課程設(shè)計報告液位操縱系統(tǒng)設(shè)計

1、課程設(shè)計報告用紙目錄一、操縱系統(tǒng)分析與綜合任務(wù)書3、工程訓(xùn)練任務(wù)3、工程訓(xùn)練目的3、工程訓(xùn)練內(nèi)容3、工程訓(xùn)練報告要求3、工程訓(xùn)練進(jìn)度安排4、工程訓(xùn)練考查方法4二、整體設(shè)計方案5、操縱系統(tǒng)目標(biāo)5、操縱系統(tǒng)要求5三、硬件設(shè)計6、PLC系統(tǒng)設(shè)計的大體原那么6、PLC操縱系統(tǒng)設(shè)計的大體內(nèi)容和步驟6、設(shè)計的大體內(nèi)容6、設(shè)計的大體步驟6、PLC的選型6、PLCa型選擇7、PLCW量的選擇7四、軟件設(shè)計7、PLC相關(guān)設(shè)定7、PLC的元件分派7、PLC®序順序功能圖8、PLC®序9、PID操縱器參數(shù)整定11五、組態(tài)監(jiān)控軟件的設(shè)計12、成立新工程12、成立通信口13、新建變量14、新建監(jiān)控畫

2、面15六、運(yùn)行調(diào)試步驟與結(jié)果16、調(diào)試步驟16、運(yùn)行結(jié)果17七、收成與小結(jié)19八、參考文獻(xiàn)1921操縱系統(tǒng)分析與綜合任務(wù)書題目：液位操縱系統(tǒng)設(shè)計、工程訓(xùn)練任務(wù)本實(shí)訓(xùn)綜合運(yùn)用自動化原理、PLC技術(shù)和組態(tài)軟件等相關(guān)課程，通過本實(shí)訓(xùn)的鍛煉，使學(xué)生把握自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、技術(shù)與方式，鞏固和加深對理論知識的明白得。本課題針對液位操縱系統(tǒng)作初步設(shè)計和大體研究，該系統(tǒng)能對水箱液位信號進(jìn)行搜集，以PLC為下位機(jī)，以工控組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計上位機(jī)監(jiān)控畫面，運(yùn)用PID操縱算法對水箱液位進(jìn)行操縱。、工程訓(xùn)練目的通過本次工程訓(xùn)練使學(xué)生把握運(yùn)用組態(tài)王軟件及PLC構(gòu)建工業(yè)操縱系統(tǒng)的能力，增強(qiáng)學(xué)生對PLC操縱系統(tǒng)和組態(tài)王軟

3、件的應(yīng)用能力，培育學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，為爾后從事工程技術(shù)工作、科學(xué)研究打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。、工程訓(xùn)練內(nèi)容1）確信PLC的I/O分派表；2）依照PID操縱算法理論，運(yùn)用PLC程序?qū)崿F(xiàn)PID操縱算法;3）編寫整個液位操縱系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的PLC操縱程序；4）在組態(tài)王中概念輸入輸出設(shè)備；5）在組態(tài)王中概念變量；6）設(shè)計上位機(jī)監(jiān)控畫面；7）進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。、工程訓(xùn)練報告要求報告中提供如下內(nèi)容：1、 目錄2、 任務(wù)書3、 正文4、 收成、體會5、 參考文獻(xiàn)、工程訓(xùn)練進(jìn)度安排周次工作日工作內(nèi)容第周1布置課程設(shè)計任務(wù)，查找相關(guān)資料完成總體設(shè)計方案23完成PLC程序設(shè)計完成監(jiān)控畫面設(shè)計45第周1調(diào)試23準(zhǔn)備訓(xùn)練報告

4、4完成訓(xùn)練報告并于卜午兩點(diǎn)之前上交5答辯1.6、 工程訓(xùn)練考查方法本工程訓(xùn)練總分值為100分，從工程訓(xùn)練平常表現(xiàn)、工程訓(xùn)練報告及工程訓(xùn)練答辯三個方面進(jìn)行評分，其所占比例別離為20%、40%、40%。、整體設(shè)計方案2.一、操縱系統(tǒng)目標(biāo)本課程設(shè)計綜合運(yùn)用自動化原理、PLC技術(shù)和組態(tài)軟件等相關(guān)課程，針對雙容水箱液位操縱系統(tǒng)作初步設(shè)計和大體研究。該系統(tǒng)能對水箱液位信號進(jìn)行搜集，以PLC為下位機(jī),以工控組態(tài)軟件組態(tài)王設(shè)計上位機(jī)監(jiān)控畫面，運(yùn)用PID操縱算法對水箱液位進(jìn)行操縱。2.二、操縱系統(tǒng)要求依照操縱系統(tǒng)的目標(biāo)，能夠得出該操縱系統(tǒng)的要求如下:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖水箱液位工控開關(guān)計算機(jī)（組態(tài)王）PID調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)定

