基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计(2)

生产力、全球化、创新和可持续发展的要求推动下，信息、通讯、控制和动力的融合是自动化发展的必由之路。总之PLC顺应企业融合的需要，向标准化、多功能方向不断发展，应用领域不断拓展功能不断增强，发展前景非常乐观。 在PLC控制系统的上位监控计算机中，采用组态技术和组态软件对整个工控过程进行监控。监控组态软件在新型的工业自动控制系统起到越来越重要的作用。通常可以把组态软件系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且常在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。监控层的硬件以工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工业微机。监控层的软件功能由监控组态软件来实现。组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式(而不是编程方式)提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和1/0设备，与高性能的工控计算机和网络系统结合，向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。目前世界上有不少专业厂商生产和提供各种组态软件产品。 2．课题研究的内容、目的和拟解决的关键问题 本课题研究的目标： 1.了解水箱液位串级控制系统的结构组成与原理； 2.掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。 3.了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。 4.理解液位串级控制实验采用FCS控制方案实现的过程。 本课题研究的具体内容： 本次设计的要求是先对串级控制系统中主调节器和副调节器的参数进行整定，采用两步整定法，即第一步整定副调节器参数，第二步整定主调节器参数；参数整定好以后，再利用STEP7和WINCC这两个软件进行组态研究。在STEP中生成项目、组态硬件、生成程序，并将程序传送到CPU中；在WINCC中对控制系统进行监控，其高性能的功能耦合、快速的画面更新以及可靠的数据交换为我们提供了帮助。 拟解决的关键问题： 本次设计的要求是对进行参数整定和组态研究，要做好这次设计，首先必须深入了解串级控制系统的工作原理，再次熟练掌握STEP7和WINCC软件的操作。 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制

回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 图1 水箱液位串级控制系统 (a)结构图 (b)方框图 了解了串级控制系统原理之后，画出总体的结构图和框图如图1.1所示，根据所画出的结构图在STEP7中生成项目、组态硬件、生成程序，并用WINCC进行组态研究。 3. 工作进度及具体安排 第一阶段 学习需要用的应用软件 3月20日—4月15日 学习和熟练掌握STEP7和WINCC软件。 第二阶段 查阅相关的资料 4月16日—4月25日 收集与课题相关的资料，并完成开题报告的书写。 第三阶段 整理收集的资料 5月01日—5月05日 分析、综合、整理课题相关的资料，理顺设计思路，为撰写论文做准备。 第四阶段 论文写作 5月06日—5月25日 开始撰写论文，进一步熟悉相关知识，完成论文初稿，并对论文进行修改。 第五阶段 答辩准备 6月01日—6月10日 进行后期的系统的整理，并为毕业答辩做准备。

主要参考文献 [1] 陈夕松.过程控制系统.北京：科学出版社，2005 [2] 汪志锋.可编程序控制器原理与应用.西安：电子科技大学出版社，2004 [3] 王曙光.S7-300/400PLC入门与开发实例.北京：人民邮电出版社，2009 [4] 徐科军.传感器与检测技术.北京：电子工业出版社，2009 [5] 胡寿松.自动控制原理.北京：科学出版社，1979 [6] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社，2003.1-23 [7] 马国华.监控组态软件及其应用[M].北京：清华大学出版社，2001.34-90 [8]西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子WINCC V6[M].第二版.北京：北京航空航天大学出版社，2004.1-100 [9]刘华波.组态软件WINCC及其应用[M].北京：机械工业出版社，2009.7-56 [10]崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京：机械工业出版社，2005.1-103 [11]西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子人机界面[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.1-100 [12]梁绵鑫.WINCC基础及应用开发指南[M].北京：机械工业出版社，2009.1-80 指导教师 批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日

湖南工学院毕业设计(论文)工作中期检查表

题目 学生姓名 基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计 班级学号 410070321 专业 完成 良好 无 是 能 完成 3次，5小时左右 完成 □认真 □一般 □较差 自动化 指 导 学生开题情况 学生调研及查阅文献情况 毕业设计（论文）原计划有无调整 教 师 填 写 学生是否按计划执行工作进度 学生是否能独立完成工作任务 学生的英文翻译情况 学生每周接受指导的次数及时间 毕业设计（论文）过程检查记录情况 学生的工作态度在相应选项划“√” 尚存在的问题及采取的措施： 本课题实践性强，需要进行软、硬件联合调试。因此要求学生尽量在实验室完成。目前存在的问题是：实验设计时间不够，系统正处于调试过程中。存在的具体问题如下: 1、 下位机PLC控制程序有待进一步的完善； 2、 上位机软件和PLC的通信建立及界面组态需要进一步完成和完善。 采取的措施：督促学生进实验室，抓紧时间调试。 指导教师签字： 年 月 日 系部意见： 负责人签字： 年 月 日

湖南工学院2011届毕业设计（论文）指导教师评阅表

系： 电气与信息工程系 专业： 自动化

学生姓名 专 业 课题名称 自动化 学 号 410070321 指导教师姓名 班 级 自本0703 基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计 评语：（包括以下方面，①学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性；②检索和利用文献能力、计算机应用能力；③学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；） 黄勇同学具有独立查阅文献、阅读外文资料的能力，有获取加工各种新知识的能力。能周密合理地根据毕业设计任务书进行实验方案的设计，能运用所学的知识技能去发现与解决实际问题，并且按期圆满完成了规定的毕业设计任务。在设计的过程中，该同学的实际动手能力、计算机应用能力和工程创新能力也得到了较大提高。 该同学工作量饱满，工作作风严谨务实。其撰写的毕业论文“基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计”结构严谨，逻辑性强，论述层次清晰，格式符合规范要求，达到了本科学位论文的水平。其设计的成果具有一定的应用价值。 是否同意参加答辩： 指导教师评定成绩 分值： 指导教师签字： 年 月 日

是□ 否□

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