A3000实验台液位模糊控制系统设计说明书.docx

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1、A3000实验台液位模糊控制系统设计学生姓名学号专业班级指导教师学院辩论日期摘要液位控制作为过程控制的典型，具有大滞后、非线性、时变等特点，目前，在实际的液位控制中，多采用传统的PID控制方法。但是，对于滞后系统，难以调整适宜的PID参数，很难到达理想的控制效果。模糊控制具有不依赖于精确的数学模型、适应性强及鲁棒性好等优点，因此，适用于非线性系统。本设计首先对水箱液位控制系统分别进行机理建模和实验建模，然后设计了液位模糊控制系统，并针对液位控制系统特征，选取适宜的模糊控制规那么和隶属度函数，进行了模糊控制器的设计，且计算了模糊控制表。然后通过西门子SIMATIC S7-200 PLC系统及其组

2、态软件STEP7编程实现了模糊控制算法。最后利用组态王软件进行液位控制系统上位组态的开发，并进行了上、下位之间的通讯设计，实现了控制系统的上位监视和运行控制作用。关键词：过程控制；液位控制；模糊控制；PLC；组态王IIIAbstractAs a typical case of process control .Level control has the characteristics of largedelay .nonlinear, time-varying .At present ,the traditional PID control method are usedin the actu

3、al liquid level contrO 1 .However,it is difficult to adjust the appropriate PIDparameters for delay system and also difficult to achieve the desired control effect.Fuzzy control does not rely on the mathematical model of the controlled object .itsadaptability and robustness are better ,So its suitab

4、le for nonlinear systems.In this excogitation .firstly ,we build a model of water tank of liquid level controlsystem by using the means of mechanism modeling and test modeling respectively,and then have designed a level fuzzy control system. Secondly ,for the liquid levelcontrol system ,the fuzzy co

5、ntroller is designed after appropriate membershipfunctions and fuzzy control rulers ,and the fuzzy control table is calculated. ByS7-200 PLC control system and configuration software STEP 7 programming realizedfuzzy control algorithm. Finally, King view is choosed to development the PCmonitoring sys

6、tem of the liquid level control system., and we design thecommunication between PC and lower machine , thus we achieve the goal ofmonitoring by the upper control system and realize the operation control function ofthe control system.Keywords: process control; level control; fuzzy control; King viewI

7、V目录第一章绪论11.1 过程控制概述11.2 背景知识11.2.1 模糊控制的应用现状及开展趋势 11.2.2 PLC的开展状况31.3选题背景1.1.1 对象61.1.2 系统要求6第 二 章系 统 建模 与 方 案论证72.1 水箱液位控制系统的建模2.1.1 水箱液位控制系统的机理建模2.1.2 水箱液位控制系统的实验建模2.2 系统方案论证2.2.1 液位控制常见控制方案 2.2.2 控制方案的比较选择 78.10第三章型3.1 主回路的设计3.2 控制回路的设计3.3 控制电路的设计 3.4 器件选型3.4.1 控制器的选择3.4.2 增压泵的特点及选型3.4.3 电动调节阀的特点

8、及选型.3.4.4 手动调节阀的选型3.4.5 液位变送器的选型 3.4.6 熔断器3.4.7 断路器3 4.8U 供配电设计及器件13131415161011选.16.2122.24.24.25.26273.4.9 交流接触器 283.4.10 按钮3()3.4.11 电源的选择30第 四 章模 糊 控 制 设计324.1 模糊控制系统介绍32VI32.324.1.1 模糊控制整体介绍.4.1.2 模糊控制系统根本原理4.2 液位模糊控制器 354.2.1 液位模糊控制器的结构35422液位模糊控制器的设计 35第 五 章PLC 软 件 设计425.1 PLC控制系统软件设计步骤 425.2

9、STEP7编程软件简介 425.3 程序流程图435.3.1 主程序5.3.2 子程序流程图 445.4 模糊控制算法的实现 475.4.1 S7200PLC操作系统的执行过程 475.4.2 模糊控制47第 六 章 上 位 监 控 系 统 的 设计646.1 组态王简介646.2 组态王软件的组成 646.3 制作工程的一般过程.6.3.1 建立组态王新工程656.3.2 新建画面666.3.3 定义I/O设备 676.3.4 构造数据库变量 676.3.5建立组态动画6.3.6 通信与调试71参考文献76夕卜文文献78英文原文78中文翻译87致谢错误！未定义书签。VII毕业设计第一章绪论1