5、出水閥門變頻器可編程控制器圖2.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖操縱系統(tǒng)gg進(jìn)入系統(tǒng)三、硬件設(shè)計3.一、PLC系統(tǒng)設(shè)計的大體原那么：(1)應(yīng)最大限度地知足機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)進(jìn)程的操縱要求；(2)確保操縱系統(tǒng)平安靠得??；(3)力求操縱簡單、有效、合理；(4)系統(tǒng)應(yīng)留有必然余量。3.二、PLC操縱系統(tǒng)設(shè)計的大體內(nèi)容和步驟：3.2.1、 設(shè)計的大體內(nèi)容：(1)依照被控對象的工藝擬定操縱系統(tǒng)的操縱功能及目標(biāo)；(2)細(xì)化操縱系統(tǒng)的各類技術(shù)要求；(3)選型及硬件配置；(4)編制I/O分派表，繪制PLC系統(tǒng)及其現(xiàn)場設(shè)備的接線圖；(5)依據(jù)軟件說明書，編制PLC應(yīng)用程序；(6)編寫設(shè)計說明書和系統(tǒng)使用說明書、操作規(guī)那么等；(7

6、)系統(tǒng)的安裝、調(diào)試和投運(yùn)。23.2. 二、設(shè)計的大體步驟：(1)分析被控對象并提出操縱要求；(2)確信輸入輸出設(shè)備；(3)選擇PLC機(jī)型；(4)分派I/O點(diǎn)并設(shè)計PLC外圍硬件電路；(5)程序設(shè)計和程序模擬調(diào)試；(6)硬件實(shí)施要緊進(jìn)行操縱臺等硬件的設(shè)計與現(xiàn)場施工；聯(lián)機(jī)調(diào)試；(8)依照調(diào)試的最終結(jié)果編制技術(shù)文件。3.3. PLC的選型可編程操縱器(ProgrammableLogicController)是運(yùn)算機(jī)技術(shù)與自動化操縱技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動操縱裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)順序操縱、按時、品而顯現(xiàn)的。它采納一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、計數(shù)和算術(shù)

7、運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來操縱各類類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)進(jìn)程。PLC是該操縱系統(tǒng)的核心部件，合理選擇PLC1于保證整個操縱系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量相當(dāng)重要的。選擇PLO包括PLCL型、容量等的選擇。3.4. 一、PLC機(jī)型選擇機(jī)型選擇的大體原那么是在知足操縱功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作靠得住，保護(hù)利用方便及最正確的性能價錢比。(1)結(jié)構(gòu)合理關(guān)于工藝比較固定，環(huán)境條件較好，維修量較小的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC。(2)功能強(qiáng)弱適當(dāng)關(guān)于開關(guān)量操縱的工程項(xiàng)目，假設(shè)操縱速度要求不高，一樣選用低檔的PLCo3.3.二、PLC容量的選擇PLC容量主若是指是PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，I/O點(diǎn)數(shù)

8、也應(yīng)留有適當(dāng)裕量。由于目前I/O點(diǎn)數(shù)較多的PLC價錢也較高，假設(shè)備用的I/O點(diǎn)是數(shù)量太多，將使本錢增加。依照被控對象的輸入信號和輸出信號的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到爾后的調(diào)整和擴(kuò)充，通常1/0點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要的考慮留10%-15%點(diǎn)數(shù)備用量。四、軟件設(shè)計4.一、PLC相關(guān)設(shè)定4.1.一、PLC的元件分派程序中利用的PLC元件及其功能如表3.1所示器件地址功能器件地址功能VD200過程變量標(biāo)準(zhǔn)化值M0.1為1自動，為0時手動VD204液位給定值電機(jī)止轉(zhuǎn)VD208PID計算值A(chǔ)IW0模擬值輸入VD212比例系數(shù)KcAQW0模擬值輸出VD216采樣時間TsAC0累加器VD220積分時間TiVD224微分時間Td

