【正文】 畢業(yè)設計說明書 基于 PLC和組態(tài)技術的水箱液位串級控 制系統(tǒng)設計 摘 要本文介紹了一種基組態(tài)軟件 WINCC 和西門子 STEP 7 的雙容水箱的液位串級控制系統(tǒng)的設計過程。本方案利用 WINCC 良好的人機界面、數據采集功能，并結合 STEP 7 環(huán)境編程的便利性，采用可靠的 MPI 接口建立 WINCC 和 PLC、雙容水箱之間的數據通訊。利用 WINCC 開發(fā)服務器端畫面，在 PLC 客戶端環(huán)境中編寫控制程序，最終實現(xiàn)對水箱液位的精確控制。實驗結果表明，此方法使用簡單可靠，可廣泛應用于工業(yè)生產過程中的液位控制問題。此系統(tǒng)同樣可以滿足工廠對控制系統(tǒng)的需求,有著巨大的應用前景。關鍵詞 組態(tài)軟件；PLC；水箱液位；串級控制系統(tǒng)1ABSTRACTThis article describes the configuration software based on the WINCC and Siemens STEP7 tank liquid level PID control experimental platform design process. The program used WINCC good manmachine interface, data acquisition capabilities, bined with the convenience of STEP 7 programming environment, using MPI interface to establish a reliable configuration software WINCC and the PLC, double data munication between the tank. Development of serverside with Configuration software WINCC, the client environment in the PLC control program written, and ultimately the precise control of the water tank level. Experimental results show that this method is simple and reliable, can be widely used in industrial production process liquid level control problem. The system also meets the needs of the factory on the control system has a great prospect.Key words Configuration software；PLC；water tank；Cascade Control System 2目 錄1 緒論………………………………………………………………………………………3 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢 ………………………………………………3 PLC的發(fā)展概況及趨勢……………………………………………………………4 組態(tài)軟件的發(fā)展概況及趨勢………………………………………………………4 各章節(jié)主要內容……………………………………………………………………52 水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設計………………………………………………………6 現(xiàn)場系統(tǒng)組成………………………………………………………………………6 雙容水箱控制系統(tǒng)結構……………………………………………………………8 串級控制系統(tǒng)……………………………………………………………………10 控制規(guī)律…………………………………………………………………………113 控制系統(tǒng)設計……………………………………………………………………………14 S7400PLC概述……………………………………………………………………14 STEP 7軟件的介紹………………………………………………………………14 硬件組態(tài)…………………………………………………………………………15 創(chuàng)建數據塊 DB41 …………………………………………………………………20 創(chuàng)建功能塊 FB41…………………………………………………………………20 創(chuàng)建組織塊 OB35…………………………………………………………………21 通信設置………………………………………………………………………… 22 程序下載…………………………………………………………………………234 監(jiān)控程序的設計 ………………………………………………………………………24 WINCC簡介 ………………………………………………………………………24 監(jiān)控界面的設計 …………………………………………………………………255 水箱液位串級控制系統(tǒng)調試……………………………………………………………32 FCS系統(tǒng)實物調試…………………………………………………………………32 PLCSIM離線仿真調試……………………………………………………………33結束語………………………………………………………………………………………35參考文獻 …………………………………………………………………………………36致謝 ………………………………………………………………………………………3731 緒論液位控制問題是工業(yè)生產過程中的一類常見問題，例如在飲料、食品加工，溶液過建，化工生產等多種行業(yè)的生產加工過程都需要對液位進行適當的控制。雙容水箱液位的控制作為過程控制的一種，由于其自身存在滯后，對象隨負荷變化而表現(xiàn)非線性特性及控制系統(tǒng)比較復雜的特點，傳統(tǒng)的控制不能達到滿意的控制效果。以 PLC、組態(tài)軟件為單元，可以組成從簡單到復雜的各種工業(yè)控制系統(tǒng)。PLC 可以實現(xiàn)復雜的邏輯編程及簡單的算法編程，但是對于先進控制算法，如模糊控制算法等涉及到矩陣運算，由于算法本身的復雜性，單純依靠 PLC 編程功能已經不能滿足要求；組態(tài)軟件編程語言雖然簡單，但大多數是腳本語言，在處理算法方面仍然存在諸多不便。因此，提出將算法寫入 STEP7 程序的思路，借助 STEP7 的快速運算功能及豐富的函數庫，可以方便的實現(xiàn)算法編寫，求解輸出值通過可靠的 MPI 接口反饋給組態(tài)軟件，最終實現(xiàn)對控制對象的控制。本文正是基于上述思路，設計開發(fā)了基于 WINCC 和 STEP7 軟件的液位控制實驗平臺。該平臺簡單可靠，本文在 STEP7 環(huán)境中編寫了傳統(tǒng)的 PID 控制算法，實現(xiàn)了對雙容水箱液位的控制。 過程控制系統(tǒng)的發(fā)展概況及趨勢過程控制是一門與工業(yè)生產過程聯(lián)系十分緊密的學科，隨著科學技術的飛速前進，過程控制也在日新月異地發(fā)展。它不僅在傳統(tǒng)的工業(yè)改造中，起到了提高質量，節(jié)約原材料和能源，減少環(huán)境污染等十分重要的作用，而且正在成為新建的規(guī)模大、結構復雜的工業(yè)生產過程中不可缺少的組成部分。生產過程自動化是保持生產穩(wěn)定、降低消耗、減少成本、改善勞動條件、保證安全和提高勞動生產率重要手段，在社會生產的各個行業(yè)起著極其重要的作用。其發(fā)展經歷了以下幾個方面： 局部自動化階段（50年代） 過程計算機控制系統(tǒng)階段（60年代） 集中控制、多參數控制階段（70年代） 集散控制階段（80年代以后） 目前過程控制正走向高級階段的未來，不論是從過程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過程控制發(fā)展的必要性、可能性來看，過程控制是朝著綜合化、智能化的方向發(fā)展，即計算機集成制造系統(tǒng)：以智能控制理論為基礎，以計算機及網絡為主要手段，對企業(yè)的經營、計劃、調度、管理和控制全面綜合，實現(xiàn)從原料進庫到產品出廠的自動化、整個生產系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。智能化是過程控制的發(fā)展必然趨勢，對工業(yè)的發(fā)展4有著十分重要而現(xiàn)實的意義。 PLC的發(fā)展概況及趨勢PLC 的發(fā)展是提高生產力的要求推動的。最早的自動控制采用繼電器板進行的，控制邏輯簡單、體積大。維護不便升級換代困難。隨著電子元器件的發(fā)展，1969 年前后發(fā)明了 PLC(ProgrammableLogicController)。最早的 PLC 用于邏輯(順序)控制內存小功能單一。但是，在回路調節(jié)時。仍然需要單回路儀表或者 OCS。隨著電子技術、控制技術的發(fā)展，PLC 從單純的數字量控制發(fā)展到簡單的模擬量控制和數字量控制相結合，部分替代了單回路儀表的功能