成大PLC串级液位控制系统概述.doc

过程控制工程综合项目设计 题 目 PLC液位串级控制系统的设计 学 院 电子信息工程学院 专 业 自动化 学生姓名 学 号 201010311 年级 10级 指导教师 魏 万 迎 职称 教授 二〇一三年十二月二十九日PLC液位串级控制系统的设计 摘要：双容水槽是工业生产过程的常见被控对象,对其液位的控制通常采用模拟仪表、计算机、PLC等单回路控制, 随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求现代工业生产中的工艺过程日趋复杂 ,对控制系统的指标要求也越来越高。在这种情况下,传统的单回路液位控制已经难以满足一些复杂的控制要求。本文了西门子S7-00系列PLC结合液位传感器实现双容液位串级控制系统该系统能有效克服对象的容量滞后,提高控制精度,减小系统超调。本文阐述了PLC实现双容液位串级控制系统的的工作原理,并从系统组成、PLC工作流程、I/O口分配、控制方式以及人机监控界面设计等方面进行了详细论述具有较强的实用性关键词： 上位机监控摘要 2 第一章 液位串级控制系统概述 4 1.1 引言 4 1.2 系统工作原理 4 第二章 液位串级控制系统组成结构 5 2.1 串级控制系统的组成 5 2.1.1 硬件介绍 5 2.1.2 软件介绍 7 2.2 系统总貌图 8 第三章 控制系统方案设计 9 3.1 水箱串级控制系统工艺流程图 9 3.2 硬件设计 10 3.2.1检测单元 10 3.2.2 执行单元 11 3.2.3控制单元 12 3.3 控制系统的控制要求及实现 12 3.3.1 控制系统设计技术要求 12 3.3.2 控制系统的结构及实现 12 3.4控制系统的调试及PID参数整定 13 3.4.1 串级控制系统的调试 13 3.4.2 控制器PID参数整定 14 第四章 结论 16 参考文献 18 致 谢 19 第一章 液位串级控制系统概述 1.1 引言 在化学工业生产中双容甚至多容的液位控制是一项非常重要的环节。随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下,传统的单回路液位控制已经难以满足一些复杂的控制要求在串联双容水箱水位的控制中，进水首先进人第一个水箱，然后通过第二个水箱流出，与一个水箱相比，由于增加了一个水箱，使得被控量的响应在时间上更落后一步，即存在容积延迟，从而导致该过程的难以控制。串级控制是改善调节过程动态性能的有效方法，由于其超前的控制作用，可以大大克服系统的容积延迟。采用整定法，通过组态软件对整定过程及进行实时监控，直至达到主、副回路的最佳整定参数上、中、下水箱采用优质有机璃，便于学生直接观察液位的变化和。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶三阶液位控制和双闭环三闭环液串级控制。储水箱不锈钢板制成，足用来对上、中、下水箱的液位进行检测～4～20mA输出：4～20mA。控制信号mADC或1～5VDC输出4～20mADC的阀位信号一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动FR-S520S-0.4K-CH(R)型变频器，控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，输出用来驱动三相磁力驱动泵。 图2.1 电源控制屏示意图 2.1.2 软件介绍 西门子S7系列PLC编程软件：本装置中PLC控制方案采用了德国西门子公司的S7-300PLC，而西门子S7-300PLC采用的是Step 7编程软件。利用这个软件可以对相应的PLC进行编程、调试、下装、诊断。 西门子WinCC监控组态软件：S7-300PLC控制方案采用WinCC软件作为上位机监控组态软件，WinCC是结合西门子在过程自动化领域中的先进技术和Microsoft的强大功能的产物。作为一个国际先进的人机界面(HMI)软件和SCADA系统，WinCC提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板；并具有高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据；WinCC还为用户解决方案提供了开放的界面，使得将WinCC集成入复杂、广泛的自动化项目成为可能。 2.2 系统总貌图 第三章 控制系统方案设计 3.1 水箱串级控制系统工艺流程图 图3.1 如图3.1所示，本实验为水箱液位串级控制系统，它是由主、副两个回路组成，每一个回路中都有一个属于自己的调节器和控制对象，即主回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，作为系统的被控对象，下水箱的液位为系统的