水箱水位控制系统界面设计.docx

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1、基于WINCC的水箱水位控制系统设计界面设计摘要本次毕业设计的课题是基于WINCC口勺水箱水位串级控制系统的设计。在设计中充足运用W1NCC良好的人机界面、数据采集功能、计算机技术、通讯技术和自动控制技术，以实现对水箱液位的串级控制。并结合STEP7环境编程H勺便利性，采用可靠的现场总线接口建立WI、CC和W1NCC、双容水箱之间的数据通讯。运用WINCC开发服务器端画面，在W1NCC客户端环境中编写控制程序，最终实现对水箱液位的精确控制。借助数据采集模块、WINCC组态软件和PID控制算法,设计并组建远程计算机过程控制系统,完毕控制系统试验和成果分析。措施使用简朴可靠，可广泛应用于工业生产过

2、程中的液位控制问题。此系统同样可以满足工厂对控制系统的需求,有着巨大H勺应用前景。关键词：双容水箱；水位控制；W1NCC组态软件；PID控制算法ABSTRACTThegraduationdesignsubjectisbasedonWINCCdoub1e1etwater1eve1cascadecontro1systemdesign.Inthedesignmakefu11useofWINCChuman-computerinterface,dataco11ectionfunction,thecomputertechno1ogy,thecommunicationtechno1ogyandtheauto

3、maticcontro1techno1ogy,soastorea1izethewater1eve1ofthecascadecontro1.AndcombinedwithSTEP7environmentoftheconvenienceofprogramming,there1iab1efie1dbusinterfacebui1dW1NCCandW1NCC,doub1e1etwatertankofdatacommunicationbetween.UseWINCCdeve1opmentserverpicture,inWINCCc1ientenvironmentwritecontro1program,a

4、ndfina11yachievethewater1eve1totheprecisecontro1.Drawingondataacquisitionmodu1e,WINCCconfigurationsoftwareandPIDcontro1a1gorithm,thedesignandfonaremotecomputerprocesscontro1system,comp1etecontro1systemexperimentandana1ysis.Methodsusingsimp1e,re1iab1e,andcanbewide1yusedinindustria1productionprocessof

5、1iquid1eve1contro1prob1em.Thissystemcana1someettheneedsofthefactoryforthecontro1system,andhashugeapp1icationprospect.Keywords:doub1e1etwatertank;the1iquid1eve1contro1;siemensS7-400WINCC;WINCCconfigurationsoftware;PIDcontro1a1gorithm第一章水箱水位控制系统简介1.1系统构成水箱水位控制系统装置由被控对象和上位控制系统两部分构成。系统动力支路分两路：一路由三相（38OV

6、恒压供水）不锈钢磁力驱动泵、压力仪表、西门子气动调整阀、交流电磁阀、西门子电磁流量计及手动调整阀构成；另一路由西门子变频器、三相磁力驱动泵（22OV变频调速）、涡轮番量计及手动调整阀构成1.1.1被控对象被控对象由不锈钢储水箱、上、中串接圆筒形有机玻璃水箱和敷塑不锈钢管道等构成。水箱：包括上水箱、中水箱和储水箱。上、中水箱采用淡蓝色圆筒型有机玻璃，不仅坚实耐用，并且透明度高，便于直能接观测到水位的变化和记录成果。上、中水箱尺寸均为：D=25cm,H=20cm。水箱构造独特，由三个槽构成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管B水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水通过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样

7、通过缓冲和线性化的处理，工作槽的水位较为稳定，便于观测。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱0压力和水位进行检测和变送。上、中水箱可以组合成一阶、二阶回路水位控制系统和双闭环水位串级控制系统。储水箱由不锈钢板制成，尺寸为：长X宽X高=68CmX52cm43cm,完全能满足上、中水箱日勺试验供水需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。（2）管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的手动阀门均采用优质球阀，彻底防止了管道系统生锈的也许性。有效提高了试验装置的使用年限。其中储水箱底部装有出水阀，当水箱需要更换水时，把出水阀打开将水直接排出。1.1.2

8、电源控制台电源控制屏面板：充足考虑人身安全保护，带有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。仪表综合控制台包括了原有0常规控制系统，由于它预留了升级接口，因此它在总线控制系统中B作用就是为上位控制系统提供信号。1. 1.3总线控制柜总线控制柜有如下几部分构成：1、直流电源：采用直流稳压电源，给主控单元和DP从站供电。2、控制站：控制站重要包括CPU、DP/PA耦合器、分布式I/ODP从站和变频器DP从站构成。1.1.4系统特点被控参数全面,涵盖了持续性工业生产过程中的水位、压力及流量等经典参数。本装置由控制对象、综合上位控制系统、上位监控计算机三部分构成。真实性、直观性、综合性强

9、，控制对象组件所有来源于工业现场。执行器中既有气动调整阀，又有变频器、可控硅移相调压装置，调整系统除了有设定值阶跃扰动外，还可以通过对象中电磁阀和手动操作阀制造多种扰动。一种被调参数可在不一样动力源、不一样执行器、不一样的工艺管路下演变成多种调整回路，以利于讨论、比较多种调整方案0优劣。系统设计时使2个信号在本对象中存在着互相耦合，两者同步需要对原独立调整系统的被调参数进行整定，或进行解耦试验，以符合工业实际的性能规定。能进行单变量到多变量控制系统及复杂过程控制系统试验。多种控制算法和调整规律在开放的J试验软件平台上都可以实现。1.1.5系统软件系统软件分为上位机软件和下位机软件两部分，下位机

