基于PLC壓力控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

基于PLC的壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用目錄摘要IABSTRACTII第一章緒論11.1課題概要11.1.1課題來源和研究意義11.1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求11.2 PLC可編程邏輯控制器11.2.1 PLC可編程邏輯控制器介紹11.2.2 PLC控制在國內(nèi)外的發(fā)展與應(yīng)用21.2.3 PLC控制器的發(fā)展趨勢21.3論文組織結(jié)構(gòu)3第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案52.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案52.1.1系統(tǒng)的構(gòu)成52.1.2控制方式介紹62.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案62.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案72.3.1數(shù)字濾波方式的設(shè)計(jì)72.3.2 PID控制算法設(shè)計(jì)8第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)103.1系統(tǒng)硬件選型103.1.1壓力對象裝置選型103.1.2 PLC控制器選型113.2系統(tǒng)硬件連接和通信133.2.1 PLC與壓力對象裝置的連接133.2.2 PLC與PC計(jì)算機(jī)之間的連接和通信13第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)154.1 PLC控制程序154.1.1步驟7軟件介紹154.1.2 PLC硬件構(gòu)成154.1.3 PLC控制程序的實(shí)現(xiàn)164.2上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視程序224.2.1 WinCC配置軟件介紹224.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)控程序的實(shí)現(xiàn)23第五章系統(tǒng)的發(fā)運(yùn)和調(diào)試295.1系統(tǒng)運(yùn)行方法295.2調(diào)試系統(tǒng)295.2.1硬件間通信狀態(tài)的診斷295.2.2 PID參數(shù)的調(diào)整315.2.3調(diào)試中的問題及其解決辦法41第六章總結(jié)與展望436.1課題研究總結(jié)436.2后續(xù)工作展望44結(jié)語45參考文獻(xiàn)46ii.ii摘要由于壓力控制在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，研究PLC在壓力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用是教育乃至實(shí)踐技能培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。 本課題針對實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的壓力控制對象，提出了采用二級計(jì)算機(jī)控制，下層采用PLC作為控制器，上層采用PC計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)的基于PLC的壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)以西門子S7-300 PLC為控制器，采用STEP7軟件構(gòu)建了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和控制程序，完成了現(xiàn)場壓力信號的數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波和PID自動(dòng)控制。 上層PC采用工業(yè)設(shè)置軟件WinCC編制監(jiān)控接口，完成現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲，模擬現(xiàn)場過程，顯示實(shí)時(shí)趨勢曲線。在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試過程中，系統(tǒng)軟件運(yùn)行良好，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字PID調(diào)試，監(jiān)控接口基于WINDOWS，操作簡單，具有較強(qiáng)的可靠性和實(shí)用性，滿足了現(xiàn)場控制的要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。關(guān)鍵字PLC控制器、WinCC結(jié)構(gòu)、壓力過程控制、PID控制算法51ABSTRACTscinsteprocessystemwidelecontrollicationsystemwideledusintherealmsofindustrialcontrol theresoftheapplicationprocessinprosect ninforteachiningandpracticalskilltraining.accordingtopr sessurcecontrolobeobjectinthelaboratory thismessagesprocedationproplory lissconstityoftwolayersofcomputercontrol.PLC控制器performissasstheslavecomputerinabaselayer，ifereapcfunctionsasthehostcompperthesystemusesiemensss7- 300 plcforcontroller andsoftwarestep7fortheconfigurationoftheplcardhardwareandthedesigningofcontrolprogram suresignalandpidautocontrol.on the PC WINCC (adustrialconfigurationingthemonitionandcontrollinginterface ) toaccomplithisthereal-timemonitoringandadatastorage，andbeabletosimulatetheprocesofdynamicprocesssandddddisplaythereal-timetrendedsoftwareofthesystemrealizedthedigitalpidregulationing duetothewindowsbasebasedmonitoringinterface，thesystemshawithadvantagesine strongreliability和practic ability.thesystemsatisfiedcontrolrequirements，and reached the target of the design。