《基于PLC的烟雾流量控制系统设计》13000字（论文）

目录页共=numpages34-331页第一章引言1.1选题背景及研究意义根据市场的调研，目前的市面上的大型烟机控制属于集成式，通过电动机对场地的烟雾进行统一排放，直至工作场地的烟雾浓度值达到标准值，此过程需要人工干预，并且对需要现场控制。该过程存在效率低，无法自动完成，自动化成都低。再者就是自然排烟，通过管道将烟雾自然排除，该过程不需要人工干预且成本低，适用于小型工作场地，依靠自然气压和气体密度差实现有效排烟，但也因此排烟效率受自然环境和烟雾整体密度影响。对于大型场地，例如养殖流水线，生产车间和集中供暖等工作场地，对烟雾排放的需求较高，并且烟雾成分复杂，且工作场地大，需要实现多个工作场地的集中管理，和完成集中控制。这样就需要用到可编程控制器。通过传感器将信号输入组态软件MCGS中，完全实现对宗座场地以及环境的监控，操作，运行。烟雾流量控制在重金属冶炼，农场养殖场所有着广泛的使用，但是控制系统存在多种继电器且效率低的弊端。基于组态软件和PLC的烟雾流量控制系统采用S7-200PLC实现对烟雾电动机的控制。采取PLC控制，提高了排烟控流的效率，进而改善烟雾电动机的稳定可靠性，使得该系统更为精确高效。本文确定了烟雾流量控制系统的总体方案，基于模糊控制的方法，着重设计烟雾控制系统的算法和程序编写，并连接MCGS组态软件实现对现场数据全时段监控。该方案不仅取代了复杂的继电器电路，还能够实现控制的现代化。1.2国内外流量控制技术的发展和研究概况工业的迅速发展，技术的革新，微电子和计算机完成了与自动控制理论的结合，因此在国外产出了一系列的商品化的温度控制器。该型控制器在各个行业得到了广泛的应用。数据迟滞，使得温度控制不那么灵敏和高效，不能够有效的建立温度的数字模型，并且过程复杂都是这一系列的温度控制器的弊端。因此近些年来可以自动自动适应，能够自动矫正数据等先进算法称为当今温度控制器的主流。该方案普遍具有参数整定的功能，能够自主学习并完善系统，并能都接受反馈信号，这些特点保证了它的控制效果，并且具有极度高，抗干扰能力强等特点。当下，国外的温度控制系统朝着高精度，模块化的方向发展。温度的控制系统在国内也有着广泛的市场，总体发展水平处于前列，成熟的温度控制系统更受市场的青睐，随着科技的进步，温度控制更加灵敏，智能化的温度控制系统是其的发展方向。1.3课题内容基于PLC的流量控制系统以本毕业设计以SIMATICS-200为核心通过CPU224XP完成对工作场地的烟雾控制。其中将系列CPU224XP进行现场控制，应用单闭环控制，使用扩展的模块EM235（AI4/AQ1*12位）采集并量化数据，实现模拟量到数字量的转化，内部运算实现给定量与设计量的相减进而输入到执行器当中，由此形成了闭环。采取增量式PID不仅可以对系统影响小，还可以实现系统更好的在手动与自动模式之间的切换，并且增量式控制不产生积分失控，影响整个系统的稳定性。本次课题中我们使用MCGS作为我们的监视控制软件，MCGS监视控制系统MCGS，在监测领域有着举足轻重的地位，基于微软系统它可以实现与本次课题中的PLC实现联机下载，在本次课题中实现对工作场地中电动机组的统一管理个监控。MCGS具有功能相对完善、易于操作、页面布局规整、对后期软件维护和产品升级较为友好。可编程控制器（ProgrammablelogicController）出现实现对工业的自动控制，PLC架构于数字运算的操作系统上。以数字电子技术对工业场地的设备进行统筹，管理。目的完全解决对多设备场所的集中管理和控制，他的出现不仅提高了生产力，与此同时实现工作效率的提高。