基于PLC的過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)測(cè)控技術(shù)畢業(yè)論文

畢業(yè)論文基于PLC的過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系別專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)班級(jí)學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師自動(dòng)化工程系測(cè)控技術(shù)與儀器基于PLC的過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要可編程控制器是以微型計(jì)算機(jī)為核心的工業(yè)控制裝置，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)。德國(guó)西門(mén)子公司SMATICS7300系列可編程控制器的模塊化、無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點(diǎn)，使得S7．300系列可編程控制器在工業(yè)領(lǐng)域中實(shí)施各種控制任務(wù)時(shí)冖成為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。過(guò)程控匍系統(tǒng)中，80％以上的控制對(duì)象都可以用PID控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)組態(tài)PLC的標(biāo)準(zhǔn)pm控制模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)流程的自動(dòng)控制，可以大大提高編程效率和整個(gè)項(xiàng)目的組態(tài)時(shí)間：本設(shè)計(jì)是以液位為被控對(duì)象，基于SIEMENSS7-300PLC和昆侖通態(tài)公司的組態(tài)軟件MCGS設(shè)計(jì)了一套液位控制系統(tǒng)。編程時(shí)調(diào)用了sqp7中自帶的pm模塊，使得程序更為簡(jiǎn)潔，運(yùn)行速度更為理想。利用可編程控制器和組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采樣與處理。實(shí)驗(yàn)證明，此系統(tǒng)具有快、準(zhǔn)、穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制領(lǐng)域中能得到廣泛運(yùn)用：關(guān)钅建讠司：PID，PLC,MCGS，液位，過(guò)程控制BasedonPLCcontrolsystemdesignandimplementationAuthor:DuChennrtor:SongAijuanAbstractProgrammableControllerbasedonmicrocomputerasthecoreoftheIndustrialcontrolequipment,mtegratedcomputertechnology,automaticcontroltechnologyandcommunicationtechnology.SiemensGermanySIMATTCS7-300seriesprogrammablecontrollerandthemochllarshuctureoffan,theconfigurationandclistributedcharactelisticssuchaseasytomaster,S7-300seriesprogrammablecontrollerinthefieldofindustlialcontroltasksimplemented,becomeaneconomicalandpracticalsolutions.Processcontrolsystemmorethan80%ofthecontrolledobjectcanbeusedtorealizePIDcontroller,throughtheconfigurationofPLC,realizePIDcontrolmodulestandardofindustlialprocessofautomaticcontrol,cangreatlyimprovetheeffciencyandthewholeprojectprogramnnngconfigurationoftime.Taisdesignisforthecontrolledobject,levelbasedonSIEMENSS7-300PLCandthegeneralstateofkunlunMCGSconfigurationsoftwaredesignedasetofliquidlevelcontrolsystem.WhenprogrammingcallsaSTEP7inthecabin,andmaketheprocessmorePIDmoclule,thespeedmoreconcise.Usingtheprogrammablecontrollerandconfigurationsoftware,realizethereal-timemonitoringandcontrolsystemforreal-timesamplingandprocessingofdata.ltisprovedthatthissystemisfast,accurateandetc,intheindustrialcontrolareacanbeusedwidely.KeyWords:pm,PLC,MCGS LEVELsPROCESS目錄第一章緒論凵課題研宄的背景知識(shí)和意義2過(guò)程控制系統(tǒng)概述13課題的研究?jī)?nèi)容、第二章PID控制原理以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖]PID調(diào)節(jié)基．本原理、2．凵PID概述．2．1.2數(shù)字式PID控制算法．22PID控制器的選擇23連續(xù)調(diào)節(jié)功能SFB41fFB41"CONT0．第三童可編程控制器3.1PLC可編程控制器基礎(chǔ)3．凵PLC可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用．3上2PLC可編程控制器的組成和工作原理．3．1.3PLC可編程控制器的分類(lèi)及特點(diǎn)．第四章PLC硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟1141PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原貝J..4上2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟“4．2PLC的選型與硬件配置．上2．1PLC型號(hào)的選擇．422ST．300CPU的選擇“42．3sM322數(shù)字量輸出模塊．4．31/0點(diǎn)分配．114．4PLC控制器的設(shè)計(jì)114．4.1控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立4．42PID參數(shù)整定第五章PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1PLC程序設(shè)計(jì)方氵去．0乙52編程軟件STEP7概述0凵 5．2.1 P7的操作步驟·003軟件程序設(shè)計(jì)05．3.1設(shè)計(jì)思路CD，．3·2控制程序流程圖0]5．33梯形圖程序．勹1?-，．3·4PID指令向?qū)У倪\(yùn)用0」O“第六童在MCGS上位機(jī)上監(jiān)控PID控制程序運(yùn)行1凵《0」12建立一個(gè)MCGS組態(tài)系統(tǒng)000乙63實(shí)現(xiàn)MCGS與S7·300的軟件通訊．匚06．3.1概述．匚0巧2過(guò)通訊硬件連接CD6．33設(shè)備調(diào)試宀0結(jié)論37致謝38參考文·39附錄40第一章緒論凵課題研究的背景知識(shí)和意義目前工業(yè)自動(dòng)化水平己成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輸入輸出接口?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)其傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是不一樣的。比如壓力控匍系統(tǒng)要采用壓力傳感器：電加熱控制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器：目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器〔儀表）己經(jīng)很多，產(chǎn)品己在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器@閹ligentregulator),其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器（PLC)，還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的pc系統(tǒng)等。1.2過(guò)程控制系統(tǒng)概述液位是過(guò)程控制中重要的控匍形式之一：過(guò)程控匍涉及煉油、發(fā)電、化工、冶金、醫(yī)藥、造紙和輕工等工業(yè)部門(mén)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著十分重要的作用。過(guò)程控制涉及的對(duì)象一般具有過(guò)程復(fù)雜、系統(tǒng)大和安全性要求高等特點(diǎn)，對(duì)自動(dòng)化的要求也較高，自動(dòng)化程度自然相對(duì)發(fā)展也比較決。過(guò)程控匍的發(fā)展經(jīng)歷了從常規(guī)儀器儀表到集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(DCS)的發(fā)展過(guò)程。進(jìn)人20世紀(jì)90年代，企業(yè)的自動(dòng)化向著以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的方向發(fā)展。從系統(tǒng)的功能角度看，連續(xù)過(guò)程的工業(yè)自動(dòng)化由過(guò)去的以保證平穩(wěn)生產(chǎn)為目標(biāo)的簡(jiǎn)單控制裝置發(fā)展到考慮過(guò)程的非線性、時(shí)變性等因素的先進(jìn)控制系統(tǒng)：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，企業(yè)把注意力集中到如何形成一個(gè)能適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境不確定性和市場(chǎng)供求多變性的、具有高柔性、全局最優(yōu)、高經(jīng)濟(jì)效益和高管理水半的，集生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)管理于一體的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，也就是連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)cms(computerlntegrateünanufactunngsystem)，亦稱(chēng)計(jì)算機(jī)綜合處理系統(tǒng)CIPS(computerintegratedprocessmgsystem)'連續(xù)過(guò)程工業(yè)的CIMS完全擺脫了傳統(tǒng)的“孤島”式的自動(dòng)化模式，它以計(jì)算機(jī)的軟、硬件系統(tǒng)的集成為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)信息和管理信息的集成，計(jì)劃調(diào)度、控制功能和管理決策功能的集成，使企業(yè)成為一個(gè)整體并協(xié)調(diào)地運(yùn)行，從而創(chuàng)造出最好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在現(xiàn)代化的大型企業(yè)中，盡管過(guò)程控制采用了先進(jìn)的DCS系統(tǒng)，但絕大部分的控制回路仍采用比例，積分和微分控制：據(jù)有關(guān)資料介紹，在連續(xù)的工業(yè)過(guò)程的控制中，8”09，％的控制回路采用PID控制，約有％．