key words PLC控制器，WINCC配置，Pressure Process Control，PID控制基于PLC的壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用第一章緒論第一章緒論1.1課題概要1.1.1課題來源和研究意義本課題來源于中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院過程控制實(shí)驗(yàn)室教師科學(xué)問題，主題類型屬于實(shí)驗(yàn)研究。在一些生產(chǎn)現(xiàn)場，如各種冶煉生產(chǎn)中，容器罐內(nèi)的氣體壓力必須保持在一定范圍內(nèi)，反應(yīng)才能正常進(jìn)行。 在適當(dāng)?shù)膲毫ο?，反?yīng)速度達(dá)到最高，原料和催化劑的利用更加徹底。 研究表明壓力過程的控制是一項(xiàng)有意義的研究。 隨著技術(shù)的發(fā)展，PLC的性能提高，其價(jià)格也為眾多中小企業(yè)所接受。 近年來，越來越多的中小設(shè)備開始通過PLC進(jìn)行控制，PLC在我國的應(yīng)用迅速發(fā)展。 本課題研究的基于PLC的壓力控制系統(tǒng)配線簡單，移植性強(qiáng)，靈活方便，具有強(qiáng)大的交互功能，可在線調(diào)試，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。1.1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容是基于PLC的壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，即設(shè)計(jì)以S7-300 PLC為控制器的壓力控制系統(tǒng)，根據(jù)過程壓力系統(tǒng)的控制要求選擇合適的檢測裝置和驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)壓力過程量的自動(dòng)控制。系統(tǒng)采用二級計(jì)算機(jī)控制，下層采用PLC作為控制器，上層采用PC計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控器，用WinCC配置軟件制作上位機(jī)監(jiān)控軟件，完成人機(jī)界面控制功能，實(shí)現(xiàn)完整集中測量、控制、構(gòu)成、監(jiān)控為一體的壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)1.2 PLC可編程邏輯控制器1.2.1 PLC可編程邏輯控制器介紹可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller )簡稱PLC，1960年代在美國上市，主要代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器實(shí)現(xiàn)了邏輯控制1。 20世紀(jì)70年代，人們將微機(jī)技術(shù)應(yīng)用于PLC，使計(jì)算機(jī)功能更加發(fā)揮，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了邏輯控制的范圍，成為電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制設(shè)備。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理中增加了模擬處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。 如今的PLC不僅在邏輯控制方面，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著重要的作用。 PLC可直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，具有較強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。1.2.2 PLC控制在國內(nèi)外的發(fā)展與應(yīng)用在工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域，PLC是重要的控制設(shè)備，代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平。 無論是從海外引進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線，還是國內(nèi)獨(dú)自設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，都能看到PLC的身影。 PLC裝置可以說是自動(dòng)化系統(tǒng)2的基本裝置。20世紀(jì)末，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更好地適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的需求。 在控制規(guī)模的基礎(chǔ)上，這個(gè)時(shí)期從發(fā)展大型機(jī)和超小型機(jī)的控制能力方面出發(fā)，產(chǎn)生了壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各種控制情況下使用的各種特殊功能單元3。 從產(chǎn)品的配套能力出發(fā)，生產(chǎn)了各種人機(jī)接口單元、通信單元，使應(yīng)用了可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加簡單。 目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展很大。 