9、表4.1.1PLC原件分配4.1. 二、PLC程序順序功能圖結(jié)束表4PLC程序順序功能圖4.1.3、PLC程序主程序（MAIN）:子程序（初始化）中斷程序（PID算法）：4.1.4、 PID操縱器參數(shù)整定在設(shè)計中，選用了含PID調(diào)劑的PLC來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)操縱整定。在持續(xù)操縱系統(tǒng)中，常采納Proportional（比例）、Integral（積分）、Derivative（微分）操縱方式，稱之為PID操縱。PID操縱是持續(xù)操縱系統(tǒng)中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最普遍的操縱方式。具有理論成熟，算法簡單，操縱成效好，易于為人們熟悉和把握等優(yōu)勢。經(jīng)比例（P）、積分（I）和微分（D）運(yùn)算后通過線性組合組成操縱量u（t）,對

10、被控對象進(jìn)行操縱，故稱PID操縱器。PID操縱器各環(huán)節(jié)的作用及調(diào)劑規(guī)律如下：(1)比例環(huán)節(jié)：成比例地反映操縱系統(tǒng)誤差信號的作用，誤差e一旦產(chǎn)生，操縱器當(dāng)即產(chǎn)生操縱作用，以減少誤差，但不能完全排除系統(tǒng)誤差，系統(tǒng)誤差隨比例系數(shù)Kp的增大而減少，比例系數(shù)過大將致使系統(tǒng)不穩(wěn)固。(2)積分環(huán)節(jié)：說明操縱器的輸出與誤差持續(xù)的時刻有關(guān)。只要誤差存在，操縱就要發(fā)生改變，直到系統(tǒng)誤差為零。積分環(huán)節(jié)要緊用于排除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時刻常數(shù)Ti,Ti越大，積分作用越弱，易引發(fā)系統(tǒng)超調(diào)量加大，反之那么越強(qiáng)，易引發(fā)系統(tǒng)振蕩。(3)微分環(huán)節(jié)：對誤差信號的轉(zhuǎn)變趨勢做出反映，并能在誤差信號變得太大

11、之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的初期修正信號，從而加速系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)劑時刻。微分環(huán)節(jié)要緊用來操縱被調(diào)量的振蕩，減小超調(diào)量，加速系統(tǒng)響應(yīng)時刻，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。五、組態(tài)監(jiān)控軟件的設(shè)計5.一、成立新工程啟動組態(tài)王的項(xiàng)目治理器，單擊新建按鈕，依照新建工程向?qū)?，新建名為“課程設(shè)計”的工程，點(diǎn)擊完成新建工程。圖5.1建立工程5 .二、成立通信口本設(shè)計頂用S7-200的PPI編程電纜實(shí)現(xiàn)運(yùn)算機(jī)與CPU模塊的通信。由于利用串行通信接口1,故雙擊工程閱讀器的設(shè)備文件夾中的“COM1”圖標(biāo)，在顯現(xiàn)的對話框中設(shè)置波特率為9600bit/s,如圖5所示。圖5.2.1設(shè)置參數(shù)選中“COM1后，雙擊右邊工作區(qū)顯現(xiàn)

12、的“新建”圖標(biāo)，在顯現(xiàn)的對話框的“PLC文件夾當(dāng)選擇西門子的S7-200系列，通信協(xié)議為PPI,設(shè)置好單擊“下一步”直至“完成”，如此在右邊會顯現(xiàn)剛生成的“S7200'圖標(biāo)，通信設(shè)置終止。設(shè)留配置向?qū)a(chǎn)廠家、譚信名名.通訊方式得崔型號同導(dǎo)將抻助長字成今笛俗妄裝高眼查枕一;十-LJ 5 S 西山.由.由：田由白H-E.-R37-200 (MPI)ST-200 67)ST-200 (TCP)W2C 口系列 自由口rriW劃口系列OF £T-?nn多可(InmiiqRTin ST2CQ 系m(V5B)您所選的設(shè)備生產(chǎn)廠家:西門子謖備髭禰;S7-200|通信堀逑：FFI取消圖5.2

