基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计ppt课件.ppt

基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计 本科毕业答辩 学生 指导教师 电气与信息工程系2011年6月 论文主要内容 课题研究的目的 意义和系统功能水箱液位串级控制系统总体设计系统下位机软件中的硬件组态和程序设计系统上位机软件中的通信建立和界面组态水箱液位串级控制系统调试FCS系统实物调试PLCSIM离线仿真调试全文总结 1课题研究的目的 意义 课题研究的目的和意义 液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题 例如在饮料 食品加工 溶液过建 化工生产等多种行业的生产加工过程都需要对液位进行适当的控制 以PLC和组态软件为单元 可以组成从简单到复杂的各种工业控制系统 本文正是基于上述思路 设计开发了基于STEP7和WINCC的液位控制实验平台 该平台简单可靠本文在STEP7环境中编写了传统的PID控制算法和程序 实现了对双容水箱液位的控制 课题研究的目的 意义 本次设计所采用的是FCS的控制方案 FCS 即现场总线控制 现场总线技术是当前自动化领域技术发展的热点之一 被誉为自动化领域的计算机局域网 所以掌握好这种技术对我们自动化的学生来说 是很重要的 对我们今后的发展也至关重要 系统总貌图 设计需要实现的系统功能 系统功能指标 1 分析串级控制系统的特点 并建立水箱液位串级控制系统的模型 2 利用STEP7软件对对象进行正确的硬件配置 并采用西门子提供的PLC编程语言编写好控制程序 3 利用WINCC组态软件编写水箱液位的串级控制系统的上位机监控程序 论文主要内容 课题研究的目的 意义和系统功能水箱液位串级控制系统总体设计系统下位机软件中的硬件组态和程序设计系统上位机软件中的通信建立和界面组态水箱液位串级控制系统调试FCS系统实物调试PLCSIM离线仿真调试全文总结 2水箱液位串级控制系统总体设计 设计总体分析 本次设计为水箱液位的串级控制系统 它是由主控 副控两个回路组成 主控回路中的调节器称主调节器 控制对象为中水箱 中水箱的液位为系统的主控制量 副控回路中的调节器称副调节器 控制对象为上水箱 又称副对象 上水箱的液位为系统的副控制量 主调节器的输出作为副调节器的给定 因而副控回路是一个随动控制系统 副调节器的的输出直接驱动气动调节阀 从而达到控制中水箱液位的目的 水箱液位串级控制系统结构图 水箱液位串级控制系统总体设计 原理分析 将上述的结构图简化为下图 则 双容水箱的数学模型可看成两个两个单容水箱数学模型的乘积 即两个一阶惯性环节的乘积 其传递函数 水箱液位串级控制系统总体设计 如图所示 所以双容水箱串级控制的数学模型可用一个二阶惯性环节来描述 其中 K k1k2 为双容水箱的放大系数 T1 T2分别为两个水箱的时间常数 水箱液位串级控制系统总体设计 PID控制系统 本系统调节器采用的控制规律为PID控制 即比例 积分 微分控制 其调节规律如下 1 比例 数学表述为 2 积分 数学表述为 3 微分 数学表述为 水箱液位串级控制系统总体设计 硬件配置 水箱液位串级控制系统总体设计 监控系统 论文主要内容 课题研究的目的 意义和系统功能水箱液位串级控制系统总体设计系统下位机软件中的硬件组态和程序设计系统上位机软件中的通信建立和界面组态水箱液位串级控制系统调试FCS系统实物调试PLCSIM离线仿真调试全文总结 3系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 S7 400系统概述 S7 400是通用可编程控制器 它广泛地应用于自动化领域 涉及多个行业 可用于组建集中式或分布式结构的测控系统 重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台 性能优良 运行可靠 S7 400PLC主要模块有中央处理器单元 CPU 模块 信号 SM 模块 通信 CP 模块 功能 FM 模块 辅助模块有电源 PS 模块 接口 IM 模块 系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 STEP7软件介绍 STEP7是用于SIMATICS7 300 400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件 可使用梯形逻辑图 功能块图和语句表 它是SIEMENSSIMATIC工业软件的组成部分 STEP7以其强大的功能和灵活的编程方式广泛应用于工业控制系统 下图显示了该软件是如何对PLC硬件进行编程和组态的 STEP7的编程过程 