巧％的控制回路是常規(guī)PID控制所不能奏效或效果不好的，而必須采用高等過(guò)程控制策略。高等過(guò)程APC(AdvancedprocessControl),亦稱(chēng)先進(jìn)過(guò)程控制目前尚無(wú)統(tǒng)一的定義。習(xí)慣上，將基于沒(méi)有精確數(shù)學(xué)模型而又必須用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的控制算法，統(tǒng)稱(chēng)為高等過(guò)程控制策略：如模糊控制、補(bǔ)償控制（包括sm?th補(bǔ)償控制，前饋控制等）、預(yù)濞控制，自適應(yīng)控制，非線性控制、多變量控制、分布參數(shù)控制等。13課題的研究?jī)?nèi)容可編程控制器(PLC)是計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并己成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱(PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD℃(M)之一：PLC的應(yīng)用已成為工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展必然的一個(gè)趨勢(shì)。在不久的將來(lái)PLC技術(shù)在我國(guó)將得到更全面的推廣和應(yīng)用。本文研宄的是PLC技術(shù)在液位控制系統(tǒng)上的應(yīng)用：從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的硬件配置、程序設(shè)計(jì)?？刂茖?duì)象數(shù)學(xué)模型的建立，控制算法的選擇和參數(shù)的整定。本論文通過(guò)德國(guó)西門(mén)子公司的S7．300系列PLC控制器，壓力液位傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際液位值轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)并送入到PLC中進(jìn)行ID調(diào)節(jié)。同時(shí)利用北京昆侖通態(tài)公司的組態(tài)軟件，通過(guò)串行口與可編程控制器通信，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，從而使用戶(hù)作更方便。總體上包括硬件設(shè)計(jì)、軟件編程、參數(shù)整定等．全論文分為七章各章的主要內(nèi)容說(shuō)明如下。第一章，對(duì)液位控制系統(tǒng)應(yīng)用的背景及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了闡述，指出了本文的研究意義所在。第二章，概述了PID控制系統(tǒng)的原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖等基礎(chǔ)內(nèi)容。第三章，概述了可編程控制器(PLC)的基本概念和工作原理和結(jié)構(gòu)功能等知識(shí)。第四章，主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)角度，介紹了該項(xiàng)目的此c控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、PLC的硬件配置以及PLC控制器的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定。第五章，在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了本項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件的設(shè)計(jì)基本步驟，方法，編程軟件下p7的介紹以及本項(xiàng)目程序設(shè)計(jì)。第六章，詳細(xì)介紹了在組態(tài)軟件MCGS的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的設(shè)計(jì)。第七章，總結(jié)全文：

2PID控制原理以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖21pm調(diào)節(jié)基本原理2．1.1PID概述在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今己有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。過(guò)程控制實(shí)際中也有和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控的的。模擬控制的PID表達(dá)式見(jiàn)式（21)：式中KP、TI、TD分別為模擬調(diào)節(jié)器的比例增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間。1.比例叩）控制：比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸人誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state-““2．積分（0控制：在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)(SystemWithSteady-stateEnor),為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分伊1）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。3微分(D)控制：在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）。成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)：其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的”作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前，接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引人“比例，即在誤差”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。4．采樣周期的選擇：根據(jù)采樣定理，采樣周期（T過(guò)It/w)max,從系統(tǒng)控制品質(zhì)的要求來(lái)看，希望采樣周期取小一些，這樣接近于連續(xù)控制不僅控制效果好，而且可采用模擬PID控制參數(shù)的整定方法：采樣周期的選擇還應(yīng)考慮被控對(duì)象的時(shí)間常數(shù)Tp根據(jù)以上的分析，可見(jiàn)PID算法簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)整方便，并且有一定的控的精度，所以在本項(xiàng)目中我們采用PID算法。2上2數(shù)字式PID控制算法在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于連續(xù)的模擬量不能被識(shí)別，只能通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量。以一定的采樣，周期對(duì)輸入量進(jìn)行定時(shí)采樣，得到每個(gè)采樣時(shí)刻的瞬時(shí)值。當(dāng)采樣周期比較短時(shí)，用求和代替積分、用后項(xiàng)差分代替微分，使模擬PID離散化變?yōu)椴罘址匠?。?shù)字式pm控制算法有兩種1數(shù)字式pm位置型控制算法為了便于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，可將積分項(xiàng)與微分項(xiàng)做如下處理見(jiàn)式（22）和（23）：Je(t)dtTo乥i：0郵）（22）（23）式中，T為采樣周期，k為采樣序號(hào)。從而可得位置型控制算法如式（701=oe(i)+-2-[e(k)一e()—1川（24）式中u(k)是第K次采樣時(shí)刻計(jì)算機(jī)的輸出；其中 KOTO KOD 稱(chēng)為積分系數(shù)；KD ，稱(chēng)為微分系數(shù)。T2．?dāng)?shù)字PID增量型控制算法所謂增量式PID是指數(shù)字控制器的輸出是控制器的增量厶u(K),當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量（例如驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)）時(shí)，應(yīng)采用增量式PID控制。根據(jù)遞推原理，可得增量式PID控制算法式(ㄥ5)。Au(k)u(k)-u(k-1)其中KP為比例增益,K為積分時(shí)間常數(shù),K。為微分時(shí)間常數(shù)。2.2PID控制器的選擇控制系統(tǒng)的屬性由技術(shù)過(guò)程和機(jī)器條件決定。因此,為了獲得良好的控制效果,必須選擇最適用的系統(tǒng)控制器。1連續(xù)控制器、開(kāi)關(guān)控制器;(1)連續(xù)控制器,輸岀一個(gè)線性(模擬)數(shù)值。(2)開(kāi)關(guān)控制器,輸出一個(gè)二進(jìn)制(數(shù)寧)數(shù)值。2凅定值控制器:使用設(shè)定固定數(shù)值進(jìn)行的過(guò)程控制,只是偶爾」修改一下參考變量,過(guò)程偏差的控制。3·級(jí)聯(lián)控制器:控制器串行連接控制。第一個(gè)控制器(主控制器)決定了串行控制器(從控制器)的設(shè)定點(diǎn),或者根據(jù)過(guò)程變量的實(shí)際錯(cuò)誤影響器設(shè)定點(diǎn)。一個(gè)級(jí)聯(lián)控制器的控制性能可以使用其它的過(guò)程變量加以改進(jìn)。為此,可以為主控制變量添加一個(gè)輔助過(guò)程變量PV2(主控制器spu的輸出)。主控器可以將過(guò)穆變量pⅥ施加給設(shè)定點(diǎn)spli并且可以調(diào)整SP2,以便盡可能快地到達(dá)目標(biāo),而沒(méi)有過(guò)調(diào)節(jié)。級(jí)聯(lián)控制器如圖2,1所示。主主控制器伺服控制器十?dāng)_變量圖級(jí)聯(lián)控制器4．混合控制器；混合控匍器是指根據(jù)每個(gè)被控組件所需要的設(shè)定點(diǎn)總數(shù)量，來(lái)計(jì)算總叩數(shù)量的一種控制結(jié)構(gòu)。在此，混合系數(shù)FAC的和必須為”。混合控制器如圖22所示。LMNISP《 SPI冬22混合控制器LMNSSP圖“比例控制器，．比例控制器；可以用于“兩個(gè)過(guò)程變量之間的比率”比“兩個(gè)過(guò)程變量的絕對(duì)數(shù)值”重要的場(chǎng)入。比例控匍器如圖23所示。6多級(jí)控制器：主要有二級(jí)和三級(jí)控的器。一個(gè)二級(jí)控匍器只能采集兩個(gè)輸出狀態(tài)〔例如，開(kāi)和關(guān)）。典型的控制為：一個(gè)加熱的系統(tǒng)，通過(guò)繼電器輸出的脈沖寬度調(diào)制。一個(gè)三級(jí)控制器只能采集到三個(gè)具體的輸出狀態(tài)。我們需要區(qū)分：“脈沖寬度調(diào)制”（例如，加熱·冷卻，加熱關(guān)機(jī)·冷卻〕和“使用集成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的步進(jìn)控制”（例如，左停止．右）之間的區(qū)別。23連續(xù)調(diào)節(jié)功能SFB41/FB41"CONTc”s刪417FB41"CONTc”（連續(xù)控制器）用于在SIMATICS7可編程控制器上，控制帶有連續(xù)輸入和輸出變量的工藝過(guò)程。在參數(shù)分配期間，用戶(hù)可以激活或取消激活PID控制器的子功能，以使控制器適合實(shí)際的工藝過(guò)程。通過(guò)參數(shù)賦值工具，可以很容易地做到這一點(diǎn)：調(diào)用：start>SIMATIC>STEP7>PD控制參數(shù)賦值?？梢允褂每刂破髯鳛閱为?dú)的PID定點(diǎn)控制器或在多循環(huán)控制中作為級(jí)聯(lián)控制器、混合控制器和比例控制器使用。