1、过程控制系统综合设计课程报告16 17 学年 第 二 学期课题名称 基于 PLC 和组态王的 水箱流量 PID 控制实训 姓 名 学 号 2013316 班 级 13 自动 成 绩 摘要：“控制”是一种很常见的概念，人们生后中也随处可见，事实上，自然界的万事万物都相互支配，相互制约。随着生产和科学的发展，自动化技术出现了很大的飞跃，为了提高生产率，提高人们居住和工作环境的舒适度，自动化技术在各个领域得到了广泛的应用。所谓的自动控制系统就是在无人直接参与的情况下，通过外加的设备或装置，使机器、设备或过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的要求运行。关键字：水箱流量、组态王、PLC 控制、PID
2、控制Abstract: “control“ is a very common concept, people are also seen everywhere after birth, in fact, everything in nature are dominated by each other, mutual restraint. With the development of production and science, automation technology has made a great leap, in order to improve productivity, imp
3、rove people living and working environment of comfort, automation technology in various fields has been widely used.The so-called automatic control system is in the case of no direct participation, through the additional equipment or devices, so that the machine, equipment or process of a working st
4、ate or parameters automatically in accordance with the scheduled requirements to run.Key words: water tank flow King view PLC control PID control1、课题要求1.熟悉变频器 E700 的参数设置；2.熟悉 FX2N-2AD 模拟量输入模块编程使用以及三菱 FX2n-4AD 特殊功能模块；3.按照端子图完成 PLC 接线并进行检查；4.完成组态王与变频器的连接与控制。2、实验设备1.实训装置序 号 器件 型号1 变频器 E7002 阀门3 水泵4 2DA
5、 模块 FX2N-2AD5 4AD 模块 FX2n-4AD6 PLC FX-3U7 流量传感器8 开关电源9 端子排10 通讯编程缆11 导线2、接线图储水箱水泵水箱手动阀门手动阀门手动阀门流量仪表图 1 水箱流量原理图将流量传感器检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为 PI 或PID 控制。P I D 调节 D / A 转换模块 变频器 水泵A / D 模块 流量传感器给定流量输出流量图 2 流量控制流程图3、实训过程1.了解主要器件(1)交流变频器
6、的应用（E700 系列）图 3 变频器 E700变频器是由计算机控制电力电子器件，将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电器设备，用以驱动交流异步（同步）电动机进行变频调速。变频器的出现，使交流电动机的调速变得和直流电动机一样方便，并可由计算机联网控制，因此，得到了广泛的应用，其发展前景广阔。应用目的 应用范围及效果节能 风机、泵类、采油、挤压机和搅拌机等。通过调节电动机转速达到节能目的，通过节能在 12 年内即可收回改造成本。自动化 提高搬运机械停止位置的精度；提高生产线速度、控制精度；采用有反馈装置的流量控制实现自动化。提高产品质量 生产加工实现最佳速度控制及协调生产线内各装置的速度