系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 硬件组态 硬件主要由以下几部分构成 1 电源模块 PS4074A 2 控制器 CPU412 3H 3 DP PA耦合器 IM157PA 4 模拟量输入输出模块 IM153 1 5 通信模块 CP443 1 6 传感器模块 四类传感器 7 变频器模块 西门子变频器 系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 硬件组态连接 在STEP7软件硬件组态中选择机架 机架导轨一号槽中放置电源模块 二号槽中放置控制器模块 在控制器模块的DP通讯接口上连接上模拟量输入输出模块 变频器模块和耦合器 耦合器上连接上四个传感器 将所测数据传给DP链路 最后 在四号槽中放置通信模块 进行通讯连接 程序下载 系统硬件组态图 系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 程序项目建立 首先双击桌面上的进入到SIMATICMANAGER界面 进入主菜单 文件 选择 新建项目向导 弹出以下的窗口 系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 单击下一步按钮 在新项目选择CPU的型号为CPU412 3H 如下示 系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 单击下一步按钮 选择需要生成的逻辑块 至少需要生成作为主程序的组织块OB1 在程序的语言选择上选择LAD语言 即梯形图语言 如下示 系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 单击下一步按钮 输入项目的名称为水箱液位 单击完成按钮生成项目 如下示 系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 通信设置 西门子S7 400系列的PLC 与PC建立通信的方式有两种 分别是 1 用以太网的方式来建立通信 2 用仿真软件来仿真调试 那么就通过仿真软件PLCSIM的方式来建立通信 系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 系统下位机软件中的硬件组态和程序设计 程序下载 将硬件组态和程序设计完成以后 设置后通信的接口以后 就点击STEP7管理器界面窗口中的图标 将程序下载到CPU中 这样就可以进行实物的调试运行或者PLCSIM仿真了 论文主要内容 课题研究的目的 意义和系统功能水箱液位串级控制系统总体设计系统下位机软件中的硬件组态和程序设计系统上位机软件中的通信建立和界面组态水箱液位串级控制系统调试FCS系统实物调试PLCSIM离线仿真调试全文总结 4系统上位机软件中的通信建立和界面组态 WINCC软件简介 WINCC指的是WindowsControlCenter 它是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的监控系统 它提供了适用于工业的图形显示 消息 归档以及报表的功能模板 高性能的功能耦合 快速的画面更新以及可靠的数据交换使其具有高度的实用性 系统上位机软件中的通信建立和界面组态 项目建立 系统上位机软件中的通信建立和界面组态 驱动连接 在WINCC主界面中打开变量管理器 选中 SIMATICS7ProtocolSuite CHN 项 如图所示 系统上位机软件中的通信建立和界面组态 选中该选项的PROFIBUS 新建驱动程序连接 即可 如图所示 系统上位机软件中的通信建立和界面组态 变量定义 双击 s7sim 选项 在弹出的对话框中选择组态 新建变量 即可 如图示 系统上位机软件中的通信建立和界面组态 画面组态 系统上位机软件中的通信建立和界面组态 变量关联 选中组态对话框中输入输出域 在弹出的组态对话框中 进行变量的关联即可 如图示 系统监控总图 论文主要内容 课题研究的目的 意义和系统功能水箱液位串级控制系统总体设计系统下位机软件中的硬件组态和程序设计系统上位机软件中的通信建立和界面组态水箱液位串级控制系统调试FCS系统实物调试PLCSIM离线仿真调试全文总结 FCS系统实物调试 在3107实验室进行实物调试 PLCSIM离线仿真调试 论文主要内容 课题研究的目的 意义和系统功能水箱液位串级控制系统总体设计系统下位机软件中的硬件组态和程序设计系统上位机软件中的通信建立和界面组态水箱液位串级控制系统调试FCS系统实物调试PLCSIM离线仿真调试全文总结 6全文总结 对现场总线技术FCS有一定的了解 为以后进一步的学习和应用打下基础 对过程控制中广泛使用的PA总线智能化仪表 SITRANSP系列压力测量仪表 SITRA