10、软件采用SIEMENSBSTEP7,上位机软件采用S1EMENS的WINCCV6.0,上、下位机软件在背面的试验中将分别论述。2.2双容水箱控制系统构造双容水箱是两个串联在一起0水箱，整个系统有上水箱、中水箱、储水箱及管和阀门构成。本系统由双容水箱作为控制对象,水箱B水位h1和h2作为被控量。水箱里水位B变化,由压力传感器转换成420mAB原则电信号,在由I/O接口的A/D转换成二进制编码的数字信号后,送入计算机端口。经计算机算出的控制量通过D/A转换成15V的控制电信号,加到功放上,通过变化调整阀时开度向水箱。水从上水箱进入，上水箱闸板开度8毫米，进入中水箱，中水箱闸板开度56毫米。要保证中

11、水箱闸板开度大概下水箱闸板开度，这样控制效果好些。水流入量Qi由调整阀u控制，流出量Qo则由顾客通过闸板来变化。被调量为下水位H。双容水箱系统构造如图1所示。图1第二章串级控制系统单元元件的选择1.1 串级控制系统的概述图5T是串级控制系统的方框图。该系统有主、副两个控制回路，主、副调整器相串联工作，其中主调整器有自己独立0给定值R,它的输出办作为副调整器的给定值，副调整器的输出叱控制执行器，以变化主参数G。1测量与变送1卜图2串级控制系统方框图R-主参数B给定值；C被控的主参数；C?-副参数；f（t）-作用在主对象上的扰动；f2（t）-作用在副对象上的扰动。1.2 主、副调整器控制规律的选择

12、在串级控制系统中，主、副调整器所起的作用是不一样的。主调整器起定值控制作用，它0控制任务是使主参数等于给定值（无余差），故一般宜采用PI或P1D调整器。由于副回路是一种随动系统，它B输出规定能迅速、精确地复现主调整器输出信号的变化规律，对副参数B动态性能和余差无特殊的规定，因而副调整器可采用P或P1调整器。1.3 主、副调整器正、反作用方式的选择正如单回路控制系统设计中所述，要使一种过程控制系统能正常工作，系统必须采用负反馈。对于串级控制系统来说，主、副调整器的正、反作用方式0选择原则是使整个系统构成负反馈系统，即其主通道各环节放大系数极性乘积必须为正值。各环节的放大系数极性是这样规定的：当测

13、量值增长，调整器的输出也增长,则调整器的J放大系数KC为负（即正作用调整器），反之，人为正（即反作用调整器）；本装置所用电动调整阀的放大系数KV恒为正；当过程的输入增大时，即调整器开大，其输出也增大，则过程0放大系数K。为正，反之K。为负。第三章控制系统日勺设计3. 1S7-400WINCC概述SIMATICS7-400是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。模块化无风扇的设计，结实耐用，轻易扩展和广泛B通讯能力，轻易实现的分布式构造以及顾客友好的操作使SIMATICS7-400成为中、高档性能控制领域中首选0理想处理方案。SIMATICS7-400的应用领域包括：通用机械、汽车制造、立体仓库

14、、机床与工具、过程控制、控制与装置仪表、纺织机械、包装机械、控制设备制造、专用机械。多种级别(功能逐渐升级)、JCPU,种类齐全的通用功能的模板，使顾客能根据需要组合成不一样的专用系统。当控制系统规模扩大或变得愈加复杂时，不必投入诸多费用。任何时候只要合适的增长某些模板，便能使系统升级和充足满足您0需要。SIMATICS7-400可编程控制器彩用模块化设计，模块种类的品种繁多，功能齐全，应用范围十分广泛，可用于集中形式的扩展，也可用于带ET200M分布式构造的J配置。S7系列W1NCC用D1N原则导轨安装，各模块用总线连接器连接在一起，系统配置灵活、维护简便、易扩展。一种系统可包括：电源模板(

15、PS):将SIMATICS7-400连接到120/230VAC或24DC电源上。中央处理单元(CPU)：有多种CPU可供顾客选择，有些带有内置的PROFIBUS-DP接口，用于多种性能可包括多种CPU以加强其性能。数字量输入和输出(DI/D0)和模拟量输入和输出(ADAO)I付信号模板(SM)。通讯处理器(CP)：用于总线连接和点到点连接。功能模板(FM)：专门用于计数、定位、凸轮等控制任务。接口模板(IM),用于连接中央控制单元和扩展单元。SIMATICS7-400中央控制器最多能连接21个扩展单元。SIMATICM7自动化计算机：M7是AT兼容B计算机，用于规定处理高速计算机0技术问题。它

16、既可用作CPU也可用作功能模板(FM456-4应用模板)。CPU模块是WINCC的关键，负责存储并执行顾客程序，存取其他模块的数据，一般还具有某种类型的通信功能。信号模块用来传送数字量及模拟量信号。通信模块可提供PRoF出US、以太网等通信连接形式。功能模块有高速计数模块等。4. 2STEP7软件的)简介STEP7是用于SIMATICS7-300/400站创立可编程逻辑控制程序的原则软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表。它是SIEMENSS1MAT1C工业软件的构成部分。STEP7以其强大的功能和灵活09编程方式广泛应用于工业控制系统，总体说来，它有如下功能特性：(1)可通过选择S1MATIC工业软件中的软件产品进行扩展(2)为功