控制器的功能基于帶有一個(gè)模擬信號(hào)的采樣控制器的PID控制算法，如果必要的話(huà)，可以通過(guò)脈沖發(fā)送器(EPüLSEGN)進(jìn)行擴(kuò)展，以產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制的輸出信號(hào)，來(lái)控制比例執(zhí)行機(jī)構(gòu)的兩個(gè)或三個(gè)步進(jìn)控制器。除了設(shè)定點(diǎn)操作和過(guò)程數(shù)值操作的功能以外，s41／FB耵（CONT.一0可以使用連續(xù)的變量輸出和手動(dòng)影響控制數(shù)值選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的pm控制器。下面是關(guān)于SFB41/FB41(CONT0詳細(xì)的子功能說(shuō)明：1．設(shè)定值分支設(shè)定值以浮點(diǎn)數(shù)格式輸人到spNT輸人端。過(guò)程變量分支可以在外圍設(shè)備佴0）中輸入過(guò)程變量，也可以以浮點(diǎn)數(shù)格式輸入。(I)CRP函數(shù)根據(jù)公式（2．6），將PVPER外設(shè)值轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù)格式．100到+100％：CRP的輸出一PVPER*10m27648(2)PVNORM函數(shù)根據(jù)公式（2刁規(guī)格化CRP的輸出：（2 PVNORM的輸出一(CRP的輸出）*四FAC+PVOFF（27）其中，PVFAC的缺省值是1，PVOFF的缺省值是0。2．誤差信號(hào)設(shè)定值和過(guò)程變量之間的差值就是誤差信號(hào)。要抑制由于可調(diào)節(jié)變量量化所引起的小幅持續(xù)振蕩（例如，在使用PULSEGEN進(jìn)行脈寬調(diào)制時(shí)），可對(duì)誤籌信號(hào)使用死區(qū)(DEADBAND)O如果DEADBw=0,則死區(qū)功能關(guān)閉。3．PID算法這里所使用的PID算法是定位PID算法。比例、積分（的和微分動(dòng)作是并行連接在一起的，可以單獨(dú)激活或取消激活。這樣便能夠組態(tài)成p、、PD和PID控制器：還可以組態(tài)成純I控制器和純D控制器。4．手動(dòng)值可以在手動(dòng)模式和自動(dòng)模式之間切換。在手動(dòng)模式下，可調(diào)節(jié)變量被修正到手動(dòng)選擇的數(shù)值。積分器〔叭的內(nèi)部被設(shè)置成LMNLMN_P_DISV,而微分單元瑪被設(shè)置成，這些都是自動(dòng)在內(nèi)部進(jìn)行匹配的。這樣，切換到自動(dòng)模式就不會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)值的突然變化。5．調(diào)節(jié)值使用LMNLIMIT函數(shù)可以將調(diào)節(jié)值限制到所選擇的數(shù)值上。當(dāng)輸入變量超過(guò)了限制值時(shí)，通過(guò)信號(hào)位來(lái)指示。嚇NORM函數(shù)根據(jù)（2公式規(guī)格化LMNLIMIT的輸出；調(diào)節(jié)值也可以使用外設(shè)值格式。CRPOUT函數(shù)根據(jù)公式（29）將浮點(diǎn)數(shù)儲(chǔ)IN轉(zhuǎn)換成外設(shè)值：LMN一(LMNLIMIT的輸出尸LMNFAC+L乁岱OFF08）其中，LFAC的缺省值是1,而嚇OFF的缺省值是 LMNPER—LMN十100／27648 （26．前饋控的可以在DISV輸入端前饋一個(gè)干擾變量。7．模式完全重啟動(dòng)/重啟動(dòng)FB"CONTC"有一個(gè)完全重啟動(dòng)例行程序，當(dāng)置位輸入?yún)?shù)COMRST=ntTE時(shí)執(zhí)行。在啟動(dòng)期間，積分器內(nèi)部被設(shè)置成初始值當(dāng)在周期性中斷優(yōu)先級(jí)中調(diào)用積分器時(shí)，它便從這個(gè)數(shù)值開(kāi)始，繼續(xù)工作：所有其它輸出都被設(shè)置成各自的缺省值。8．出錯(cuò)信息此功能塊內(nèi)部并不檢查錯(cuò)誤。因此沒(méi)有使用出錯(cuò)輸出參數(shù)RETVAL第三章可編程控制器可編程邏輯控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC(ProgrammableLogicContrlooer：它使用了可編程程序的記憶以及存儲(chǔ)令，用來(lái)執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和演算等功能，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入和輸出，以控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。3.1PLC可編程控制器基礎(chǔ)3.1.1PLC的產(chǎn)生和應(yīng)用20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，由于價(jià)格高、輸入電路不匹配、編程難度大以及難于適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域中獲得推廣。1968年，美國(guó)通用汽車(chē)公司(GM)為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠、功能更齊全、響應(yīng)速度更快的新型工業(yè)控制器，并從用戶(hù)角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件，立即引發(fā)了開(kāi)發(fā)熱潮。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)美國(guó)通用汽車(chē)公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線上試用，取得很好的效果：從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)：隨著PLC的功能不斷完善，性?xún)r(jià)比的不斷提高，PLC的應(yīng)用面也越來(lái)越廣。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外己經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石泔、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)．PLC的應(yīng)用范圍通?？煞譃殚_(kāi)關(guān)邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)穆控制、機(jī)械加工中的數(shù)字控制、機(jī)器人控制、通信和聯(lián)網(wǎng)等。3．1.2PLC可編程控制器的組成和工作原理PLC從組成形式上一般分為整體式和模塊兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本相同，無(wú)論是整體式還是模塊式，從硬件結(jié)構(gòu)看，PLC都是由存儲(chǔ)器，耵0接口單元及擴(kuò)展接口擴(kuò)展部件、外設(shè)接口及外設(shè)和電源等部分組成，各部分之間通過(guò)系統(tǒng)總線連接。PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖31所示．1℃PU〔中央處理器〕“耵是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，主要由運(yùn)算器、控制器，寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成。它的功能是接收并存貯用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等，是PLC不可缺少的組成單元。主要功能包括以下幾個(gè)方面．存儲(chǔ)單元輸入接口中央處理單元CPU輸出接凵電源圖3IPLC的基本結(jié)構(gòu)圖（0接收從編程器或者計(jì)算機(jī)輸入的程序和數(shù)據(jù)，并送人用戶(hù)程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。監(jiān)視電源、PLC內(nèi)部各個(gè)單元電路的工作狀態(tài)。診斷編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤，對(duì)用戶(hù)程序進(jìn)行編譯。在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，并分析、執(zhí)行該指令：采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)，并存入指定的寄存器中。按程序進(jìn)行處理，估計(jì)運(yùn)算結(jié)果，史新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容。根據(jù)輸出狀態(tài)或數(shù)據(jù)寄存器的有關(guān)內(nèi)容，將結(jié)果送到輸出接口。響應(yīng)中斷和各種外圍設(shè)備（如編程器，打印機(jī)等）的任務(wù)處理請(qǐng)求。2耵0接口PLC是通過(guò)各種工℃接口模塊與外界朕系的，按耵0點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，VO模塊可多可少，但其最大數(shù)受所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或機(jī)架數(shù)限制：I/O模塊集成了PLC的0電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。PLC的對(duì)外功能主要是通過(guò)各種耵0接口模塊與外界聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊式PLC與現(xiàn)場(chǎng)耵0裝置或設(shè)備之間的連接部件，起著PLC與外部設(shè)備之間的傳遞信息的作用。VO模塊分為開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸入和模擬量輸出等模塊：3存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器（內(nèi)存）主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是LC不可缺少的組成單元。一般包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶(hù)程序存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控程序，一般采用只讀，存儲(chǔ)器(ROM),只有掉電不丟失信息的程序，早期一般采用隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器巛M），需要后備電池在掉電后保存程序：目前則傾向于采用電可擦除的只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)或閃存(Flash，免去了后備電池的麻煩。4．電源模塊PLC的電源是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。電源可分為直流和交流兩種類(lèi)型，交流輸入220VAC或110VAC，直流輸入通常是24v。5智能模塊除了上述通用的VO模塊外，PLC還提供了各種各樣的特殊VO模塊，如熱電阻、熱電偶、溫度控制，中斷控制，位置控制、以太網(wǎng)、遠(yuǎn)程VO控制、打印機(jī)等專(zhuān)用型或智能型的耵0模塊，用以滿(mǎn)足各種特殊功能的控制要求。1/0模塊的類(lèi)型、品種與規(guī)格越多，系統(tǒng)的靈活性越好，模塊的VO容量越大，系統(tǒng)的適應(yīng)性就越強(qiáng)。巧編程設(shè)備常見(jiàn)的編程設(shè)備有簡(jiǎn)易手持編程器、智能圖形編程器和基于pc的專(zhuān)用編程軟件：編程設(shè)備用于輸入和編輯用戶(hù)程序，對(duì)系統(tǒng)作些設(shè)定，監(jiān)控PLC及PLC所控的的系統(tǒng)的各種狀況、編程設(shè)備在PLC的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試、監(jiān)控運(yùn)行和檢查維護(hù)中是小可缺少的部件，但不直接與現(xiàn)場(chǎng)的控制。