10、.1 过程控制概述液位是过程控制中重要的控制形式之一。过程控制涉及炼油、发电、化工、冶金、医药、造纸和轻工等工业部门，对国民经济的开展起着十分重要的作用。过程控制涉及的对象一般具有过程复杂、系统大和平安性要求高等特点，对自动化的要求也较高，自动化程度自然相对开展也比较快。过程控制的开展经历了从常规仪器仪表到集散型计算机控制系统(DCS)的开展过程，进入20世纪90年代，企业的自动化向着以计算机网络为根底的计算机集成系统的方向开展。从系统的功能角度看，连续过程的工业自动化由过去的以保证平稳生产为目标的简单控制装置开展到考虑过程的非线性、时变性等因素的先进控制系统。随着科学技术的开展和市场竞争的日

11、趋剧烈，企业把注意力集中到如何形成一个能适应生产环境不确定性和市场供求多变性的、具有高柔性、全局最优、高经济效益和高管理水平的，集生产与经营管理于一体的综合自动化系统,也就是连续生产过程的计算机集成制造系统CIMS(computer integratedmanufacturing system),亦称计算机综合处理系统 CIPS(computer integratedprocessing system)0连续过程工业的CIMS完全摆脱了传统的一孤岛II式的自动化模式，它以计算机的软、硬件系统的集成为根底，实现企业生产信息和管理信息的集成，方案调度、控制功能和管理决策功能的集成，使企业成为一个整

12、体，协调地运行，从而创造出最好的经济效益和社会效益。在现代化的大型企业中，尽管过程控制采用了先进的DCS系统，但绝大局部的控制回路仍采用比例，积分和微分控制。据有关资料介绍，在连续的工业过程的控制中，85%. 95%的控制回路采用P1D控制，约有5% 15%的控制回路是常规PID控制所不能奏效或效果不好的，而必须采用高等过程控制策略。高等过程APC(advanced Process control),亦称先进过程控制目前尚无统一的定义。习惯上，将基于没有精确数学模型而乂必须用计算机来实现的控制算法，统称为高等过程控制策略。如模糊控制、补偿控制(包括smith：补偿控制、前馈控制等)、预测控制、

13、自适应控制、非线性控制、多变量控制、分布参数控制等。1.2 背景知识1.2.1 模糊控制的应用现状及开展趋势模糊理论的创始人是美国加利福尼亚人学伯克林分校的扎德(Zadeh.L.A)教授。他与1965年在他发表的第一篇论文?Fuzzy Set?中，提出了一隶属函数II的概念用来描述差异的中间过程，提出了模糊概念的定量表示法。模糊数学问世以来，它的开展并1毕业设计非一帆风顺，首先它受到经典数学家们的强烈抵抗，他们对模糊数学不屑一顾,认为它丧失了经典数学最重要的严谨性。然而在创立这门学科不太长的时间里.它的应用却异常迅速，正是由于这一点，到上世纪七十年代初期，模糊集合的概念越来越被科学研究者们所接

14、受。1974年英国的马丹尼(Madmdani.E.H)把模糊理论应用于工业控制并获得成功。从此，标志着模糊控制的诞生。三十多年来，模糊控制越来越广泛地应用与工业自动化和生产过程中。水泥窑炉的控制是模糊控制最早的商业应用实例之一。在工业生产过程中，有相当多的过程难以用传统的控制方法进行控制，比方那些非线性，大滞后等复杂工业控制对象，那些难以获得数学模型或模型非常粗糙的工业控制系统等，目前都还仍然以人工操作和人工控制为主。到目前为止，地界上最高级的控制器还是我们人本身，因为人具有处理模糊信息和直觉推理等多种智能功能，因此，对人来说，尽管不知道过程的精确模型，只要凭经验判断，便可进行合理的控制，即使是有好几个控制目的的复杂控制系统，也能够控制得得心应手。模糊控制就是要实现象人那样高超的控制能力，可以不依赖于被控对象的数学模型，而直接使用人类的经验，来到达理想的控制目标。模糊控制是基于人们对对象操作经验的根底上利用模糊数学的方法推理出一套控制规律，即类似如下的一些语言控制规那么。IF（误差大）THEN（控制量大）IF（误差小）THEN（控制量小）模糊控制的应用开发，最早是从英国、丹麦开始，1974年，英国伦敦大学的Mamdani教授提出可以把模糊理论用于工业控制领域。他把模糊推理用于蒸汽机的