7、，使其同步、同速，以提高产品的质量和加工精度。提高生产率 根据产品种类联网控制，实现生产线的最佳速度，提高生产率。增加设备使用寿命采用对设备不产生冲击的起动，停止及空载低速运行等方式，增加设备的使用寿命。增加舒适度 电梯、电车等，采用平滑加速、减速，以提高乘坐的舒适性；改变空调间断运行为变速连续运行，使室内温度差减小，增大环境舒适度。表 1 变频调速的效果(2)2AD 模块介绍三菱 FX2N-2DA 是三菱 FX2N 系列 PLC 中的一款模拟量的特殊功能模块，广泛用于基本三菱工控搭建的自动化平台中。 FX2N-2DA 型模拟输出模块（以后称之为 FX2N-2DA）用于将 2 点的数字量转换成
8、电压或电流模拟量输出（0-10VDC 或 4-20mA），使用模拟量控制外围设备。FX2N-2DA 可连接到 FX0N、FX1N、FX2N 和 FX2NC 系列的可编程控制器。1）根据接线方法，模拟输出可在电压输出或电流输出中进行选择。此时，假定设置为两通道公用模拟输出（电压输出和电流输出）。2）两个模拟输出通道可输出为 0 到 10V DC、0 到 5V DC 或 4 到 20MA。使输出特性与两通道相容。3）数字到的模拟转换特性可以调节。4）此模块占用 8 个 I/O 点，它们可被分配为输入或输出。5）使用 FROM/TO 指令与 PLC 进行数据传输。(3)4AD 模块介绍三菱 FX2n
9、-4AD 是三菱电机公司推出的一款 FX2n 系列 PLC 模拟量输入模块，有 CH1CH4 四个通道，每个通道都可进行 AD 转换，分辩率为 12 位，采集信号电压为-10V+10V，分辩率 5mV。电流输入时，为 420mA 或-2020mA，分辩率20uA。 FX2n-4AD 内部有 32 个 16 位的缓冲寄存器(BMF)，用于与主机交换数据。FX2n-4AD 占用 FX2n 扩展总线的 8 个点，耗电为 5V，30mA。FX2N 常用的模拟量输入模块有 FX2N-2AD、FX2N-4AD、FX2N-8AD 模拟量输入模块和温度传感器输入模块。(4)FX3U 系列三菱 PLC1)第三代
10、微型可编程控制器。2)内置高达 64K 大容量的 RAM 存储器。3)内置业界最高水平的高速处理 0.065S/基本指令。4)控制规模:16384(包括 CC-LINK I/O)点。5)内置独立 3 轴 100kHz 定位功能(晶体管输出型)。6)基本单元左侧均可以连接功能强大简便易用的适配器。2.PLC 编写图 3 PLC 编程图图 4 PLC 程序的写入找到 PLC 与计算机所关联的 COM 口是 COM4，然后将程序写入进 PLC 中，勾选 MAIN。 3.组态王软件的使用（1）建立工程并定义设备打开组态王软件，在工程管理器界面新建工程，然后按照新建工程向导一步步做下去，为新建工程命名“
11、三层电梯”，并且把此工程设为组态王当前工程。双击进入工程。图 5 设备配置完成设备配置设置。（2）定义变量在组态王中，变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。打开“三层电梯”程序，然后在工程浏览器中的数据词典里建立如下变量，变量如图 6 所示图 6 数据词典变量定义（3）制作画面（4）建立动画连接图 7 关联设定流量关联设定变量，用于在组态王软件中设定一个值来控制水箱的流量大小。图 8 关联开关设定开关关联变量，用于控制水箱运作系统的启动与停止。图 9 关联 PID 控制在插入通用控件中选择插入 PID 控制，并关联相应的变量四、实训成果五、总结通过
12、这次课程设计，我们接触到了过程控制在实验系统中的应用、调试，感谢邢老师与朱老师让我学习到了这么多新知识，这让我对过程控制的实现方法，应用领域都有了较深的印象。通过此次设计，我进一步了解了过程控制系统的构成，知道它最基本的部分有控制器、调节器、被控对象和测量变送环节组成。并且学会了如何去设计一个过程控制系统，掌握了基本的设计步骤。对组态王软件也有了很大的了解，学会了初步的应用，认识到了组态王的一些应用情况，组态王软件的组成与功能，其应用程序项目如何建立，数据词典如何建立，动画如何进行链接，命令语言程序如何编写，趋势曲线如何建立，还有I/O 设备的配置和组态网络的建立等等一系列与组态王软件应用相关的知识。 总的来说，这次设计是一次收获很大的设计，学到了很多教学中学不到的东西，对我的动手能力有了很大的帮助。在这次的课程设计中，自己不但学到了知识而且还将知识和实践结合起来锻炼了自己各方面的能力，是我从中受益匪浅，对以后的工作和学习有很大的帮助，希望在以后的学习中有更多这样的机会。