13、.2設(shè)置通訊口5.3、 新建變量點(diǎn)擊工程閱讀器中的“數(shù)據(jù)詞典”圖標(biāo)，右面工作區(qū)會顯現(xiàn)系統(tǒng)概念好的內(nèi)存變量雙擊最下面的“新建”圖標(biāo)，彈出“概念變量”對話框，開始概念輸入輸出變量。用此方式組態(tài)所有變量圖5.3新建變量5.4、 新建監(jiān)控畫面(1)成立主界面單擊工程閱讀器左側(cè)的“畫面”圖標(biāo)，雙擊工作區(qū)”新建”圖標(biāo)，彈出“新畫面”對話框，輸入名稱點(diǎn)擊確信進(jìn)入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)。圖5.4.1 新畫面(2)制作監(jiān)控畫面利用工具箱中各畫圖工具繪制監(jiān)控系統(tǒng)界面，然后進(jìn)行動畫連接圖5.4.2 監(jiān)控畫面修上也打EE本班承V1IT手劫白動椎安奇匚W!L金沅當(dāng)酎區(qū)(3)成立報警界面警報利1日唯節(jié)“阡耳-i-冒始口；FTU

14、in(G”限后.IE圖5.4.3報警窗口(4)成立歷史曲線界面.1液位歷史曲線IBBanaltiunnniiiiiiiiai圖5.4.4歷史曲線窗口(5)成立動畫、函數(shù)連接設(shè)定按鈕或文字鏈接的對象，按鈕既能夠用來執(zhí)行某些命令，還能夠輸入數(shù)據(jù)給某些變量，當(dāng)和外部的一些智能儀表、PLC等進(jìn)行連接時，會大大增加其數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮喚毿?指示燈組態(tài)后用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。六、運(yùn)行調(diào)試步驟與結(jié)果6 .一、調(diào)試步驟1 .加載PLC程序2 .關(guān)閉PLC軟件，關(guān)閉變頻器開關(guān)，進(jìn)入組態(tài)王組態(tài)運(yùn)行模式。3 .打開變頻器開關(guān)，在監(jiān)控畫面上點(diǎn)擊“進(jìn)入系統(tǒng)”，進(jìn)入監(jiān)控畫面，設(shè)定液位給定值,開始運(yùn)行按鈕和自動按鈕。4 .依照

15、液位上升速度和液位實(shí)時曲線反復(fù)調(diào)劑P、I、D參數(shù)，使液位達(dá)到設(shè)定液位同時曲線上升平穩(wěn)。5 .打開手動按鈕，按動進(jìn)水按鈕看是不是進(jìn)水。6 .二、運(yùn)行結(jié)果通過反復(fù)調(diào)試和修改，使得該系統(tǒng)正常平穩(wěn)運(yùn)行。同時取得以下監(jiān)控畫面:1 .實(shí)時監(jiān)控曲線圖6.2.1實(shí)時曲線2 .歷史趨勢監(jiān)控曲線液位歷史曲線；圖6.2.2液位歷史曲線3 .報警監(jiān)控窗口1回布圖feMsUimUW警報平聲豐月多件時日用芒日明報善時司二fl:三正工荒空茸三立啡返回»1L/12/SZ0£：19：53L1/J2/2EC9.4s5129609:41,54士就Liy.ELHCJ毒蟲三臺陶a自ICO01C00|JLJL十笠口后

16、,【丈見45三U/12/2E當(dāng)前也工1P12/MtU.11U1設(shè)儂土能療構(gòu)*1陰中療PLM：互UC.IiiiuSSflRi£01-11/JEAZb4T屈當(dāng)前相,立擊.7“nn髭QS呢.憑8L/J2Eg：,；&：CI?當(dāng)勖硒畫面26r“劈出屏33工斡口13懵/圖6.2.3報警監(jiān)控七、收成與小結(jié)盡管做過相類似的題目，但真正做到自己設(shè)計時就感覺到專門大的壓力，專門是PLC的PID操縱程序，這大體上是這次雙容液位操縱的核心。因此，這就需要加倍知道PID調(diào)劑的原理和步驟。在設(shè)計進(jìn)程中，老是碰到如此或那樣的問題。有時發(fā)覺一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時刻才能解決。自但是然，我的耐心便在其中成立起來了。為以后的工作積存了體會，增強(qiáng)了信心。通過這次設(shè)計實(shí)踐。我學(xué)會了PLC的大體編程方式，對PLC的工作原理和利用方式也有了更深刻的明白得。在對理論的運(yùn)用中，提高了我的工程素養(yǎng)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計以前，對明白的撐握都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題顯現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，確實(shí)是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中顯現(xiàn)的問題，對PLC的明白得取得增強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距通過合作，咱們的合作意識取得增強(qiáng)。合作能力取得提高。上大學(xué)后，很多同窗都沒有