，选择“COM1”，再点击“下一步”，输入地址“2”，再“下一步”。提示输入恢复策略，点击“完成”。至此，在组态王中完成了I/O设备的设置。实现组态王对S7-200的在线控制，就必须建立两者之间的联系，那就需要建立两者的数据变量。基本类型的变量可以分为“内存变量”和“I/O变量”两类。内存变量是组态王内存的变量，不跟监控设备进行交换。而I/O

9、变量时两者之间互相交换数据的桥梁，S7-200和组态王的数据交换是双向的，一者的数据发现变化，另外一者的数据也跟着变化。所以需要在创建连接前新建一些变量。对于将要建立的“圆筒对象液位调节阀PID控制实验”，需要从下位机采集温度、流量等变量。由于这些数据时通过驱动程序采集的，所以变量都是I/O变型变量，定义变量的方法如下：下面我们以当前温度差设置为例来说明变量设置的步骤和方法。图4.3为变量“PID0-PV”基本属性设置图，变量类型设置为I/O实数，连接设备为S7-200，寄存器为V100，数据类型是float。PLC I/O的分配I/O分配I/O名称测量变量名称模拟量输入AI0下水箱液位模拟量

10、输出AO0变频器频率九、PID调节（1）PID控制界面（2）系统建模与MATLAB仿真调试1.将PLC程序下载到A3000过控系统试验箱中，并将水箱水位设定值为10时，运行程序得出系统的水箱液位变化曲线如图4-3。其中曲线 为设定值曲线，曲线 为水箱液位的变化曲线。该系统为单回路控制，建立一阶惯性环节系统方程，即闭环传递函数为：可依据图 得到各参数的数值。由图3-1可知K=1，曲线稳态值的63.2%处即为时间T，95%处为3T。故T=1.6min，所以。根据PLC程序中PID整定参数：P为3，I为6，D为1，故液位控制器的传递函数为。液位传感器的电信号为4-20mA，其高度变化范围为0-100

11、cm，故其比例系数为。综上所述，可计算得到液位传递函数为：2.仿真分析根据上述建模的结果，利用软件Simulink对其进行仿真，对其建立的电路如下其仿真输出的 波形如图4-5所示：3. 控制参数对系统性能的影响因为控制参数对系统影响较大。如若P过大容易造成系统不稳定，过小则不能减小余差；若I过小，则到达稳定所需的时间较少，但容易造成系统振荡，过大产生振荡的可能性大大减小，然而到达稳定的时间延长。微分具有预测作用，可提前对系统加以控制，但微分常数过大过小都会严重影响系统的稳定性，所以，为找出更为理想的PID控制参数，故对以上Simulink中的PID模块进行的修改。即保留主对象水箱和液位传感器不变，同