水箱液位和注水流量串级控制PLC课程设计

1、可编程序控制器课程设计说明书信息与电气工程学院课程设计说明书（2013 /2014 学年 第 2 学期）课程名称 ： 可编程序控制器应用课程设计 题 目 ：水箱液位和注水流量串级控制PLC系统设计专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 刘增环、岑毅南等 设计周数 ： 2 周 设计成绩 ： 2014 年 7 月 11 日1、课程设计目的通过本次课程设计,加深对PLC知识的理解；了解PLC的过程控制工程设计流程及方法；重点掌握PLC的I/O地址分配、信号采集、PID控制算法、程序编辑以及调试运行的过程及方法。结合课程设计的内容，熟悉过程控制工程中需要编写的技术文档；加强对PLC编程能

2、力；培养全面、周到的考虑实际问题的习惯；学会查阅有关专业技术资料及设计手册，提高独立设计控制系统的能力并完成课程设计相关任务。具体任务及目的如下：（1）了解水箱液位控制系统的物理结构、闭环调节系统的数学结构和PID控制算法。（2）逐一明确各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理、连接方法、信号种类、信号调节电路、引入PLC的接线以及PLC中的编址。（3）逐一明确PLC到各执行机构的输入通道，包括各执行机构的种类和工作原理，驱动电路的构成，PLC输出信号的种类和地址。（4）绘制水箱液位控制系统的电路原理图，编制I/O口地址分配表。（5）编制PLC的程序，结合实验室现有设备进行调试，尽可能

3、多地在实验设备上演示控制过程。2、课程设计正文2.1技术要求水箱液位和注水流量串级控制系统主要由水箱、管道、水泵、异步电动机、电机控制电器、水压力传感器、涡轮流量计、电动调节阀、可编程控制器及其输入（检测）输出（控制）通道电路构成。其中电动机和水泵作为动力系统。系统中由电位器设置液位给定值，水压力传感器检测液位，采用PID算法得出流量给定值。涡轮流量计检测流量，电动调节阀控制流量，采用PID算法得出电动调节阀开度控制值，实现流量的控制。流量控制是内环（副调节器），液位控制是外环（主调节器）。系统电源由接触器和按钮控制。系统电源接通后PLC进行必要的自检和初始化。控制器收到系统启动按钮动作信号后

4、，通过接触器接通到电机电源，启动动力系统工作。开始两个闭环系统的调节控制。2.2 方案设计2.2.1因为流量变化瞬速，做为副调节器调节对象，中水箱液位做为主调节器调节对象。控制框图如图10-1所示： 2.2.2 PLC实际控制框图压力传感器液位PLC电动调节阀流量涡轮流量计2.3 I/O口分配表I/O口作 用AIW0压力传感器输出信号AIW2涡轮流量计的输出信号AQW0电动调节阀控制量2.4电路设计 AIW0+ AQW0+ AIW0- AQW0_AIW2+ AIW2- Em235压力传感器涡轮流量计电动调节阀2.5软件系统 2.5.1程序流程图跳转到子程序1运行子程序1PID参数初始化设定定时

5、器0的时间间隔为200ms中断连接入口为INT_0允许全局中断运行INT_0主回路水箱液位计数据处理设定定时器1的时间间隔为100ms中断连接入口为INT_1副回路涡轮流量计数据处理处理后的值送到PID即为设定值运行PID指令处理后的值送到PID即为过程变量PID输出值处理 控制调节阀制量运行主程序程序运行INT_1 2.5.2内存变量分配表序号名称地址说明1中水箱液位压力传感器AIW016位2涡轮流量传感器AIW216位3电动调节阀控制量AQW016位4PID表地址VB1008位5过程变量PVVD10032位6设定值SPVD10432位7输出MVD10832位8增益KVD11232位，设定为

6、1.89采样时间TsVD11632位，设定为1.0秒10积分时间TiVD12032位，设定为5000分11微分时间TdVD12432位，设定为0分12积分前项VD12832位13过程变量前值VD13232位14定时中断0时间间隔SMB348位，设定为200毫秒15PID表地址VB2008位16过程变量PVVD20032位17设定值SPVD20432位18输出MVD20832位19增益KVD21232位，设定为1.820采样时间TsVD21632位，设定为1.0秒21积分时间TiVD22032位，设定为5000分22微分时间TdVD22432位，设定为0分23积分前项VD22832位24过程变量

