題目： 基於智慧型儀表和plc的液位控制系統設計
院系： 常州紡院機電工程系
班級： 電氣103a班
姓名李玉強
學號20210362012
摘要微電子技術和計算機技術的不斷發展，引起了儀表結構的根本性變革，以微型計算機（微控制器）為主體，將計算機技術和檢測技術有機結合，組成新一代「智慧型化儀表」，在測量過程自動化、測量資料處理及功能多樣化方面與傳統儀表的常規測量電路相比較，取得了巨大進展。智慧型儀表不僅能解決傳統儀表不易或不能解決的問題，還能簡化儀表電路，提高儀表的可靠性，更容易實現高精度、高效能、多功能的目的。
可程式設計控制器(programmable logic controller---plc)是一種應用廣泛非常的自動控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制能力強、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續工作的特點，非常適合液位控制的要求。
本文介紹了基於智慧型儀表、可程式設計控制器（plc）、組態軟體的液位控制系統的設計方案。系統採用pid演算法，實現液位的自動控制。
一、智慧型儀表
智慧型儀表由硬體和軟體兩大部分組成。硬體部分包括微控制器及其介面電路、模擬量輸入輸出電路、開關量輸入輸出電路、資料通訊介面電路、人機互動通道，以及其他外圍裝置。
智慧型儀表的軟體，包括監控程式、中斷服務程式以及實現各種演算法的功能模組。
智慧型儀表的工作過程如下：輸入訊號要經過開關量輸入電路或模擬量輸入電路進行變換、放大、整形、補償等處理。對於模擬量訊號，需經a/d轉換器轉換成數碼訊號，再通過介面送入微控制器。
由cpu對輸入資料進行加工處理、計算分析等一系列工作，通過介面送至顯示器或印表機，也可輸出開關量訊號或經模擬量輸出電路的d/a轉換器轉換成模擬量輸出訊號。還可通過序列介面實現資料通訊，完成更複雜的測量和控制任務。
水幫浦儀表的模組接線圖如：
二、可程式設計控制器
plc即可程式設計邏輯控制器，英文全稱是programmable logic controller，是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它採用可以編制程式的儲存器，用來在其內部儲存執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，並能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種型別的機械或生產過程。
plc以其可靠性高、抗干擾能力強、程式設計簡單、功能強大、價效比高、體積小、能耗低等顯著特點廣泛應用於鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械製造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業。plc專為工業現場應用而設計，採用了典型的計算機結構，主要由**處理器（cpu）、儲存器（ram、rom）、輸入輸出單元（i/o介面）、電源及程式設計器等幾大部分組成。
本次實驗設計的程式為
指令表形式
ld i0.4
ori m0.1
an i0.0
ani i0.3
out m0.1
ld i0.2
or m0.2
an i0.0
ani i0.5
ani i0.4
ani i0.1
out m0.2
三、pid控制器
pid控制技術是在反饋思想被實際應用以後在工業應中發展起來的。pid控制器早在一百年前就已經出現，經過長時間發展，已經有許許多多改進形式的pid控制器出現，但到目前為止沒有乙個pid控制器能夠適用於所有控制場合。pid控制器具有結構簡單，魯棒性強等特點，因此，今天它己經成為應用最廣泛的控制技術，在石化，化工，造紙等工業領域，甚至有97%的常規控制器都是pid控制器。
本次設計是採用智慧型調節儀的pid控制原理進行液位pid閉環控制，採用痛過液位變送器採集實驗水箱液位值，送入智慧型調節儀與設定值進行比較，控制智慧型儀表的模擬量輸出，來控制水幫浦電壓，達到控制液位的目的。
實驗時，可痛過設定p、i、d三個引數來選擇不同的控制過程，（如：p調節、pi調節、pid調節）尋找最佳的控制方案及引數。
pid控制原理基於下面的公式，輸出式比例項、積分項和微分項的函式m(t)=kc*e+kci∫edt+mintal+kc*del/dt
輸出=比例項+積分項+微分項
m(t) pid迴路的輸出是時間函式
k(c) pid迴路的增益
e pid迴路的偏差
mintial pid迴路輸出的初始值
四、組態控制
目前的很多自動控制系統中,常常選用plc作為的控制裝置,用於資料採集、狀態判別和輸出控制;而在可程式設計序控制器與計算機通訊的基礎上,通過組態軟體可以對可程式設計序控制器的當前工作狀態進行全方位的監控,進一步通過組態軟體可以對實驗控制物件的工作過程進行全程模擬,實現遠端控制。這種控制系統充分利用了計算機和plc的特點,實現了優勢互補,得到了廣泛應用。
組態軟體的基本功能：
(1) 過程視覺化
(2) 可維護性強
(3) 操作簡便
(4) 功能完善
本控制系統根據mcgs組態軟體設計如下圖
（1）新建軟體設計頁面圖
（2）組態設計效果圖
（3）模擬執行圖
五、總結
在智慧型儀表、可程式設計控制器(plc)和組態軟體的基礎上，我設計出的液位控制系統是結合mcgs組態軟體系統變得美觀易懂，操作更加簡單快捷。但是整個液位控制系統執行效果我並沒有進行聯機實驗，我不知道我的設計是否成功，做設計，是對以前學習的知識的挑戰與突破。通過這次設計，對於辦公軟體的應用有了進一步的提高（如word文件）。
同時在對蒐集的材料進行整核，結合所學理論知識，以及實際應用操作的情況下，提高了實際操作和獨立解決問題的能力。
通過這次設計，讓我更熟練的掌握了三菱的plc軟體的簡單程式設計方法，對於三菱的plc的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。也對mcgs組態軟體有了更進一步的理解與學習，同時也看清了自己身上的許多不足之處，平時缺乏主動學習和動手操作的積極性。今後要改掉不好的習慣，把理論知識更好的運用到實際的生活當中去。
古人說：三人行必有我師、思而不學則殆。所以說學習要善於向別人請教，學思結合。
設計是做完了，可是我的學習之路還沒有完，我明白了人這一輩子不能僅僅侷限於那一點點滿足感，要放眼望去，通過去參與各種實踐，提公升自己的動手能力，創造屬於自己的未來。
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