基于PLC压力控制系统毕业设计

基于PLC的压力控制系统设计与应用目录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1课题概要11.1.1课题来源和研究意义11.1.2设计内容和要求11.2 PLC可编程逻辑控制器11.2.1 PLC可编程逻辑控制器介绍11.2.2 PLC控制在国内外的发展与应用21.2.3 PLC控制器的发展趋势21.3论文组织结构3第二章系统总体设计方案52.1系统总体设计方案52.1.1系统的构成52.1.2控制方式介绍62.2系统硬件设计方案62.3系统软件设计方案72.3.1数字滤波方式的设计72.3.2 PID控制算法设计8第三章系统硬件设计的实现103.1系统硬件选型103.1.1压力对象装置选型103.1.2 PLC控制器选型113.2系统硬件连接和通信133.2.1 PLC与压力对象装置的连接133.2.2 PLC与PC计算机之间的连接和通信13第四章系统软件设计的实现154.1 PLC控制程序154.1.1步骤7软件介绍154.1.2 PLC硬件构成154.1.3 PLC控制程序的实现164.2上位机实时监视程序224.2.1 WinCC配置软件介绍224.2.2实时监控程序的实现23第五章系统的发运和调试295.1系统运行方法295.2调试系统295.2.1硬件间通信状态的诊断295.2.2 PID参数的调整315.2.3调试中的问题及其解决办法41第六章总结与展望436.1课题研究总结436.2后续工作展望44结语45参考文献46ii.ii摘要由于压力控制在工业中的广泛应用，研究PLC在压力控制系统中的应用是教育乃至实践技能培养的重要环节。 本课题针对实验室现有的压力控制对象，提出了采用二级计算机控制，下层采用PLC作为控制器，上层采用PC计算机作为上位机的基于PLC的压力控制系统的设计方案。本次设计系统以西门子S7-300 PLC为控制器，采用STEP7软件构建了系统的硬件结构和控制程序，完成了现场压力信号的数据采集、数字滤波和PID自动控制。 上层PC采用工业设置软件WinCC编制监控接口，完成现场实时监控和数据存储，模拟现场过程，显示实时趋势曲线。在实验室调试过程中，系统软件运行良好，系统实现了数字PID调试，监控接口基于WINDOWS，操作简单，具有较强的可靠性和实用性，满足了现场控制的要求，达到了设计目标。关键字PLC控制器、WinCC结构、压力过程控制、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的压力控制系统设计与应用第一章绪论第一章绪论1.1课题概要1.1.1课题来源和研究意义本课题来源于中南大学信息科学与工程学院过程控制实验室教师科学问题，主题类型属于实验研究。在一些生产现场，如各种冶炼生产中，容器罐内的气体压力必须保持在一定范围内，反应才能正常进行。 在适当的压力下，反应速度达到最高，原料和催化剂的利用更加彻底。 研究表明压力过程的控制是一项有意义的研究。 随着技术的发展，PLC的性能提高，其价格也为众多中小企业所接受。 近年来，越来越多的中小设备开始通过PLC进行控制，PLC在我国的应用迅速发展。 本课题研究的基于PLC的压力控制系统配线简单，移植性强，灵活方便，具有强大的交互功能，可在线调试，广泛应用于工业生产。1.1.2设计内容和要求本课题的设计内容是基于PLC的压力控制系统的设计和应用，即设计以S7-300 PLC为控制器的压力控制系统，根据过程压力系统的控制要求选择合适的检测装置和驱动器，实现压力过程量的自动控制。系统采用二级计算机控制，下层采用PLC作为控制器，上层采用PC计算机作为监控器，用WinCC配置软件制作上位机监控软件，完成人机界面控制功能，实现完整集中测量、控制、构成、监控为一体的压力自动控制系统1.2 PLC可编程逻辑控制器1.2.1 PLC可编程逻辑控制器介绍可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller )简称PLC，1960年代在美国上市，主要代替传统的继电器实现了逻辑控制1。 20世纪70年代，人们将微机技术应用于PLC，使计算机功能更加发挥，远远超出了逻辑控制的范围，成为电子计算机工业控制设备。 随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理中增加了模拟处理和运动控制等功能。 如今的PLC不仅在逻辑控制方面，在运动控制、过程控制等领域也发挥着重要的作用。 