毕业设计(5.26)

哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文）

摘 要

在众多生产领域中，经常需要对贮槽、贮罐、水池等容器中的液位进行监控，以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高，目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器（PLC）对液位进行监控的一种方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，适用于多段液位监控场合。

本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。在设计中，笔者主要负责的是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。

本文主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析， FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。

关键词：FX2系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，扩充临界比例法，系统设计

I

哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文）

Abstract

In many areas of production, often need to monitor the liquid level in the tank, tanks, pools and other containers to the usual traditional relay contact control, the use of hard-wired electrical appliances and more, poor reliability, and high degree of automation, the current there are many enterprises to adopt advanced controller to transform the traditional exposure control, greatly improving the reliability of the control system and controlled the extent to provide enterprises with a more reliable production. This article describes a programmable logic controller (PLC) a way to monitor the liquid level, a simple circuit structure, less investment (which can use the transformation of the original facilities), the monitoring system is not only a high degree of automation, also has online modify the features, flexibility, suitable for multi-level monitoring occasions.

The subject of graduation design is based on PLC, liquid level control system design. In the design, the author is mainly responsible for the mathematical model and control algorithm design, so the design used in the paper referred to was more PID algorithm, PLC in less knowledge.

Main contents of this article: PLC creation and definition, process control, development, and water tanks and experiment to determine the characteristics curve analysis, FX2 series PLC hardware control, PID tuning parameters and various parameters of the control performance comparison, the application PID control algorithm obtained experimental curve analysis, the entire system, introduce and explain the various parts of the PLC process control commands to control the tank level PID instruction.

Keywords：FX2 series PLC, the control object characteristics, PID control algorithm, expand the critical proportion method, system design

II

哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文）

目 录

摘要 ................................................................................................................................... I Abstract ........................................................................................................................... II 第1章 绪论 ..................................................................................................................... 1 1.1本文研究的目的及意义 ..................................................................................... 1 1.2 PLC的产生、定义及现状 ................................................................................ 1 1.2.1 PLC的产生、定义 ................................................................................... 1 1.2.2 PLC的发展现状 ....................................................................................... 2 1.3 本设计的主要内容 ............................................................................................ 4 第2章 FX2系列PLC和控制对象分析 ....................................................................... 5 2.1 三菱PLC控制系统 .......................................................................................... 5 2.1.1 CPU模块 ................................................................................................... 6 2.1.2 I/O模块 ..................................................................................................... 6 2.1.3电源模块 .................................................................................................... 6 2.2 过程建模 ............................................................................................................ 6 2.2.1一阶单容上水箱对象特性 ........................................................................ 7 2.2.2二阶双容下水箱对象特性 ...................................................................... 12

2.3 过程建模 .......................................................................................................... 15

第3章 PID调节及串级控制系统设计 ....................................................................... 16 3.1 PID调节的各个环节及其调节过程 ............................................................... 16 3.1.1 比例控制及其调节过程 ......................................................................... 17 3.1.2 比例积分调节 ......................................................................................... 18 3.1.3 比例积分微分调节 ................................................................................. 18 3.2串级控制 ........................................................................................................... 20

III

哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文）

3.2.1 串级控制系统结构 ................................................................................. 20 3.2.2 串级控制系统的特点 ............................................................................. 21 3.2.3 串级控制系统的设计 ............................................................................. 21 3.3 扩充临界比例度法 .......................................................................................... 23 3.4 三菱FX2系列PLC中PID指令的使用 ....................................................... 25 3.5 在PLC中的PID控制的编程 ........................................................................ 26

3.6 变量的范围 ...................................................................................................... 29 3.7本章小结 ........................................................................................................... 30 第4章 控制方案设计 ................................................................................................... 31 4.1系统设计 ........................................................................................................... 31 4.1.1上水箱液位的自动调节 .......................................................................... 31 4.1.2上水箱下水箱液位串级控制系统 .......................................................... 32 4.2 硬件设计 .......................................................................................................... 33 4.2.1 检测单元 ............................................................................................... 33 4.2.2 执行单元 ............................................................................................... 34 4.2.3 控制单元 ............................................................................................... 34

4.3 软件设计 .......................................................................................................... 35 4.4 本章小结 .......................................................................................................... 35 第5章 运行调试分析 ................................................................................................... 36 5.1 上水箱液位比例调节 ...................................................................................... 36 5.2 上水箱液位比例积分调节 .............................................................................. 36

5.3 上水箱液位比例积分微分调节 ...................................................................... 36 结 论 ............................................................................................................................. 38 致 谢 ............................................................................................................................. 39 参考文献 ......................................................................................................................... 40

IV

哈尔滨工业大学成人高等教育本科毕业设计（论文）

第1章 绪论

1.1本文研究的目的及意义

为了解决人工控制的控制准度低、控制速度慢、灵敏度低等一系列问题。从而我们现在就引入了工业生产的自动化控制。在自动化控制的工业生产过程中，一个很重要的控制参数就是液位。一个系统的液位是否稳定，直接影响到了工业生产的安全与否、生产效率的高低、能源是否能够得到合理的利用等一系列重要的问题。随着现在工业控制的要求越来越高，一般的自动化控制已经也不能够满足工业生产控制的需求，所以我们就又引入了可编程逻辑控制（又称PLC）。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及时。

液位控制系统它使我们的生活、生产都带来了不可想象的变化。它使在控制中更加的安全，节约了更多的劳动力，更多的时间。

在我国随着社会的发展，很早就实行了自动控制。而在我国液位控制系统也利用得相当的广泛，特别在锅炉液位控制，水箱液位控制。还在黄河治水中也的到了利用，通过液位控制系统检测黄河的水位的高低，以免由于黄河水位的过高而在不了解的情况下，给我们人民带来生命危险和财产损失。

1.2 PLC的产生、定义及现状

1.2.1 PLC的产生、定义

（1）可编程控制器的产生

20世纪60年代，在世界技术改造的冲击下，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器。1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件后，立即引起了开发热潮。

（2）可编程控制器的定义

1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ljef.html