目前世界PLC廠商約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。 國內(nèi)PLC市場仍以海外產(chǎn)品為中心，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE等產(chǎn)品。我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研發(fā)、生產(chǎn)伴隨著改革開放而開始。 最初，導(dǎo)入設(shè)備中使用了大量的可編程控制器。 此后，PLC在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大4。 目前，中國已經(jīng)能夠生產(chǎn)中小規(guī)模的可編程控制器。 隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的加深，PLC在我國有更廣泛的應(yīng)用前景。 我國PLC生產(chǎn)目前也有了一定的發(fā)展，小型PLC已經(jīng)批量生產(chǎn)的中型PLC已經(jīng)開始開發(fā)有產(chǎn)品的大型PLC。 國內(nèi)PLC產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約有30多家，國內(nèi)產(chǎn)品市場占有率未超過10%。 主要生產(chǎn)部門有蘇州電子計(jì)算機(jī)廠、蘇州機(jī)床電廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動(dòng)化儀表廠、杭州通靈控制計(jì)算機(jī)公司、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所和江蘇嘉華實(shí)業(yè)有限公司等。 國內(nèi)產(chǎn)品在價(jià)格上占有明顯優(yōu)勢。隨著微處理器、網(wǎng)絡(luò)通信、HMI接口技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)日新月異，各種產(chǎn)品競爭激烈，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。 PLC也只能處理最初的開關(guān)量，因此發(fā)展為能夠處理模擬和數(shù)據(jù)，結(jié)合DCS、PID調(diào)節(jié)器、工業(yè)PC等技術(shù)，不再是簡單的控制設(shè)備，而是隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。1.2.3 PLC控制器的發(fā)展趨勢PLC作為機(jī)床的一員，在主要工業(yè)國家成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本電子控制裝置。 具有控制方便、可靠、易掌握、體積小、價(jià)格適宜等特點(diǎn)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界PLC廠商約有150家，生產(chǎn)300多種品種。 2000年的銷售額約為86億美元，占控制器市場份額的50%，PLC在控制器市場占有主要地位，保持持續(xù)上升的勢頭。新一代PLC具有PID調(diào)節(jié)功能，其應(yīng)用已從開關(guān)量控制擴(kuò)展到模擬控制領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于航天、冶金、輕工業(yè)、建材等行業(yè)。 但是，PLC面臨著其他行業(yè)產(chǎn)業(yè)控制產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，各廠商不斷采取改進(jìn)產(chǎn)品的措施，主要表現(xiàn)在以下方面顯著強(qiáng)化了微型、小型PLC的功能許多著名的PLC廠商相繼推出高速、高性能、小型、特別是小型的PLC。 三菱的FXOS14是14點(diǎn)(24VDC輸入8個(gè)，繼電器輸出6個(gè))，其尺寸僅為58mm89mm，只要大于信用卡數(shù)毫米，就能增強(qiáng)功能，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)離產(chǎn)業(yè)控制，如快餐、醫(yī)院手術(shù)室、旋轉(zhuǎn)門和車輛等集成化發(fā)展的趨勢強(qiáng)由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和難易度高，使PLC向集成化的方向發(fā)展，PLC和PC的集成化，PLC和DCS的集成化，PLC和PID的集成化等，強(qiáng)化通信能力和網(wǎng)絡(luò)化，特別是以PC為基礎(chǔ)的控制產(chǎn)品的成長率最快。 PLC與PC的集成，即計(jì)算機(jī)、PLC與操作人員-機(jī)器接口相結(jié)合，PLC利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，使計(jì)算機(jī)和PLC的模塊能夠訪問數(shù)據(jù)。 基于PC的控制可以編程和維護(hù)用戶利益，開放體系結(jié)構(gòu)提供靈活性，最終降低成本和提高生產(chǎn)效率。向開放性的轉(zhuǎn)變PLC曾經(jīng)有過嚴(yán)重的缺點(diǎn)，但主要是PLC的軟件架構(gòu)不封閉、開放，大多數(shù)PLC是專用總線專用通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，編程通常是梯形圖，但各公司的結(jié)構(gòu)、地址、語言結(jié)構(gòu)不一致，與各種PLC不兼容。 目前，基于PC，計(jì)劃在WINDOWS平臺上開發(fā)符合IEC1131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的PLC。1.3論文的組織結(jié)構(gòu)本文主要研究基于PLC的壓力過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，本文的章節(jié)結(jié)構(gòu)如下第一章緒論介紹了此次研究的課題、PLC控制器及其領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，最后闡述了本文的章節(jié)結(jié)構(gòu)。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案介紹了