PLC本質(zhì)上就是一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，其工作原理與普通計(jì)算機(jī)類(lèi)似，具有計(jì)算機(jī)的許多特點(diǎn)。但其工作方式卻與計(jì)算機(jī)有著較大的不同，具有一定的特殊性：PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，工作時(shí)逐條順序掃描用戶(hù)程序，如果一個(gè)線圈按通或斷開(kāi)，該線圈的所有觸電不會(huì)立即動(dòng)作，需等掃描到該觸電時(shí)才會(huì)動(dòng)作：3上3PLC可編程控制器的分類(lèi)及特點(diǎn)根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類(lèi)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。還可以按1/0點(diǎn)數(shù)分類(lèi)，根據(jù)PLC的LIO點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型、大型和超大型些類(lèi)：（的LIO點(diǎn)數(shù)在2以下為小型PLCVO點(diǎn)數(shù)在256一1024為中型PLCVO點(diǎn)數(shù)大于1024為大型PLCLIO點(diǎn)數(shù)在4000以上為超大型PLC可編程控制器有可靠性高、編程簡(jiǎn)單易學(xué)，功能強(qiáng)、安裝簡(jiǎn)單、維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)、接口模塊豐富、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試，周期短等特點(diǎn)。第四章PLC硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在掌握了PLC的硬件組成、工作原理、指令系統(tǒng)以及編程環(huán)境后，就可以PLC作為主要控制器來(lái)構(gòu)造PLC控制系統(tǒng)。本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)角度，介紹該項(xiàng)目的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、PLC的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)以及PLC控制器的設(shè)計(jì)和參數(shù)的整定。4.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟弄懂PLC的基本工作原理和指令系統(tǒng)后，就可以把PLC應(yīng)用到實(shí)際的工程項(xiàng)目中：無(wú)論是用PLC組成集散控制系統(tǒng)，還是獨(dú)立控制系統(tǒng)，PLC控制部分的設(shè)計(jì)都可以按照?qǐng)D4]所示的步驟。4．凵PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象（生產(chǎn)設(shè)各或生產(chǎn)過(guò)程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及很多方面，其中最基本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為4點(diǎn)：1設(shè)計(jì)原則o〕完整性原則。最大限度的滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或機(jī)械設(shè)備的控制要求。（2〕可靠性原則，確保計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性。（3〕經(jīng)濟(jì)型原則。力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、合理。發(fā)展性原則。適當(dāng)考慮生產(chǎn)發(fā)展和工藝改進(jìn)的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。2評(píng)估控制任務(wù)根據(jù)系統(tǒng)所完成的控制任務(wù)，對(duì)被控對(duì)象的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，特別是從以下幾個(gè)方面給予考慮。（1)控制規(guī)模一個(gè)控制系統(tǒng)的控制規(guī)?？捎迷撓到y(tǒng)的1幻設(shè)備總數(shù)來(lái)衡量。當(dāng)控制規(guī)模較大時(shí)，特別是開(kāi)關(guān)量控制的I／O設(shè)備較多時(shí)，最適合采用PLC控制。工藝復(fù)雜程度當(dāng)工藝要求較復(fù)雜時(shí)，采用PLC控制具有更大的優(yōu)越性?？煽啃砸竽壳?，當(dāng)1/0點(diǎn)數(shù)在20甚至更少時(shí)，就趨向于選擇PLC控制了。數(shù)據(jù)處理速度若數(shù)據(jù)處理穆度較低，而主要以工業(yè)工程控制為主時(shí)，采用PLC控制將非常適宜。圖4lPLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟41.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包扌舌硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。所謂硬件設(shè)計(jì)，是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)，而軟件設(shè)計(jì)即PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分以下5步進(jìn)行：1熟悉被控對(duì)象深入了解被控系統(tǒng)是設(shè)計(jì)控匍系統(tǒng)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)人員必須深入現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)真調(diào)查研宄，收集資料，并于相關(guān)技術(shù)人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題。這一階段必須對(duì)被控對(duì)象所有功能全面的了解，對(duì)對(duì)象的各種動(dòng)作及動(dòng)作時(shí)序，動(dòng)作條件、必要的互鎖與保護(hù)；電氣系統(tǒng)與機(jī)械，液壓、氣動(dòng)及各儀表等系統(tǒng)間的關(guān)系；PLC與其他設(shè)各的關(guān)系，PLC之間是否通信聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)的工作方式及人機(jī)界面：需要顯示的物理量及顯示方式等。2．硬件選擇具體包括如下：（1)系統(tǒng)0設(shè)備的選擇。輸入設(shè)備包括按鈕、位置開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及各種傳感器等。輸出設(shè)各包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等。（2）選擇PLCOPLC選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型，容量，VO模塊、電源等的選擇。(3)PLC的I/O端口分配。在進(jìn)行耵0通道分配時(shí)應(yīng)給出耵0通道分配表，表中應(yīng)包含[℃編號(hào)，設(shè)備代號(hào)、名稱(chēng)及功能等。繪制PLC外圍硬件線路圖。畫(huà)出系統(tǒng)其他部分的電氣線路圖包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。由PLC的耵0連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路己經(jīng)確定。計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及內(nèi)部輔助繼電器的地址分配。3編寫(xiě)應(yīng)用程序．根據(jù)控匍系統(tǒng)的要求，采用合適的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)PLC程序。程序要以滿(mǎn)足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。程序通常還應(yīng)包括以下內(nèi)容：（1)初始化程序。在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作。初始化程序的主要內(nèi)容有：對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)、計(jì)數(shù)器等進(jìn)行清零，對(duì)某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對(duì)某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對(duì)某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序：這鳴程序相對(duì)獨(dú)立，一般在程序設(shè)計(jì)基本完成時(shí)再添加。保護(hù)和連鎖程序。保護(hù)和連鎖是穆序中不可缺少的部分，必須認(rèn)真加以考慮。它可以避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。4程序調(diào)試程序調(diào)試分為2個(gè)階段，第一階段是模擬調(diào)試、第二階段是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。程序模擬調(diào)試是以方便的形式模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)，為程序的運(yùn)行創(chuàng)造必要的環(huán)境條件：根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同，模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。（1)硬件模擬法是使用一些硬件設(shè)備（如用另一臺(tái)PLC或一些輸入器件等）模擬產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，并將這些信號(hào)以硬件接線的方式連接到PLC系統(tǒng)的輸入端，其時(shí)效性較強(qiáng)。（2）軟件模擬法是在PLC中另外編寫(xiě)一套模擬程序，模擬提供現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，其簡(jiǎn)單易行，但時(shí)效性不易保證。模擬調(diào)試中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。當(dāng)控制臺(tái)及現(xiàn)場(chǎng)施工完畢，程序模擬調(diào)試完成后，就可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，虹不能滿(mǎn)足要求，須重新檢查程序和接線，及時(shí)更正軟硬件方面的問(wèn)題。5編寫(xiě)技術(shù)文件技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、硬件原理圖、安裝原理圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序以及亻吏用說(shuō)明書(shū)等。4．2PLC的選型與硬件配置4．2．1PLC型號(hào)的選擇本液位控制系統(tǒng)選擇德國(guó)西門(mén)子公司的·300系列的PLCOS7．300屬于中小型的PLC，本機(jī)自帶RS．485通信接凵、內(nèi)置電源和[℃接口。4．2．2S7．300CPI-T的i扌畢S7．