一款成熟的PLC包含多种指令，实现逻辑，顺序，计时计数的基本指令，与此同时还提供循环等高级指令。其根本是一款可编程的控制器并且能够实现控制各种各样的机械，这种控制是通过PLC的数字式和模拟式的输入与输出。随着科技的高速发展，PLC逐渐替代各种继电器，广泛使用PLC使其更能实现对外围设备的兼容，并形成完整的机械生产线。其本身拥有者众多的选择余地，根据现场的不同需求对PLC的模块进行选择，造就了PLC的普适性，简便性。本毕业设计着重研究PLC控制技术在烟雾流量控制系统上的应用。包括研究及选择该系统的硬件配置、设计分析电路图、编写编译程序，增量式PID控制算法的选择和参数的整定，设计人机交互界面等。该系统中采用西门子的S7-200的PLC，其中接受烟雾传感器的烟雾浓度模拟值转化为数字量，进行PID的调节，PID控制器将数字量转化为模拟量传送到变频器，通过改变烟雾电动机组的工作频率实现对烟雾流量的控制。同时利用组态软件实现全时段的监控。总体上包括以下几种步骤：硬件选型设计，软件编程编译，人机交互界面设计。设计共分为七个章节，主要包括以下方面：第一章节绪论。烟雾流量控制系统的背景及发展前景，并直接指出课题内容的意义。第二章节PLC介绍，简单概述PLC和增量式PID控制的基本概念以及该系统的结构基础。第三章，从设计结构和烟雾控制系统的硬件设计的角度，概述PLC控制系统的具体步骤，PLC的选型，外围电路的连接和设计，烟雾控制系统的设计和参数整定。第四章，完成选型和硬件配置后，详细介绍烟雾控制系统PLC部分的程序设计编程软件STEP7--Micro/WIN使用。第五章，详细介绍了如何在亚控公司的组态软件“组态王”的基础上进行人机界面的设计。第六章，展示结果分析结论。第七章，总结。第二章PLC简介2.1PLC简介可编程控制器（ProgrammablelogicController）出现实现对工业的自动控制，PLC架构于数字运算的操作系统上。以数字电子技术对工业场地的设备进行统筹，管理。目的完全解决对多设备场所的集中管理和控制，他的出现不仅提高了生产力，与此同时实现工作效率的提高。一款成熟的PLC包含多种指令，实现逻辑，顺序，计时计数的基本指令，与此同时还提供循环等高级指令。其根本是一款可编程的控制器并且能够实现控制各种各样的机械，这种控制是通过PLC的数字式和模拟式的输入与输出。随着科技的高速发展，PLC逐渐替代各种继电器，广泛使用PLC使其更能实现对外围设备的兼容，并形成完整的机械生产线。其本身拥有者众多的选择余地，根据现场的不同需求对PLC的模块进行选择，造就了PLC的普适性，简便性。2.2PLC特点（1）PLC运行稳定，具有较高的可靠性，较强的抗干扰性在整个电气控制系统中，高抗和可靠安全是整个系统的合格与否的重要指标。PLC使用了现代化的技术，及大规模的集成电路技术，PLC的生产工艺极为严苛，采取了先进的抗干扰技术，因此才具备安全与可靠性。（2）PLC设备的配套种类多且全面，功能强大，具有普适性现代PLC发展，已经有了不同大小，不同种类，不同规模的一系列产品。适用于不同的工作场地以及工作需求。PLC不仅有着逻辑处理的能力，还对数据运算有着相对可靠的功能，适用于多种数字控制领域。在特殊需求上还可以添加不同的扩展单元，例如位置的控制，温度的控制等。外加上PLC有着强大的通信能力实现了与人机界面的结合，使得PLC的使用更加简便。操作简单，易于编程，电气工程应用广泛PLC是一种的通用的工业控制的小型计算机。面向多种重工业控制技术场合。有着丰富的接口，较强的通信能力，编程的语言也受到了技术工人的青睐。