7、前值VD23232位25定时中断1时间间隔SMB358位，设定为100毫秒2.5.3程序分析与计算程序分析：启动系统，由电位器控制给定液位，注水管注水，压力传感器把检测信号输入到AIW0口与电位器给定信号相比较，作为主调节器。涡轮流量计检测注水管流量，把信号传递给AIW2口，作为副调节器，由AQW0口输出控制信号调节电动调节阀开度，控制注水流量，从而保持液位维持给定液位不变。计算：水箱液位输出信号为15V，电动调节阀控制量的输入信号为420mA，AQW0的输出信号对应的也应为4-20mA。当液位为0时，对应的AIW0的值为(32000/5)*1=6400；当液位值为最大时，对应的AIW0的值为

8、32000。因此，涡流流量传感器及电磁流量计的相应的输出信号转化为PLC内部程序值为： Mn-第n个采样时刻PID计算值MPn -第n个采样时刻比例项值MIn -第n个采样时刻积分项值MDn -第n个采样时刻微分项值TS为采样周期TI为积分时间常数TD为微分时间常数SPn第n个采样时刻的给定值PVn第n个采样时刻过程变量值MX第n-1个采样时刻积分项的值2.5.4 PLC源程序OB110SBR0 INT0INT13、课程设计总结 在学完PLC可编程控制器的理论课程后我们开始了为期两周的课程设计，本次课程设计以小组的形式进行，我们组做的是水箱液位和注水流量串级控制。平时大家都是学理论，没有过实际

9、开发设计的经验，刚刚知道这个题目的时候都不知道如何下手。但是通过各方面的查资料和学习参考，我们在第一周已经基本学会了PLC设计的步骤和基本方法，并且设计的方案有了初步的确定。把设计好的程序输到PLC中以后，出现了很多问题，程序一直有错误，在后来的小组讨论过程中，我们发现很多老师上课讲的一些细节问题都没有注意到。几经修改程序终于可以运行没有错误了。可是运行不出来要求的结果，在老师的帮助下，我们发现PID调节的一些参数的设置不太正确。做了修改以后，终于运行出来设计要求的结果了。这次课程设计培养了我们设计的思想和基本框架，使我们懂得了基于PLC的过程控制设计的基本原则，设计方法和步骤，测试及故障分析

10、和排除。本次课程设计锻炼并提高了我们在PLC理论基础上的综合设计能力、创新能力以及系统的安装、调试能力。在对理论的运用当中，提高了我们的工程素质。我们组成员之间通过的相互配合，积极查阅资料，优选方案，编辑程序，实验调试，撰写设计报告等一系列过程，综合运用了理论知识，培养了理论联系实际的学风，以及创新意识。课程设计的这两周以来，我们学到了很多书上所学不到的知识，受益良多！最主要得是培养了我们分析的能力，很好的锻炼了自信心。课程设计是培养学生操作技能的一个重要环节，而技能的形成则是学生通过观察、模仿、实践来重复教师所演示的动作和反复练习来实现的。两周的课程设计，时间不长，各部分工作可以分配到的时间

11、就更短，但是我们还是学到了很多东西。本次课程设计对我们很重要，是我们学习实践中的重要环节。两周课程设计中感触最深的便是理论联系实践的重要性。在以前我们学的都是一些理论知识，比较注重理论性，而较少注重我们的动手锻炼。而这一次的实习不光要懂得理论知识，更多的是要我们动手做，好多东西看起来十分简单，一看图都懂，但没有亲自去做它，你就不会懂理论与实践是有很大区别的，看一个东西简单，但它在实际操作中就是有许多需要注意的地方。在本次实习中，非常感谢老师对我们的严格要求，老师不仅是对自己职业的负责更是对我们学生的认真负责。使我们学到了很多实用的知识，增强我们的自信心，同时也使自己认识到知识储备方面存在着很大的不足。在以后的学习中，我会加强理论和实践的结合，不断完善自己，成为一个真正具有