基于PLC水箱液位控制系统.doc

基于PLC的液位控制系统设计摘要本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。在设计中笔者主要负责的是数学模型的建立和控制算法的设计因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多PLC方面的知识较少。本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析FX2系列可编程控制器的硬件掌握PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较应用PID控制算法所得到的实验曲线分析整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。关键词：FX2系列PLC控制对象特性PID控制算法扩充临界比例法PID指令实验。目录中文摘要I1绪论11.1PLC的产生、定义及现状11.1.1PLC的产生、定义11.1.2PLC的发展现状11.2过程控制的发展21.3本文研究的目的、主要内容31.3.1本文研究的目的、意义31.3.2本文研究的主要内容32FX2系列PLC和控制对象介绍52.1三菱PLC控制系统52.1.1CPU模块52.1.2I/O模块62.1.3电源模块62.2过程建模62.2.1一阶单容上水箱对象特性62.2.2二阶双容下水箱对象特性113PID调节及串级控制系统153.1PID调节的各个环节及其调节过程153.1.1比例控制及其调节过程163.1.2比例积分调节163.1.3比例积分微分调节173.2串级控制183.2.1串级控制系统的结构183.2.2串级控制系统的特点193.2.3串级控制系统的设计193.3扩充临界比例度法213.4三菱FX2系列PLC中PID指令的使用223.5在PLC中的PID控制的编程233.5.1回路的输入输出变量的转换和标准化233.6变量的范围254控制方案设计274.1系统设计274.1.1上水箱液位的自动调节274.1.2上水箱下水箱液位串级控制系统294.2硬件设计294.2.1检测单元294.2.3控制单元304.3软件设计315运行325.1上水箱液位比例调节325.2上水箱液位比例积分调节325.3上水箱液位比例积分微分调节32参考文献36论文原创性声明25绪论1.1PLC的产生、定义及现状1.1.1PLC的产生、定义一、可编程控制器的产生1.1.2PLC的发展现状重庆科技学院高等教育自学考试本科毕业论文3PID调节及串级控制系统2FX2系列PLC和控制对象介绍2.1三菱PLC控制系统外存接口其他接口中央处理器CPUROMRAM编辑器CPROMEPROMRAM其他设备计算机A/DD/A输入接口光电耦合输出接口继电器或晶体管图2.1PLC的原理图2.1.1CPU模块CPU是PLC的核心组成部分与通用微机的CPU一样它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢故称为“电脑”。其功能是：1、PLC中系统程序赋予的功能接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。2、用扫描方式接受现场输入装置的状态并存入映像寄存器。3、诊断电源、PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。在PLC进入运行状态后从存储器中逐条读去用户程序按指令规定的任务产生相应的控制信号去起闭有关控制电路。2.1.2I/O模块I/O模块是CPU与现成I/O装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O模块和各种用途I/O元件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换、数据传送、误码校验、A/D或D/A变换以及其他功能模块等。I/O模块将外部输入信号变换成CPU能接受的信号或将CPU的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象以确保整个系统正常的工作。其中输入信号要通过光电隔离通过滤波进入CPU控制板CPU发出输出信号至输出端。输出方式有三种：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。2.1.3电源模块根据PLC的设计特点它对电源并无特殊需求它可使用一般工业电源。2.2过程建模过程控制系统的品质是由组成系统的过程和过程检测控制仪表各环节的特性和系统的结构所决定。在构成控制系统的分析和设计中过程的数学模型是极其重要的基础资料。所以建立过程的数学模型对实现生产过程自动化有着十分重要的意义。可以这样说一个过程控制系统的优劣主要取决于对生产工艺过程的了解和建立过程的数学模型。2.2.1一阶单容上水箱对象特性所谓单容过程是指只有一个贮蓄容量的过程。单容过程还可分为有自衡能力和无自衡能力两类。一、自衡过程的建摸所谓自衡过程是指过程在扰动作用下其平衡状态被破坏后不需要操作人员或仪表等干预依靠起自身重新恢复平衡的过程。液位过程图2.2所示为一个单容液位被控过程其流入量改变阀1的开度可以改变的大小。其流出量为它取决于用户的需要改变阀2开度可以改变。液位h的变化反