300系列的CPt》有：CPU32C，313C，313C．P伊314C．2DP，35．2DP，316·2DP，317．2DP和CPU318．2DP等諸多類(lèi)型。此系統(tǒng)選用S7300314C．2DP，U314C．2DP集成了24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出，共有40個(gè)數(shù)字量耵0輸出。可連接7個(gè)擴(kuò)展塊，并自帶2個(gè)串口。內(nèi)部使用MCC卡作為其裝載存儲(chǔ)器。55注；I電源模塊2后備電池324vDC連接器4模式開(kāi)關(guān)5狀態(tài)和故障指示燈存儲(chǔ)器卡7MPI多點(diǎn)接目8前連接器9前蓋圖42西門(mén)子S7一300LC組成結(jié)構(gòu)圖4．2．3sM322數(shù)字量輸出模塊在本設(shè)計(jì)中我們采用的是sM322數(shù)字量輸出塊，sM322具有16個(gè)輸出點(diǎn)，帶隔離，8點(diǎn)為一組，輸出電流是·5A，額定負(fù)載電壓是24VD巳4．3耵0點(diǎn)分配該液位控制系統(tǒng)中耵0點(diǎn)分配表4過(guò)如表所示．表“YO點(diǎn)分配表輸入觸電功能說(shuō)明輸出觸電功能說(shuō)明10啟動(dòng)按鈕運(yùn)行指示燈（綠）102停止按鈕Q0．]運(yùn)行指示燈（紅）4．4PLC控制器的設(shè)計(jì)控制器的設(shè)計(jì)是基于模型控匍設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的一步。首先要根據(jù)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計(jì)要求，@定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對(duì)象的連接方式。然后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值．4．4.1控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立本液位控制系統(tǒng)中，壓力液位傳感器將檢測(cè)到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng)過(guò)與設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較后，得到偏差，此偏差送入PLC控制器按PID算法進(jìn)行修正，從而控制鍋爐的液位。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4．3所示，方框圖如圖4．4所示控制系統(tǒng)方框圖中，R（s〕為設(shè)定液位的拉氏變換式汪（s）為偏差的拉氏變換式：GCS為控的器的傳遞函數(shù)；Gos為廣義對(duì)象，即控制閥，對(duì)象控制通道，測(cè)量變送裝置三個(gè)環(huán)節(jié)的合并；PP圖43控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該液位控制系統(tǒng)是具有時(shí)滯的一階閉環(huán)系統(tǒng)，傳遞函數(shù)見(jiàn)公式（4的G（S）To+1式（4．1）中，Ko為對(duì)象放大系數(shù)；To為對(duì)象時(shí)間常數(shù)以為對(duì)象時(shí)滯。因此式（42）Au〔4·2）由階躍響應(yīng)法求得，Ko=0.5,To：2分鐘，r=08分鐘。R（S）+圖44控制系統(tǒng)方框圖4．4．2PID參數(shù)整定之前我們介紹了PID的控制算法，那么該液位控制系統(tǒng)就己經(jīng)確定了。在系統(tǒng)投運(yùn)之前，還需要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。因?yàn)镻ID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大?。簆m控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類(lèi)：一是理論計(jì)算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴(lài)工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。上述三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過(guò)試驗(yàn)然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控匍器參數(shù)進(jìn)行整定：但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。在本設(shè)計(jì)中我們采用經(jīng)驗(yàn)整定法來(lái)整定控制器的參數(shù)值。下而介紹方法步驟。經(jīng)驗(yàn)整定法實(shí)質(zhì)上是一種試湊法，它是在生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的行之有效的方法，并在現(xiàn)場(chǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。這種方法的基本程序是先根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，并將系統(tǒng)投人閉環(huán)運(yùn)行，然后人為的加入階躍擾動(dòng)（如改變調(diào)節(jié)器的給定值），觀察被調(diào)量或調(diào)節(jié)器輸出的階躍響應(yīng)線。若認(rèn)為控制質(zhì)量不滿(mǎn)意，則根據(jù)各整定參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響改變調(diào)節(jié)器參數(shù)。這樣反復(fù)試驗(yàn)，直到滿(mǎn)意為止。由于比例作用是最基本的控匍作用，經(jīng)驗(yàn)整定法主要通過(guò)調(diào)整比例度6的大小來(lái)滿(mǎn)足質(zhì)量指標(biāo)：整定途徑有以下兩條：先用單純的比例(p)作用，即尋找合適的比例度&將人為干擾后的過(guò)渡過(guò)程調(diào)整為4．1的衰減振蕩過(guò)程。然后再加入積分(1)作用，一般先取積分時(shí)間TI為衰減振蕩周期的一半左右：由于積分作用將使衰減振蕩儷劇，在加人的積分作用之前，要先衰減比例作用，通常把比例度增大10％、20％。調(diào)整積分時(shí)間的大小，直到出現(xiàn)4．1的衰減振蕩。需要時(shí)，最后加人微分(D)作用，即從零開(kāi)始，逐漸加大微分時(shí)間TD，由于微分作用能抑匍振蕩，在加入微分作用之前，可以把積分時(shí)間也縮短一些。通過(guò)微分時(shí)間的湊試，使過(guò)渡時(shí)間最短，超調(diào)量最小。先根據(jù)表選取積分時(shí)間T《和TD，通常取TD：（03一〕然后對(duì)比例度8進(jìn)行反復(fù)湊試，直到得到滿(mǎn)意的結(jié)果．如果開(kāi)始T《和TD設(shè)置的不合適，則有可能得不到要求的理想曲線。這時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整TI和TD，再重復(fù)湊試，使曲線最終符合控制要求。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)整定參數(shù)，對(duì)于壓力控制系統(tǒng)p在30，`，60％之間；I在30一90s之間：D在30以下。

第五章PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，上一章己經(jīng)詳細(xì)的介紹了本項(xiàng)目的硬件設(shè)計(jì)：本章在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將詳細(xì)介紹本項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本步驟、方法，編程軟件STP7的介紹以及本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)程序。5.1PLC程序設(shè)計(jì)方法編寫(xiě)PLC程序的方法很多，這里主要介紹幾種典型的編程方法。1圖解法編程圖解法是靠畫(huà)圖進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的主要有梯形圖法、邏輯流程圖法、時(shí)序流程圖法和步進(jìn)順序法。2梯形圖法梯形圖法是用梯形圖語(yǔ)言去編程PLC程序：這是一種模仿繼電器控制系統(tǒng)的編程方法，其圖形甚至元件名稱(chēng)都有繼電器電路十分相似。這種方法很容易地把原繼電器控制電路移植成PLC的梯形圖語(yǔ)言。這對(duì)于熟悉繼電器控制的人來(lái)說(shuō)是最方便的一種編程方法。3邏輯流程圖法邏輯流程圖法是用邏輯框圖表示PLC程序的執(zhí)行過(guò)程，反映輸入與輸出地關(guān)系：邏輯流程圖會(huì)使整個(gè)程序脈絡(luò)清晰，便于分析程序控制，查找故障點(diǎn)及調(diào)試和維修程序。4．時(shí)序流程圖法時(shí)序流程圖法是首先畫(huà)出控制系統(tǒng)的時(shí)序圖（即到某一個(gè)時(shí)間應(yīng)該進(jìn)行哪項(xiàng)控制的控制時(shí)序圖再根據(jù)時(shí)序關(guān)系畫(huà)出對(duì)應(yīng)的控制任務(wù)的程序時(shí)序框圖，最后把框圖與成PLC程序。這種方法很適合以時(shí)間為基準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的編程方法。，．步進(jìn)順控法步進(jìn)順控法是在順控指令的配合設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制程序：一般比較復(fù)雜的程序都可以分成若干個(gè)功能比較簡(jiǎn)單的程序段，一個(gè)程序可以看成整個(gè)控制過(guò)程的一步。6經(jīng)驗(yàn)法編程經(jīng)驗(yàn)法是運(yùn)用自己的或者別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。多數(shù)是設(shè)計(jì)前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗(yàn)程序”。結(jié)合自己工程的情況，對(duì)這些“試驗(yàn)程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。7計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是通過(guò)PLC編程軟件（比如STEP7）在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等：使用編程軟件可以很方便的在計(jì)算機(jī)上離線或在線編程，在線調(diào)試，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序的存取，加密以及形成EXE文件。5．2編程軟件STEP7概述STEP7編程軟件用于西門(mén)子系列工控產(chǎn)品包括SIMATICS7、M7、C7和基于pc的WinAC，是供它們編程，監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。STEP7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、濞試、啟動(dòng)和維護(hù)，文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標(biāo)打開(kāi)或選中某一對(duì)象，按Fl可以得到該對(duì)象的在線幫助：在STEP中，用項(xiàng)目來(lái)管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。衛(wèi)p7用SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATICS7、MT、和WmAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STTP7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在下p7中。