PLC可直接应用于工业环境，具有较强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。1.2.2 PLC控制在国内外的发展与应用在工业控制自动化领域，PLC是重要的控制设备，代表着当前程序控制的先进水平。 无论是从海外引进的自动化生产线，还是国内独自设计的自动控制系统，都能看到PLC的身影。 PLC装置可以说是自动化系统2的基本装置。20世纪末，可编程控制器的发展特点是更好地适应现代工业的需求。 在控制规模的基础上，这个时期从发展大型机和超小型机的控制能力方面出发，产生了压力、温度、转速、位移等各种控制情况下使用的各种特殊功能单元3。 从产品的配套能力出发，生产了各种人机接口单元、通信单元，使应用了可编程控制器的工业控制设备的配套更加简单。 目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用发展很大。 目前世界PLC厂商约200家，生产300多种产品。 国内PLC市场仍以海外产品为中心，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE等产品。我国可编程控制器的引进、应用、研发、生产伴随着改革开放而开始。 最初，导入设备中使用了大量的可编程控制器。 此后，PLC在各种企业的生产设备和产品中的应用不断扩大4。 目前，中国已经能够生产中小规模的可编程控制器。 随着我国现代化进程的加深，PLC在我国有更广泛的应用前景。 我国PLC生产目前也有了一定的发展，小型PLC已经批量生产的中型PLC已经开始开发有产品的大型PLC。 国内PLC产品化的生产企业约有30多家，国内产品市场占有率未超过10%。 主要生产部门有苏州电子计算机厂、苏州机床电厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制计算机公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。 国内产品在价格上占有明显优势。随着微处理器、网络通信、HMI接口技术的快速发展，工业自动化技术日新月异，各种产品竞争激烈，新产品不断涌现。 PLC也只能处理最初的开关量，因此发展为能够处理模拟和数据，结合DCS、PID调节器、工业PC等技术，不再是简单的控制设备，而是随着自动控制技术的发展而发展。1.2.3 PLC控制器的发展趋势PLC作为机床的一员，在主要工业国家成为自动化系统的基本电子控制装置。 具有控制方便、可靠、易掌握、体积小、价格适宜等特点。 据统计，目前世界PLC厂商约有150家，生产300多种品种。 2000年的销售额约为86亿美元，占控制器市场份额的50%，PLC在控制器市场占有主要地位，保持持续上升的势头。新一代PLC具有PID调节功能，其应用已从开关量控制扩展到模拟控制领域，广泛应用于航天、冶金、轻工业、建材等行业。 但是，PLC面临着其他行业产业控制产品的挑战，各厂商不断采取改进产品的措施，主要表现在以下方面显着强化了微型、小型PLC的功能许多着名的PLC厂商相继推出高速、高性能、小型、特别是小型的PLC。 三菱的FXOS14是14点(24VDC输入8个，继电器输出6个)，其尺寸仅为58mm89mm，只要大于信用卡数毫米，就能增强功能，PLC的应用领域远离产业控制，如快餐、医院手术室、旋转门和车辆等集成化发展的趋势强由于控制内容的复杂化和难易度高，使PLC向集成化的方向发展，PLC和PC的集成化，PLC和DCS的集成化，PLC和PID的集成化等，强化通信能力和网络化，特别是以PC为基础的控制产品的成长率最快。 PLC与PC的集成，即计算机、PLC与操作人员-机器接口相结合，PLC利用计算机丰富的软件资源，使计算机和PLC的模块能够访问数据。 基于PC的控制可以编程和维护用户利益，开放体系结构提供灵活性，最终降低成本和提高生产效率。向开放性的转变PLC曾经有过严重的缺点，但主要是PLC的软件架构不封闭、开放，大多数PLC是专用总线专用通信网络协议，编程通常是梯形图，但各公司的结构、地址、语言结构不一致，与各种PLC不兼容。 目前，基于PC，计划在WINDOWS平台上开发符合IEC1131-3国际标准的新一代开放体系结构的PLC。1.3论文的组织结构本文主要研究基于PLC的压力过程控制系统的设计与应用，本文的章节结构如下第一章绪论介绍了此次研究的课题、PLC控制器及其领域的研究现状，最后阐述了本文的章节结构。第二章系统总体设计方案介绍了