自动控制系统课程设计
设计题目：单回路控制系统前馈反馈系统的设计 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师：
设计时间：2013年7月1号—2013年7月19号
摘要
本文阐述了水位单回路控制系统与前馈反馈控制系统的工作原理与设计方法，并详细介绍了两种控制方案各自的优缺点与适用场合。针对两种水位控制系统的设计，从软硬件两方面介绍其实现方法，最终在西门子S7300上利用step7编程设计完成了水位控制。
本文首先介绍了国内外控制技术的发展现状，向读者展现了过程控制技术对于国民生产的重要性，接着介绍了过程控制领域尚未解决的难题。而后针对要解决的问题设计了两种方案并得到了其可行性结论，在此基础上进行系统设计、原理分析、设备选型、设备接线等工作，在此期间，本文既采用文字描述又通过绘制原理图与方框图进行描述。最后，在西门子PLC上编程进行实际操作。经验证后，证明所设计的控制系统可以达到预期目的。
关键词：水位控制、西门子PLC、控制系统
1.1设计目的
1.进一步熟悉西门子PLC的工作原理及使用方法。 2.掌握水位控制系统的设计与调试方法。
1.2设计内容
本课程设计是以自动化专业《过程控制系统》课程为背景，充分利用过程控制实验室的现有实验条件，针对水位这一过程控制中非常普遍的控制对象（被控参数）进行控制系统设计。
1.3设计要求
1.控制系统可行性分析。通过进行背景调查最终得出控制系统可行的结论，给以下设计提供肯定的支持。
2.控制原理分析与设计。得到可行结论后，开始对控制系统原理方案进行详细的分析与设计，根据所设计系统的特点，参考实例、对水位控制系统进行设计。
3.控制系统设备选型。根据系统需要确定设备数量和功能等要求，在多种设备中选择性能最适合设计需要的仪表设备型号，最后根据设备型号与设备说明书、端子说明进行接线图的绘制。
4.控制系统检测控制原理图。包括：控制系统检测控制原理图与控制系统方框图。
5.控制系统接线图。
目录
摘要 ............................................................ 2 1.1设计目的 ..................................................... 3 1.2设计内容 ..................................................... 3 1.3设计要求 ..................................................... 3 2.1控制系统可行性分析 ........................................... 5
2.1.1 国内外控制水平发展及现状 .............................................................. 5 2.1.2 过程控制难点及目前解决程度 .......................................................... 6 2.1.3 拟采用控制方案的特点及概述 .......................................................... 7 2.1.4 所设计系统的可行性结论 .................................................................. 8 2.2控制原理分析与设计 ........................................... 8
2.2.1 水位单回路控制系统 .......................................................................... 8 2.2.2 水位单回路控制过程描述 .................................................................. 9 2.2.3 水位前馈反馈控制系统 .................................................................... 10 2.2.4 水位前馈反馈控制过程描述 ............................................................ 11 2.2.5 检测参数选择和控制参数选择 ........................................................ 12 2.3控制系统设备选型 ............................................ 13
2.3.1 实验装置 ........................................................................................... 13 2.3.2 CPU ..................................................................................................... 14 2.3.3 模拟量输入模块.................................................................................. 17 2.3.4 模拟输出模块 ..................................................................................... 19 2.3.5 QS智能型电动调节阀 ....................................................................... 20 2.3.6 电磁流量计 ......................................................................................... 21 2.3.7 设备清单 ............................................................................................. 21 2.3.8 软件选型 ........................................................................................... 22 2.4 控制系统接线图 ............................................. 23 心得体会 ....................................................... 24 参考文献 ....................................................... 26
2.1控制系统可行性分析
2.1.1 国内外控制水平发展及现状
20世纪40年代以后，工业生产过程自动化技术发展很快，尤其是近些年来，在IT技术的带动下，过程控制技术发展十分迅猛。过程控制装置与系统的发展大致分为以下几个阶段： （1）局部自动化阶段（20世纪50--60年代）
这个阶段的过程控制系统大多数是单输入-单输出系统；被控参数主要有温度、压力、流量和物位；控制的目的是保持这些工艺参数的稳定，确保安全生产。生产的规模比较小，多用气动仪表实现就地的简单控制。到20世纪50年代后期至60年代，先后出现了气动和电动单元组合仪表，采用了集中监控与集中操作的控制系统，实现了工厂仪表化和局部自动化。
（2）集中控制阶段（20世纪60--70年代）
这时的过程控制系统大量采用单元组合仪表和组装式仪表，生产过程实现了车间范围和大型系统的集中监控。为了提高控制质量和满足特殊工艺的控制要求，开发使用了多种复杂控制系统方案。特别是前馈控制、选择控制的实现，使过程控制品质、安全性大为提高。 （3）集散控制阶段（20世纪70年代中期至今）
此时的大型生产过程一般都是分散系统，这样可以使生产过程控制分散进行，将发生故障和危险的风险分散。基于“集中管理，分散控制”理念，在数字仪表和计算机与网络技术基础上开发的集散型控制系统在大型生产过程控制中得到广泛应用。过程控制系统的结构也由单变量控