5．2.1S7p7的操作步驟ISI衛(wèi)P7V5．4功能及結(jié)構(gòu)STEP是用于對(duì)sniATIC可編程邏輯控制器進(jìn)行組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。匕產(chǎn)匚SIMA"HC工業(yè)軟件的組成部分：2．衛(wèi)p控制PID基本步驟（1）啟動(dòng)STEP啟動(dòng)Windows以后，將光標(biāo)選中SIMATICManager這個(gè)圖標(biāo)，并雙擊。打開(kāi)SIMA"HC管理器窗口：從這里，你可以訪問(wèn)你所安裝的標(biāo)準(zhǔn)模塊和選擇模塊的所有功厶匕SIMATIC管理器用于基本的組態(tài)和編程。SIMATIC管理器具有下列功能：建立項(xiàng)目，硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)定，組態(tài)硬件網(wǎng)絡(luò)，編與程序，編輯、調(diào)試程序。與WindowsExplorer的文件夾和文件的結(jié)構(gòu)相同，sne1ATIC管理器可以在的項(xiàng)目和庫(kù)中顯示對(duì)象等級(jí)。如圖5]為一個(gè)對(duì)象等級(jí)分支圖。(l)jiji目對(duì)象（pect）站對(duì)象atl編程模塊對(duì)象（promodule）S7／M7程序?qū)ο螅▉Yprogram)源文件文件夾對(duì)象（s。urcefiles)塊文件夾對(duì)象（b№cks）0h030圜訂T芘3的站點(diǎn)訐L引一2o程序〔1〕閽文件圖蹣對(duì)象等級(jí)分支圖生成工程項(xiàng)目進(jìn)入s值c管理器，窗口如左下圖所示，點(diǎn)擊NEXT進(jìn)入下一步進(jìn)入建立過(guò)程控制系統(tǒng)項(xiàng)目所示窗口，選擇CPU型號(hào)為31402D乁建I地址為2（這是為了以后建立與MCGS通訊而設(shè)置），點(diǎn)擊下一個(gè)。在下一個(gè)窗凵選擇CPU所必須的組織塊OBIO并輸人要建立工程的名稱(chēng)，點(diǎn)擊石m這時(shí)候生成如圖5．2所示的工程名為PLC過(guò)程控制的工程項(xiàng)目窗口。o釅r03C：0足了F支le\5Le?enskStep1\s7projVSI_P了囤3擎r們o鬧蕊3到蚣點(diǎn)們圖52PLC過(guò)程控制的工程項(xiàng)目窗口編程PID控制模塊圖在窗口左邊樹(shù)形項(xiàng)目結(jié)構(gòu)中點(diǎn)擊blocks文件夾，在右邊窗口點(diǎn)擊右鍵，再選中插入新模塊生成新的組織塊。圖53衛(wèi)ID控制模塊在右邊窗口再創(chuàng)建一個(gè)連續(xù)pm功能塊耵，并隨之色建一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊DB6，在DB36的創(chuàng)建對(duì)話(huà)框中選擇數(shù)據(jù)塊為instanceblock（背景數(shù)據(jù)塊），并選擇作為刪41的背景數(shù)據(jù)塊：之后在組織塊的編程窗凵中插入如圖53所示的PID控制模塊。圖中key-I對(duì)應(yīng)符號(hào)表中的全局變量，其在CPU內(nèi)對(duì)應(yīng)的地址為MO.I（見(jiàn)下面地址編輯部分）。cont-c是組織塊調(diào)用的功能塊41，其數(shù)據(jù)存放在單獨(dú)的，被指定給該功能塊的數(shù)據(jù)塊DB6中。如果要設(shè)置功能塊中各參數(shù)的初始值，可打開(kāi)數(shù)據(jù)塊DB6,并在菜單欄的v代w選項(xiàng)中選擇dataview，便可在實(shí)際值一欄中設(shè)置個(gè)變量的初始值了。把刪唱的MANON設(shè)為FALSE,DSEL、COMRST設(shè)為cycle設(shè)為3s，GA為比例系數(shù)，為積分系數(shù)，TD為微分系數(shù)，其余為默認(rèn)值；把FB43的PER設(shè)為3s，pB設(shè)為200ms，RATIOFAC設(shè)為液位比例系數(shù)，s、乁ON、COMRST為T(mén)RUE,cycle為looms,其余為默認(rèn)值：利用FB41和FB43功能塊形成的PID控制器可以很好的控匍液位。對(duì)于控制器中的比例系數(shù)，積分系數(shù)，微分系數(shù)采取在線調(diào)整。接下來(lái)就要給PID控制模塊的各個(gè)參數(shù)編輯地址了。p7有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的符號(hào)表，表內(nèi)定義的都是全局變量，可供所有的塊使用。（4）組態(tài)硬件創(chuàng)建了一個(gè)有SIMATIC站的項(xiàng)目，就可以組態(tài)硬件了。這些組態(tài)數(shù)據(jù)以后可以通過(guò)下載(downloading)傳送到可編程控制器。在開(kāi)始處打開(kāi)的sniATICManager及gettmgstarted"項(xiàng)目。打開(kāi)sniATIC300STATION文件夾雙擊hara硬件）符號(hào)。進(jìn)入"HwConfig”窗口如圖4所示：在左邊樹(shù)形目錄中找到一個(gè)電源模版Ps3072A，將該模版拖至1號(hào)槽。同樣，查找數(shù)字量輸出模版SM32厶將它插入4號(hào)槽，3號(hào)槽空著，作為與其它CPU通訊用。；HConfiE -filVATTC姑點(diǎn) 司回岡以，00點(diǎn)（祝置） 57P'02501Cru314C—Z蘆00i10#1固“[懼址CTu311匚2e《3GCG03T「]「「圖5組態(tài)硬件53軟件程序設(shè)計(jì)53．飛設(shè)計(jì)思路PLC運(yùn)行時(shí)，將液位設(shè)定值，PID參數(shù)值等，存人有關(guān)的數(shù)據(jù)寄存器，使定時(shí)器復(fù)位；按啟動(dòng)按鈕系統(tǒng)開(kāi)始液位采樣采樣，周期為10秒；壓力傳感器把所量的壓力進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，模擬量輸入通道通過(guò)讀入模擬量送人PLC;經(jīng)過(guò)程序計(jì)算后得出實(shí)際濞量的壓力p，將p和初始設(shè)定值相比較，根據(jù)偏差計(jì)算調(diào)整量，發(fā)出條件命令。5．3．2控制程序流程圖開(kāi)始綠燈亮》系統(tǒng)運(yùn)五調(diào)節(jié)D模塊p]D輸屮轉(zhuǎn)換成占空比定時(shí)器控制上水時(shí)液位當(dāng)前值和設(shè)定等顯示圖55控制程序流程圖53．3梯形圖程序在網(wǎng)絡(luò)1程序中，10.1和102分別是啟動(dòng)和停讓按鈕，．0和Q0分別是系統(tǒng)運(yùn)行指示燈（綠燈）和系統(tǒng)停止指示燈（紅燈）。如圖5巧所示。在網(wǎng)絡(luò)2程序中，直接調(diào)用了編程軟件自帶的子程序，即就是用PID指令向?qū)Ь幊?。上面的指令中，PV1為反饋值，也就是壓力液位傳感器檢測(cè)到的當(dāng)前壓力值送入PID模塊后輸出地模擬電壓值A(chǔ)TWOSetpointR為設(shè)定值。如圖，．7所示。每個(gè)PID回路都有兩個(gè)輸人變量，給定值sp和過(guò)程變量PVO執(zhí)行PID指令前必須把它們轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)。即先把整數(shù)值轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)型實(shí)數(shù)值，冉把實(shí)數(shù)值進(jìn)行歸一化處理，使其為00回℃之間的實(shí)數(shù)。歸一化的公式見(jiàn)式（5過(guò)）斯一(R/S+M)（50式中，斯為標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值；R為未標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)值；M為偏置，單極性為00，雙極性為0，；s為值域大小，為最大允許值減去最小允許值，單極性為32000，雙極性為64000。在本項(xiàng)目中，R一100，即就是設(shè)定液位為loon皿，s一32000，M司．0，所以按照歸一化公式RI一10m320000一003125，即Setpoint_R為0℃3125。啟卻J,綠燈亮停止，紅燈亮圖圖56啟動(dòng)停止程序．證用PIDIWA圖調(diào)用ID子程序網(wǎng)絡(luò)3的程序功能是把p回路輸出轉(zhuǎn)換成占空比。 回路的輸出PIDOutput為00、01之間的實(shí)數(shù)值，并且設(shè)置采樣時(shí)間為10秒，所以第一個(gè)指令MULR中NT2為1000。ROUND是將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換成雙整數(shù)，DI1是將雙整數(shù)轉(zhuǎn)換成整數(shù)。、和vW4分別是采樣周期內(nèi)的上水時(shí)間和非上水時(shí)間。圖圖50輸出轉(zhuǎn)換成占空比程序圖59定時(shí)器控制上水時(shí)間網(wǎng)絡(luò)4的程序功能是用了兩個(gè)100ms的定時(shí)器來(lái)控制上水時(shí)間．網(wǎng)絡(luò)，的程序功能是為了在計(jì)算機(jī)上通過(guò)衛(wèi)p7編程軟件顯示當(dāng)前液位和設(shè)定值的程序。滾滾立當(dāng)前值和顯示值圖510液位值顯示5．3．4pm指令向?qū)У倪\(yùn)用STEP7提供了PIDWizard(PID指令向?qū)В?，可以幫助用?hù)方便地生成一個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程的PID算法。此向?qū)Э梢酝瓿山^大多數(shù)pm運(yùn)算的自動(dòng)編程，用戶(hù)只需在主程序中調(diào)用pm向?qū)傻淖映绦?，就可以完成pm控制任務(wù)。ID向?qū)Ъ瓤梢陨赡M量輸出PID控制算法，也支持開(kāi)關(guān)量輸出；既支持連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，也支持手動(dòng)參與控制一本項(xiàng)目程序中正好運(yùn)用了STEP7軟件自帶的PID指令向?qū)В簭亩沟贸绦蚝?jiǎn)單易懂，同時(shí)也達(dá)到了控制要求。第六章在MCGS上位機(jī)上監(jiān)控PID控制程序運(yùn)行MCGS是一套基于Windows操作系統(tǒng)可用來(lái)快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件包。它為用戶(hù)提供了從設(shè)各驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)表輸出等解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和操作工具。MCGS組態(tài)軟件具有多任務(wù)、多線程功能，其系統(tǒng)框架采用VC編程，通過(guò)OLE技術(shù)向用戶(hù)提供VB編程接口，提供豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)件、動(dòng)畫(huà)構(gòu)件，策略構(gòu)件，用戶(hù)可隨時(shí)方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)的功能。它的主要特點(diǎn)如下：（1)豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，通過(guò)ActiveDLL把設(shè)備驅(qū)動(dòng)掛接在系統(tǒng)中，配置簡(jiǎn)單、速度快、可靠性高。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能：MCGS強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能可把TCP/IP網(wǎng)、4呂5／422/423網(wǎng)、MOdem網(wǎng)結(jié)合在一起構(gòu)成大型的監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。開(kāi)放的OLE接口。