(基于PLC水箱过程控制系统实验平台的研究)

1、基于PLC水箱过程控制系统实验平台的研究 本科开题报告学 生：指导教师：年 月 日燕山大学电气工程学院主要内容综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 研究的基本内容，拟解决的主要问题研究步骤、方法及措施 研究工作进度 主要参考文献 课题国内外研究动态 20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度

2、提高，PLC逐渐进入过程控制领域。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。1 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 选题的依据和意义 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中都需要对液位进行适当的控制，以PLC和组态软件为基础，可以组成从简单到复杂的各种工业控制系统 。 本课题较好地实现了基于S7-300PLC的控制过程的应用，提供了一个很好的过程控制的实验平台，对我将来的实际生产过程起到了一定的指导作用。 故此，我选择了基于PLC水箱过程控制系统实验平台的研究做为毕业设计的题目。 主要内容

3、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 研究的基本内容，拟解决的主要问题研究步骤、方法及措施 研究工作进度 主要参考文献 研究的基本内容 研究了解水箱的结构以及原理 ；实现基于西门子S7-300PLC的水箱过程控制系统的设计 ；完成液位等参数的PID控制实验 。 1.研究了解水箱的结构以及原理 该装置采用以西门子S7-300-313C-2DP、西门子WinCC为核心，外围配置MM420变频器、触摸屏、压力变送器、流量变送器、温度仪表、超声液面变送器等。在上位机插入CP5611_ProfiBUS-DP卡，在MM420变频器嵌入ProfiBUS卡以WinCC为人机界面与S7-313C-2D

4、P组成ProfiBUS网络。S7-313C-2DP采集触摸屏、压力变送器、流量变送器、温度仪表、超声液面变送器这些器件的信息，通过上位机或触摸屏完成整个系统的运行。MM420变频器、压力变送器、流量变送器、温度仪表、超声液面变送器等器件的控制信号都采用0-20mA或4-20mA输入输出。S7-313C-2DP本身集成了16路开关量输入和16路开关量输出，模拟量的输入输出采用SM331、SM332模块。2.实现基于西门子S7-300PLC的水箱过程控制系统的设计（1）分析控制系统的特点，建立水箱液位控制系统的模型；（2）利用STEP7软件对对象进行正确的硬件配置，并采用西门子提供的PLC编程语言

5、编写控制程序。（3）利用WinCC组态软件编写水箱液位串级控制系统的上位机监控程序。 （4）系统调试，分析控制效果。 3.完成液位等参数的PID控制实验 工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分制，简 称PID控制，又称PID调节。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。 （1）比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 （2）积分（I）控制 积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制

6、器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 （3）微分（D）控制 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。增加“微分项”它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。3.完成液位等参数的PID控制实验图1 PLC模拟量闭环控制系统3.完成液位等参数的PID控制实验 模拟量闭环控制系统，点画线中的部分使用PLC实现的。模拟量与数字量之间的相互转换和PID程序的执行都是周期性的操作，其间隔时间称为采样周期Ts。各数字值括号中的n表示该变量时第n系采样计算式的数字值。图1中的sp（n）是给定值，pv（

7、n）为A/D转换后的过程值（即反馈量），误差ev（n）=sp（n）-pv（n）。模拟量输出模块的D/A转换器将PID控制器输出器输出的数字值mv（n）转换为模拟量（直流电压或直流电流）mv（t），再去控制执行机构。主要内容综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 研究的基本内容，拟解决的主要问题研究步骤、方法及措施 研究工作进度 主要参考文献 研究步骤、方法及措施（1）认识软件（2）学习实验装置 （3）建立数学模型（4）程序编辑（5）系统调试，分析控制效果主要内容综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 研究的基本内容，拟解决的主要问题研究步骤、方法及措施 研究工作进度 主要参考文

8、献 研究工作进度第1-4周 查阅资料,阅读文献第5-7周 方案论证,总体设计第8-10周 理论研究,详细设计第11-13周 完成设计,仿真论证第14-17周 撰写论文,准备答辩主要内容综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 研究的基本内容，拟解决的主要问题研究步骤、方法及措施 研究工作进度 主要参考文献 【1】廖常初.S7-300/400 PLC应用教程 第2版M .北京:机械工业出版社.2012.【2】林德杰.过程控制仪表及控制系统M.北京：机械工业出版社.2009.【3】边春元.程立英等编.S7-300/400PLC 系统设计基础与开发技巧M.北京：机械工业出版社.2008.【4】

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