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基于 PLC 的双溶水箱液位串级控制
[摘要]
本文首介绍了一种基于 PLC 的双溶水箱液位窜级控制的设计。文章首先介绍
了 PLC 的产生和定义、过程控制的发展。其次根据水箱的特性确定与曲线分析。
对西门子 S7-200 系列可编程控制器的硬件进行掌握。进行了 PID 参数的整定与
各个参数的控制性能的比较。应 PID 控制算法所得到的曲线分析。在 MCGS 软
件上进行交互界面。通过整个系统各个部分的介绍和讲解 PLC 的过控制指令 PID
指令来控制水箱水位。此方法使用简单可靠,可广泛应用于工业生产过程中的液
位控制问题。此系统同样可以满足工厂对控制系统的需求,有着巨大的前景。
关键词: PLC 串级控制 组态软件 MCGS PID 控制算法
Abstract:this article rst describes the channeling for a double
dissolution based on PLC water tank liquid level control design. Article
rst describes the denitions, process control and development of
PLC. Second according to the characteristics determine the water
tank and curves analysis. Siemens S7-200 series PLC hardware for
mastering. PID parameter tuning and comparison of control
performance of individual parameters. PID control algorithm and
analysis of the resulting curve. On MCGS software interface.
Throughout various parts of the system of introducing and explaining
I / 36
the PID control instructions instructtions of PLC to control water tank
water level.
Keywords: control conguration software MCGS of PLC cascade PID
control algorithm
II / 36
目录
1 绪论.............................................................................................................................................................3
1.1 过程控制系统的发展概况与趋势.....................................................................................................3
1.2 PLC 的发展概况与趋势.....................................................................................................................4
1.3 组态软件的发展概况与趋势.............................................................................................................4
1.4 本文研究的主要容.............................................................................................................................5
2 水箱液位串级控制系统总体设计.............................................................................................................6
2.1 水箱系统的组成.................................................................................................................................6
2.1.1
西门子
PLC
控制系统
.................................................................................................................6
2.1.2 CPU
模块
.....................................................................................................................................7
2.1.3I/O
模块
.........................................................................................................................................7
2.1.4 I/O
接线图
....................................................................................................................................7
2.1.5
信号间的转换关系
......................................................................................................................8
2.2 双容水箱系统结构.............................................................................................................................9
2.2.1
双容水箱系统结构
......................................................................................................................9
2.2.2
双容水箱系统结构图
..................................................................................................................9
2.2.3
双容水箱对象特性
....................................................................................................................10
3 串级控制...................................................................................................................................................14
3.1 串级控制系统概述...........................................................................................................................14
3.2 串级控制系统的优点.......................................................................................................................15
3.3 串级控制系统的适用场合...............................................................................................................15
4 控制规律...................................................................................................................................................16
4.1 控制规律选择 ..................................................................................................................................16
4.2 PID 控制规律特点 ...........................................................................................................................16
4.3PID 控制调节规律.............................................................................................................................16
4.4 西门子 S7-200 系列 PLC 中 PID 指令的使用.................................................................................17
4.5 在 PLC 中的 PID 控制的编程..........................................................................................................18
4.5.1
回路的输入输出变量的转换和标准化
....................................................................................18
4.5.2
变量的围
....................................................................................................................................19
5 控制系统的设计.......................................................................................................................................20
5.1 系统设计 ..........................................................................................................................................20
5.1.1
水箱液位的自动调节
................................................................................................................20
5.1.2
左水箱右水箱液位串级控制系统
...........................................................................................21
5.2 硬件设计...........................................................................................................................................22
5.2.1
检测单元
....................................................................................................................................22
5.2.2
执行单元
....................................................................................................................................22
5.2.3
控制单元
....................................................................................................................................23
5.3 运行...................................................................................................................................................23
5.3.1
左水箱液位比例调节
................................................................................................................23
1 / 36
5.3.2
右水箱液位比例积分调节
.......................................................................................................23
5.3.3
左水箱液位比例积分微分调节
................................................................................................23
6 程序的编写...............................................................................................................................................25
6.1 主程序...............................................................................................................................................25
6.2 子程序...............................................................................................................................................26
7 MCGS 简单交互界..................................................................................................................................29
7.1 MCGS 组态软件的概述...................................................................................................................29
7.2 MCGS 交互界面设计流程...............................................................................................................29
7.2.1
建立
MCGS
新工程
....................................................................................................................29
7.2.2
建立新画面
................................................................................................................................29
7.2.3
工具箱的用应
............................................................................................................................30
7.2.4
建立文字框:
............................................................................................................................31
7.2.5
对象元件库管理
........................................................................................................................32
7.2.6
完整动画演示
............................................................................................................................32
结束语..........................................................................................................................................................33
致..................................................................................................................................................................33
参考文献......................................................................................................................................................34
2 / 36
1 绪论
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都需要对液位进行适当的控制。
双溶水箱液位的控制作为过程控制的一种,由于其自身存在滞后,对象随负荷变
化而表现非线性特性与控制系统比较复杂的特点,传统的控制不能达到满意的控
制效果。以 PLC、组态软件为单元,可以组成从简单到复杂的各种工业控制系统 。
PLC 可以实现复杂的逻辑编程与简单的算法编程,但是对于先进控制算法,如模
糊控制算法等涉与到矩阵运算,由于算法本身的复杂性,单纯依靠 PLC 编程功能
已经不能满足要求;在这组态软件编程语言可以弥补它的不足,因为运用此方法
非常简单。本文在 S7-200 环境中编写了传统的 PID 控制算法,实现了对双溶水
箱液位的控制。
1.1 过程控制系统的发展概况与趋势
过程控制是一门与工业生产过程联系十分紧密的科学,随着科学技术的飞速
前进,过程控制也在日新月异地发展。它不仅在传统地工业改造中起到了提高质
量,节约原材料和能源,减少环境污染等十分重要的作用,而且正在成为新建的
规模大、结构复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分。生产过程自动化是保
持生产稳定、降低消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全和提高劳动生产率
重要手段,在社会生产的各个行业起着与其重要的作用。其发展经历了一下几个
方面:
1、 局部自动化阶段(50 年代)
2、 过程计算机控制系统阶段(60 年代)
3、 集中控制、多参数控制阶段(70 年代)
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