MCGS以O(shè)LE自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)的開(kāi)放式擴(kuò)充接口允許用戶(hù)使用VB來(lái)快速編制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，動(dòng)畫(huà)構(gòu)件和各種策略構(gòu)件，通過(guò)OLE接口，用戶(hù)可以方便地定制自己特定的系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：圖5IMCGS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖MCGS組態(tài)軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩大部分，用戶(hù)所有組態(tài)配置過(guò)程都是在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行的，用戶(hù)組態(tài)后可生成一個(gè)“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)，文件。MCGS運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它能按照“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)”中的組態(tài)方式進(jìn)行各種處理，完成用戶(hù)組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。多任多任務(wù)多線程MCGS系統(tǒng)整體框圖．構(gòu)建動(dòng)畫(huà)圖62MCGS系統(tǒng)整體框圖6．2建立一個(gè)MCGS組態(tài)PID系統(tǒng)該液位控制系統(tǒng)是由上位機(jī)MCGS和S7-PLC兩部分組成。上位機(jī)由些個(gè)畫(huà)面組成：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，歷史數(shù)據(jù)記錄，運(yùn)行動(dòng)畫(huà)和通訊狀態(tài)。MCGS通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與外部設(shè)各進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設(shè)備指令。下位機(jī)由S7-300PLC構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位數(shù)據(jù)的采集和控制。S7-300PLC是利用Rs485與組態(tài)軟件MCGS進(jìn)行通訊的：MCGS負(fù)責(zé)在運(yùn)行環(huán)境中調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)據(jù)傳送到工程中的各個(gè)部分。完成整個(gè)系統(tǒng)的通訊過(guò)程。1上下位機(jī)組成結(jié)構(gòu)圖圖63上下位機(jī)組成結(jié)構(gòu)冬2運(yùn)用MCGS建立系統(tǒng)過(guò)程（1)工程建立巛標(biāo)單擊文件菜單中“新建工程”選項(xiàng)，在文件名一欄內(nèi)輸入“水位控制系統(tǒng)”，點(diǎn)擊“保存”按鈕，工程創(chuàng)建完畢：建立畫(huà)而：在“用戶(hù)窗口"中單擊“新建窗口"按鈕，建立“窗口"。在“窗口屬性設(shè)置”中將窗口名稱(chēng)改為：水位控制：窗口標(biāo)題改為：水位控制編輯畫(huà)面：選中“水位控制"窗口圖標(biāo)，單擊“動(dòng)畫(huà)組態(tài)"，進(jìn)入動(dòng)畫(huà)組態(tài)窗口，開(kāi)始編輯畫(huà)面。定義數(shù)據(jù)對(duì)象實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是MCGS工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對(duì)象是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程也就是定義數(shù)據(jù)對(duì)象的過(guò)穆。定義數(shù)據(jù)對(duì)象分為四個(gè)步驟：是單擊工作臺(tái)中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”窗口標(biāo)簽，進(jìn)人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)窗口頁(yè)；二是單擊“新增對(duì)象”按鈕，在窗口的數(shù)據(jù)對(duì)象列表中，增加新的數(shù)據(jù)對(duì)象；三是雙擊選中對(duì)象，打開(kāi)“數(shù)據(jù)對(duì)象屬性設(shè)置”窗口；些是修改對(duì)象名稱(chēng)：在對(duì)象內(nèi)容注釋輸入框內(nèi)輸入注釋。動(dòng)畫(huà)連接：由圖形對(duì)象搭制而成的圖形畫(huà)面是靜止不動(dòng)的，需要對(duì)這些圖形對(duì)象進(jìn)行動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)，真實(shí)地描述外界對(duì)象的狀態(tài)變化，達(dá)到過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。MCGS實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)的主要方氵去是將用戶(hù)窗口中圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建設(shè)各設(shè)各工設(shè)各態(tài)；設(shè)各宙口薔管理@謐各0一一3一M又設(shè)各1一[模設(shè)剖S了3」酆啪0一父PID扌」敦謨備立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)屬性。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)穆中，圖形對(duì)象的外觀和狀態(tài)特征，山數(shù)據(jù)對(duì)象的實(shí)時(shí)采集值驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動(dòng)畫(huà)效果：圖圖64設(shè)各連接圖65液位組態(tài)圖設(shè)各連接首先在工作臺(tái)“設(shè)備窗口"中雙擊“設(shè)各窗口"圖標(biāo)進(jìn)入。其次點(diǎn)擊工具條中的“工具箱"〕圖標(biāo)，打開(kāi)“設(shè)各工具箱然后單擊“設(shè)各工具箱"中的“設(shè)備管理”按鈕彈出如圖64所示的窗口：最后在可選設(shè)備列表樅雙擊"PLC設(shè)編與控制流穆用，戶(hù)腳本穆序是由用戶(hù)編制的、用來(lái)完成特定操作和處理的穆序，腳本程序的編程語(yǔ)法非常類(lèi)似于普通的Basic語(yǔ)報(bào)警顯示：MCGS把報(bào)警處理作為數(shù)據(jù)對(duì)象的屬性，封裝在數(shù)據(jù)對(duì)象內(nèi)，由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)自動(dòng)處理。當(dāng)數(shù)據(jù)對(duì)象的值或狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)判斷對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)象是否發(fā)生了報(bào)警或己產(chǎn)生的報(bào)警是否己經(jīng)結(jié)束，并把所產(chǎn)生的報(bào)警信息通知給系統(tǒng)的其它部分，同時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)用戶(hù)的組態(tài)設(shè)定，把報(bào)警信息存入指定的存盤(pán)數(shù)據(jù)庫(kù)文件中：曲線顯示：MCGS共提供了五種用于趨勢(shì)曲線繪制的構(gòu)件，分別是：歷史線、實(shí)時(shí)曲線、條件曲線、相對(duì)曲線和計(jì)劃曲線：每種鹽線構(gòu)件的功能各不相同．p的控制上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面如圖66所示。圖66PID控制上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面6．3實(shí)現(xiàn)MCGS與．300的軟件通訊6．3.1概述本設(shè)備構(gòu)件用于MCGS操作和讀與西門(mén)子S7·300系列PLC設(shè)備的DB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)塊、輸入輸出、中間寄存器：MCGS通過(guò)上位機(jī)中的MPI網(wǎng)卡（如(p)和PLC上的通訊單元（通訊模塊）建立通訊連接，從而達(dá)到操作PLC設(shè)備的目的，（本設(shè)備也支持pcAdapter)，使用本構(gòu)件前，請(qǐng)先閱讀通訊單元和PLC設(shè)備的有關(guān)技術(shù)說(shuō)明書(shū)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要來(lái)正確設(shè)置通訊單元的跳線設(shè)置，選用適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵾B接乁律方式。6．2通訊硬件連接使用MCGS組態(tài)軟件和PLC通訊之前，心須保證通訊連接正確，和西門(mén)子PLC的通訊連接如下：使用西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)PC\MPI電纜通訊，進(jìn)行如圖6．6所示連接。西西0子PLC圖66西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)伊1電纜通訊連接63．3設(shè)備調(diào)試設(shè)備調(diào)試在構(gòu)件屬性窗口的“設(shè)備調(diào)試”屬性頁(yè)中進(jìn)行，以檢查和測(cè)試本構(gòu)件和PLC的通訊連接工作是否工作。本構(gòu)件對(duì)PLC設(shè)備的調(diào)試分為讀和寫(xiě)兩個(gè)部分，如在“通道連接”屬性頁(yè)中，顯示的是讀PLC通道，則在“設(shè)備調(diào)試”屬性頁(yè)中顯示的是PLC中這些指定單元的數(shù)據(jù)狀態(tài)；如在“通道連接”屬性頁(yè)中顯示的是寫(xiě)PLC通道，則在“設(shè)各調(diào)試”屬性頁(yè)，把對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到指定單元PLC中。對(duì)開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道，在對(duì)應(yīng)值一列顯示的是開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，0為表示關(guān)1為表示開(kāi)。對(duì)輸出通道，在對(duì)應(yīng)值一列中，當(dāng)用鼠標(biāo)左鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)通道的輸出狀態(tài)為，松開(kāi)鼠標(biāo)左鍵時(shí)，輸出狀態(tài)為；當(dāng)用鼠標(biāo)右鍵單擊時(shí)，對(duì)應(yīng)通道的輸出狀態(tài)交替變化（從0變?yōu)榛驈?變成結(jié)論該系統(tǒng)采用PLC、變頻器和人機(jī)界面結(jié)合，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置監(jiān)控對(duì)象，通過(guò)觸摸屏上的組態(tài)畫(huà)面就可進(jìn)行液位的設(shè)定，而且直觀動(dòng)態(tài)顯示控匍過(guò)程清晰明確，準(zhǔn)確把握系統(tǒng)當(dāng)前的各種運(yùn)行狀況，可以簡(jiǎn)化操作，大大提高系統(tǒng)監(jiān)控能力。