单容水箱液位定值控制系统课设报告 - 图文

第二章 综合实验纲要

一、综合实验的目的

自动控制系统综合实验是在完成了自控理论，检测技术与仪表，过程控制系统等课程后的一次综合训练。要求同学在给定的时间内利用前期学过的知识和技术在过程控制实验室的现有设备上，基于mcgs组态软件或step7、wincc组态软件设计一个监控系统，完成相应参数的控制。在设计工作中，学会查阅资料、设计、调试、分析、撰写报告等，达到综合能力培养的目的。

二、综合实验的基本要求

1.学生应根据项目的内容和要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的专业知识，进行算法设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新方法或功能设计，完成系统的硬件系统的连接与调试以及软硬件联调，并提交规范的设计报告，从而提高理论知识的工程应用能力。 2.为了保证综合实验按时圆满完成，学生在综合实验期间应清楚和遵守以下要求：

1) 遵守实验室的各项规定，务必按规定的安全操作规程使用及调试设备。

2) 课程设计前做好预习，学习设备手册、软件的使用；查找资料，提出设计方案。实验设备手

册见相关电子文档。 3) 每班分为2-3批，每批2-3人共用一套实验设备。

4) 在实验室设计调试时间不少于32学时，按规定时间进入实验室。

5) 在给定的题目中选择设计项目，最终必须独立完成1～2个完整的项目，并有创新的设计内容。

6) 按时提交设计报告、准时参加抽查或答辩。

三、实验前的准备及安全操作规程

实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题，并按实验项目准备记录等。

实验前应了解实验装置中的对象、水泵和所用控制组件的名称、作用及其所在位置, 以便于在实验中对它们进行操作和观察。熟悉实验装置面板图，要求做到由面板上的图形、文字符号能准确找到该设备的实际位置；熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。

安全操作规程

1． 实验之前确保所有电源开关均处于“关”的位置，储水箱中是否有充足的水； 2． 开水泵前请务必保证管路通畅，阀门打开。

3． 切忌禁止带电接线，尤其是与计算机连接的线缆严禁带电插拔。 4． 若使用现场总线侧控制台，使用时应注意：

1）打开电源开关顺序：依次打开PLC控制柜中总电源开关、变频器开关（停大约10S后）、控制站开关、24VDC开关等。 2）．关闭电源开关顺序：首先关闭控制站开关，再依次关闭其他电源开关，最后关闭总电源开关。 3） STEP7硬件组态下载程序时，请将PLC控制柜中CPU模块开关置于STOP状态，下载完毕时切

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换至RUN状态。

5．小心操作，切勿乱扳硬拧，严防损坏仪表及模块。 6．严格遵守实验室有关规定。

四、综合实验内容要求

本次在THPCAT-2型自动控制系统实验平台上完成，实验装置如图１所示。该实验平台的监控对象包括模拟锅炉和水箱，可以设计实现温度控制系统、液位控制系统或流量控制系统。软件开发平台主要是监控组态软件MCGS和Wincc等，学生根据设计题目和要求在实验平台上选择相关设备及软件，完成设计调试和设计报告。

设计内容需包括以下几个主要环节：

硬件系统设计

在理解题目要求和原理的基础上，深入学习设计题目相关的软、硬件手册，确定系统组成和结构，画出硬件连接图。熟练掌握硬件特性和操作、测试方法，完成系统硬件连接。

软硬件测试

进行系统的硬件连接（包括管路连接和信号连接），借助实验平台提供的项目实例完成实验测试，掌握软硬件的基本操作和调试方法、掌握项目运行的基本步骤。

数据I/O及通信设计

研究智能仪表的特性，以及MCGS软件的通信驱动方法，实现被控设备和上位监控PC机的通信，实现被控参数的采集和控制数据的输出，掌握信号测试的方法。

图2-1 THPCAT-2型自动控制系统实验装置（常规仪表侧）

监控组态界面设计

深入学习MCGS、STEP7及WINCC软件的应用开发技术，根据题目要求设计合适的监控组态界面，完成硬件组态和实时数据库的组态等，实现对特定参数数据的实时采集和监控，能够记录实时曲线

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和历史曲线。

控制算法设计

根据题目的功能要求，设计控制算法，画出软件流程图。深入学习MCGS的编程语言，进行控制算法组态或控制算法程序的编写，对控制算法的功能进行测试，实现数据的自动采集和控制等主要功能。

系统调试和完善

软硬件系统联调，记录实验结果及实验中遇到的问题，改进设计中的缺欠，完善系统的功能，保存调试成果。

撰写设计报告

整理数据，并对实验数据或曲线进行分析，总结，书写综合实验报告书。设计报告中应如实明确记录和说明设计思路、开发步骤、完成的成果、以及开发和调试过程中遇到的问题及解决办法，实验数据的分析等。

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第三章 单容水箱液位定值控制系统

概况：

选择上小水箱、上大水箱或下水箱作为被测对象，实现对其液位的定值控制。

实验所需设备以及所需软件 所需设备：THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置（常规仪表侧），水箱装置， AT-1挂件，智能仪表，485通信线缆一根（或者如果用数据采集卡做，AT-4 挂件，AT-1挂件、PCL通讯线一根）。 所需软件：MCGS组态软件 要求

1、用MCGS软件设计开发，包括用户界面组态、设备组态、数据库组态、策略组态等，连接电路，实现单容水箱的液位定值控制；

2、施加扰动后，经过一段调节时间，液位应仍稳定在原设定值； 3、改变设定值，经过一段调节时间，液位应稳定在新的设定值。

实验原理

图3-1 中水箱单容液位定值控制系统

(a)结构图 (b)方框图

本实验系统结构图和方框图如图3-1所示。被控量为上小水箱的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT1检测到的上小水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。

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