基于PLC的液位控制系統的設計.doc

畢業(yè)設計論文信息與電子工程系工業(yè)電氣自動化技術專業(yè)03級（1）班課題名稱：基于PLC的液位控制系統的設計學生姓名：學號:指導教師：報告日期：2006年05月18日第一章緒論1.1PLC的定義及現狀可編程控制器出現前，繼電器控制在工業(yè)控制領域占據主導地位。但是繼電器控制系統具有明顯的缺點：設備體積大、可靠性低、故障查找困難以及維修不方便。由于接線復雜，當生產工藝和流程改變時必須改變接線，因此，其通用性和靈活性較差。20世紀60年代，計算機技術開始應用于工業(yè)控制領域，但由于價格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大以及難以適應惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領域獲得推廣。20世紀60年代末，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為適應生產工藝不斷更新的需要，1968年美國通用汽車公司（GM）提出了研制新型邏輯順序控制裝置的十項招標指標。主要內容是：1)編程方便，可現場修改程序。2)維修方便，采用插件式結構。3)可靠性高于繼電器控制裝置。4)體積小于繼電器控制盤。5)數據可直接送入管理計算機。6)成本可與繼電器控制盤競爭。7)輸入可為市電8)輸出可為市電，容量要求在2A以上，可直接驅動接觸器等。9)擴展時原系統改變最小。10)用戶存儲器大于4KB。這些實際上提出了將繼電器控制的簡單移動、使用方便、價格低的優(yōu)點與計算機的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點結合起來，將繼電接觸器控制的硬連線邏輯轉變?yōu)橛嬎銠C的軟件邏輯編程的設想。美國數字設備公司（DEC）中標，并于1969年研制出第一臺可編程控制器PDP-14，在美國通用汽車公司的生產線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生。隨著電子技術的發(fā)展，可編程控制器(ProgrammableLogicController.以下簡稱PLC)由原來簡單的邏輯量控制，逐步具備了計算機控制系統的功能，同時，還具有抗干擾性強、可靠性強、體積小、編程方便、修改容易、網絡功能強大等顯著優(yōu)點，它可以與計算機一起組成功能完備的控制系統。PLC在工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用，在PLC組成的控制系統中，一般由上、下位微機組成主從式控制系統。PLC作為下位機，完成數據采集、狀態(tài)判別、輸入輸出控制等，上位機（微型計算機、工業(yè)控制機），完成采集數據信息的存儲、分析處理、復雜運算、狀態(tài)顯示以及打印輸出，以實現對系統的實時監(jiān)控。微型計算機與PLC組成的主從式實時監(jiān)控系統，能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)點和功能，實現優(yōu)勢互補。PLC的定義如下：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于使工業(yè)控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原理設計。S7-300的CPU具有豐富的指令功能，編程十分方便。采用PLC作為溫度控制系統的核心，克服了以往儀表控制的單回路調節(jié)器的缺點，可以由用戶自己定義控溫曲線，同時利用PLC控制邏輯量的優(yōu)點，與輸入、輸出信號通過簡單的編程實現連鎖，可以對各種故障情況及時做出反應，使控制系統更加安全可靠。1.2信號處理的現狀和發(fā)展(1)DSP數字信號處理器的發(fā)展步入21世紀之后,社會進入數字化的時代,而數字信號處理器(digitalsignalprocessor)正是這場數字化革命的核心從20世紀60年代數字信號處理理論的崛起，到20世紀80年代世界上第一個單片可編程DSP芯片產生以來,數字信號處理器的發(fā)展迅猛異常DSP的應用范圍也越來越廣?，F代DSP芯片作為可編程超大規(guī)模集成(VLSI)器件,通過可下載的軟件或固件來實現數字信號處理功能DSP芯片除具有普通微處理器的高速運算和控制功能外,還針對高數據傳輸速率,數值運算密集的實時數字信號處理,在處理器結構,指令系統,和指令流程設計上做了較大改動其結構特點有:a.DSP芯片普遍采用改進的哈佛結構,即數據總線和程序總線相互分離,這使得處理指令和數據可以同時進行,提高了處理效率b.DSP芯片大多采用流水線技術,即每條指令的執(zhí)行劃分為取指,譯碼,取數等若干步驟,由片內多個功能單元分別完成這相當于多條指令并行執(zhí)行,從而大大提高了運行速度c.片內有多條總線可以同時進行取指和取操作數動作并且有輔助寄存器自動增減地址協助尋址d.配有獨立的乘法器!加法器和特殊指令,適用于需要大量乘累加器操作的矩陣運算,濾波,FFT,Viterbi譯碼和相關的專用信號處理運算e.大多數DSP芯片一般都帶有DMA控制器,外部存儲器,外部存儲器擴展接口,串行通信,配合片內多總線結構可以實現大吞吐量數據傳送f.DSP芯片一般配有中斷處理器,定時器,片內存儲器和鎖相環(huán)(PLL)等片內集成外設,可以方便的實現一個嵌入式自封閉控制的處理系統g.省電管理和低功耗適于便攜式數字終端設備發(fā)展趨勢:DSP內核結構進一步完善；DSP和微處理器的融合；MPU是低成本的,主要執(zhí)行智能定向控制任務的通用微處理器,但其數字信號處理能力很差,DSP功能正好與其相互補充；DSP和高檔CPU的融合；DSP和SOC(System-on-chip)的融合；DSP和FPGA的融合；實時操作系統RTOS與DSP結合(2)（2）電流模式模擬信號處理的發(fā)展多年來，電子工程師似乎總是認為世界是由電壓所支配，安培只是從屬于伏特，新近的研究表明，由標準的電壓運算放大器綜合的電流模式電路比用同樣的器件以電壓模式綜合實現的電路性能好得多，跨導運放極有希望發(fā)展成為模擬VLSI中的模擬門陣列最基本的積木塊，T-C技術使得全集成連續(xù)時間信號處理器的單片集成化成為可能，用電流模式方法設計的ANN集成電路克服了電壓模式ANN集成電路的缺陷，可實現編程閉值的突觸陣列，從而為神經計算機的VLSI實現提供了新的途徑。目前，集成電路的設計由于電流模式電路技術的發(fā)展和應用而獲得了新的生長點，模擬VLSI的最新進展使得開發(fā)和實現電流模式信號處理成為可能.電流模式技術和方法對于諸如放大器、變換器、A/D和D/A、采樣數據和連續(xù)時間濾波器、自校正系統，編程系統、ANN(人工神經網絡)和神經計算機等許多問題提供了最有吸引力的途徑，并將對微電子學與信息科學、計算機科學與AI,控制與機器人等領域的發(fā)展產生重要的影響.在988年IEEE電路與系統國際會議上英國B.WiIson教授等人介紹了電流模式信號處理的一些新近進展s，引起了人們的廣泛興趣，1988年和1990年IEEE電路與系統國際會議上開辟了“電流模式信號處理”專門小組報告和大會前的專題學術付論會，并把其作為VLSI和模擬信號處理的重點前沿方向，一場“電流模式信號處理的熱潮正在國際上迅速興起。人們預計電流模式模擬信號處理與IC設計技術的發(fā)展將會改變目