學(xué)會(huì)使用衛(wèi)p7和MCGS等軟件，為以后進(jìn)一步深造打下基礎(chǔ)。1課題完成的主要工作是：（的解析PID控制的原理，設(shè)計(jì)液位控制系統(tǒng)用p設(shè)計(jì)p仍控制系統(tǒng)，并用PLKC實(shí)現(xiàn)PID控制器的運(yùn)行在MCGS中監(jiān)視并控制PID的輸入輸出參數(shù)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出2．在課題研究過(guò)程中，總結(jié)了以下幾點(diǎn)體會(huì)冫（0通過(guò)對(duì)p控制系統(tǒng)的分析，對(duì)pm控制理論有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，從中學(xué)到了不少解決問(wèn)題的方氵去。西門(mén)子S7-300PLC功能強(qiáng)、處理速度快，模塊化結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展，被廣泛的用于自動(dòng)化控匍系統(tǒng)中；其相應(yīng)開(kāi)發(fā)軟件p7采用模塊化編程方法，提供多種編程語(yǔ)，豐富的功能模塊，能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的功能和算法：為液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了良好的軟硬件平臺(tái)。在算法上，只設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的PID控制器。為了提高控制效果，單純的PID算法是不足的，因此可以開(kāi)發(fā)PLC模糊pm控制器。致謝奔波忙碌了三個(gè)多月，論文終于圓滿(mǎn)完成了。在這個(gè)時(shí)候，我首先要說(shuō)的是，感謝所有幫助我的老師和同學(xué)們，感謝您們讓我充實(shí)的度過(guò)這些目子；沒(méi)有您們的幫助和鼓勵(lì)，論文的完成是不可想象的。在本論文的完成過(guò)程中，指導(dǎo)老師宋愛(ài)娟老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中給我了很多指導(dǎo)，宋老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，為我營(yíng)造了一種良好的學(xué)習(xí)氛圍。授人以魚(yú)不輒授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我接受了全新的思想觀念，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法：在課題的研宄探索過(guò)程中，經(jīng)歷了不少鹽折，正是在老師的耐心指導(dǎo)和熱情鼓勵(lì)下，才最終確定了實(shí)驗(yàn)方案，達(dá)到了預(yù)期的目的。我得到了老師的悉心指導(dǎo)和幫助，在此對(duì)宋老師表示感謝：感謝同我一起做畢設(shè)的同學(xué)，他們的研究項(xiàng)目和我的課題毫無(wú)相關(guān)之處，但是，他們非常耐心的作為我的聽(tīng)眾，關(guān)注整個(gè)研宄的過(guò)程，伴我走過(guò)了這段艱難的日子。最后我要感謝我的父母，感謝母校東北大學(xué)秦皇島分校，在我即將離開(kāi)的日子里，謹(jǐn)以這篇論文獻(xiàn)給您，獻(xiàn)給過(guò)去的美好歲月。感謝您們，這個(gè)世界因?yàn)槟鷤兌利悾畢⒖嘉墨I(xiàn)1]任彥碩，趙一丁，張家生，《自動(dòng)控制系統(tǒng)》，北京，北京郵電大學(xué)出版社，20063卩]劉鍇，周海，《深入淺出西門(mén)子S7．300PLC》，北京，北京航空航大大學(xué)出版社，200上8[3]邊春元，任雙艷，滿(mǎn)永奎，《S7．300／400PLC實(shí)用開(kāi)發(fā)指南》北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2007過(guò)[4]阮友德，張迎輝，《PLC、變頻器、觸摸屏》，北京，中國(guó)電力出版社，200935]宋愛(ài)娟，趙一丁，《過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》，河北，東北大學(xué)秦皇島分校，2U0436]竇振中，《模糊邏輯控制技術(shù)及其應(yīng)用》，北京，北京航空航天出版社，1995．17]宋伯生，《PLC編程理論、算法及技巧》北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2傭57[8]西門(mén)子公司，p7vs·4編程手冊(cè)，北京，西門(mén)子自動(dòng)化集團(tuán)，2000」[9]西門(mén)子公司，西門(mén)子S7．300系統(tǒng)參考手地，北京：西門(mén)子自動(dòng)化集團(tuán)，200L4卩0]昆侖動(dòng)態(tài)公司，MCGS用戶(hù)指南手冊(cè)，北京，北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司，2003．2卩1]昆侖動(dòng)態(tài)公司，MCGS參考手朋，北京，北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司，20032卩2]廖常初，S7300／400PLC應(yīng)用技術(shù)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2傭3」卩3]董景新等，控制工程基礎(chǔ)，北京，清華大學(xué)出版社，200巧卩4]金以慧，過(guò)程控制[M],北京，清華大學(xué)出版社，2002：103一186．巧]鍋?zhàn)谌?，可編程控制器?yīng)用設(shè)計(jì)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，北京，人民郵電出版社，2004．5卩司王萬(wàn)良，自動(dòng)控的原理，北京，科學(xué)出版社，2傭1.317]陳元杰，江洋，蘇宏業(yè)，褚亻建。串級(jí)控制的p參數(shù)自整定算法，控制與決策，1996，11（5）580巧83ModernprocesscontrolsystemisintroducedAlongwiththerapiddevelopmentofindustrialproduction,thecontrolaccuracyandstabilityofthesystemresponsespeedandwiththeabilitytoadjustthedemandishigherandhigher.Andtheactualindustrialproductionprocessofcontrolledobjecthascharacteristicsofnonlineardelayorconventionalmethodsofcontroltoachievetheidealcontrolfornonlineareffect,theresearchobjectofdelay,theadvancedcontrolstrategy,improvethelevelofcontrolsystem,hastheimpoltantpracticalsignificance.Engineelingpractice,themostwidelyusedfortheproportionoftheregulatorcontrollaws,integral,differentialcontrol,referredtoasPIDcontrol,andthePIDsaidInthepastfewdecades,PDcontrollerinIndustrialcontrolhavebeenwidelyapplied.Inthecontroltheory,andtherapiddevelopmentofthetechnology,industlialprocesscontrolof%controlloopwithPIDstructure,andmanyadvancedcontrolbasedonPIDcontrol.SincethePIDcontrollerwasnearlyyearshistory,withitssimplestructure,goodstability,convenientacjustmentandreliablework,andbecomeoneofthemaintechnologyofindustrialcontrol.Todayweknow-aPIDcontrollerofproduceanddevelopmentin-.Althoughsincethes,manyadvancedcontrolmethodsarebeingintroduced,butwiththePIDcontrollerissimpleinstructure,themodelfortheerrorrobustnessandeasytooperateetc,isstillwidelyused111metallurgical,chemical,power,lightindustryandmachineryindustrialprocesscontrol.AstheearliestPIDcontrollerpracticalcontrollerhaveyearshistory,itiseasytouse,thealgorithmofparametersetting,itistobecausetheseadvantages,PIDcontrollerstillisthemostWidelyusedindustrialcontroller.Whenchargedobject'sstructureandparameterscantcompletely,orgetaccuratemathematicalmodel,thecontroltheoryofothertechnicaldiffcultywhenusingthecontroller,systemstructureandparametersmustrelyontheexperienceandcommissioning,andthenappliedtodeterminethemostconvenientPIDcontroltechnologyWhenwedon'tfullyunderstandasystemandcontrolledobject,orthrougheffectivemeasurementmethodforsystemparameter;themostsuitablewithPIDcontroltechnology.PIDcontrol,thepracticehasPIandPDcontrol.POcontrollerisaccordingtotheerrorofthesystem,usingtheproportion,integral,differentialcalculatesthequantitycontrolofcontrol.Industlialautomationlevel,therapidincreaseofconvutersinindustrialfield,widelyusedinindustrialautomation,valiouskindsofcontrolequrpmentandprocessmonitoringdeviceIntheIndustrialfieldsofapplication,makethetraditionalindustrialcontrolsoftwarehasbeenunabletosatis$ralltheneedsofusers.Inthedevelopmentoftraclitionalinclustrialcontrolsoftware,whenindustrialchargedobjectchangesonce,wemustmodifrsourceprogramcontrolsystem,whichcausesthedevelopmentcycleislong,Hassuccessfullydevelopedthesoftwareforindustrycontrolprojectandbecauseeachofwhichisverylow,repeatrateofitspriceisveryexpensive,Modi$rthesoftwareforindust1Yinthesourceprogram,ifthe01iginalprogrammingpersonnelchangesandleftforwork,mustwithotherpersonsornoviceonthealterationofthesourceprogram,andisquitediffcult.Especiallywhenthecontrolsystemisverylarge,andneedhunc