其中梯形图语言的编写与继电器电路非常相近。所以用PLC的少量的开关量就可以实现多个继电器的替代。使得不熟悉电子电路的技术人员也可以从事工业控制的技术。（4）系统搭建，后期维护升级容易PLC内部的存储逻辑实现对接线的替代，一方面减少了外部控制的接线，另一方面使得系统的搭建周期减少，让后期维护时的工作人员更见容易。（5）PLC体积小，占地小节省空间，能耗低在市面上最小的PLC底部尺寸100mm，然而他的重量仅仅150g，这也就代表这此类型的PLC功耗极低。PLC的未来发展方向：（1）高速型PLC，且具有大容量存储对PLC的处理能力的需求，高速的处理能力需要PLC具有更高的响应能力，并且有更大的存储空间。当前，PLC的扫描速度普遍为0.1ms/k。我们知道扫描速度是衡量一个PLC优秀与否的重要指标。大型，超大型PLC的发展，以及小型和超小型的PLC目前市场上绝大多数是中小型的PLC系统，但是这种PLC不能完成更为复杂的软件设计，因此在现阶段急需超大型的PLC。目前现存的大型PLC中有14336个输入输出点，并且使用32位的微型处理器，实现多个CPU并行和拥有大容量的存储功能。PLC通信更强大，能够联网通信因各种自动化控制的需求不同，PLC也发展出不同的扩展模块，远程的I/O模块和通信和人机接口模块，这些不同的扩展模块的灵活使用扩展了PLC的功能。使得PLC更为广泛的被使用。（4）实现故障检测，以及简单的故障处理（5）编程语言多样化。2.3PID控制PID控制是模拟控制系统最常用的控制方法之一。PID控制系统原理框图如所示，系统由PID控制器和被控对象组成。比例比例R(t)++Y(t)微分积分被控对象+_U(t)图2.1常规PID控制原理图选用了含PID调节的PLC来实现闭环控制保证烟雾流量控制系统中的烟雾浓度恒定。在PID控制中我们的控制输入量手段为比例，积分和微分这三种模式。PID控制起到的是反馈作用，是一种自动控制技术，爱过程通过测量值和给定值的比较差反馈给现有的烟雾流量控制系统。基于反馈信号用来纠正并调节整个系统的调节即响应。因此对于PID控制成为一种线性控制器。因此在计算公式中，用给定值和实际输出值的差表示偏差值。公式如下：（2-1）PID控制规律为：（2-2）Kp为比例系数；Ti为积分时间常数；Td为微分时间常数。相应的传递函数形式：（2-3）PID控制器不同环节下的作用以及调节模式：(1)比例环节：在PID控制器中，偏差信号被成比例的反应，界定PID控制器的控制作用，用给定值与实际输出值的偏差来激活PID控制器的控制作用，鱼翅同时PID控制器抑制给定值与实际输出值的偏差，起到负反馈的作用，与此同时，给定值与实际输出值的偏差不能被彻底消除，这种偏差就成为系统偏差，其结果随着比例系数的正大而减小，即成反比例关系，然而对比例系数不宜过大，过大的比例系数极易引起系统的不稳定，使得系统处于紊乱的状态。(2)积分环节：当给定值和实际输出值存在偏差时，对于PID控制器就会起作用，其目的就是完全抑制偏差，因此控制器的输出与偏差持续的时间有关。积分环节中积分作用的大小和积分时间有关，同样与时间常数成反比，对于积分作用的积分时间不能短，积分作用越强就可能引起系统的振荡。(3)微分环节本课题采用的PID控制原理如图所示，给定流量经过PID运算，得出相应结果送入变频器，进而改变电机转速实现对烟雾浓度的控制，并将信号反馈于控制器。y(t)比例y(t)比例积分微分给定流量r(t)e(t)频率u(t)变频器电机变频流量转速烟量变送器—图2.2PID控制原理框图2.4PLC编程软件本次课题采用西门子的PLC，使用西门子旗下的仿真软件STEP7-Micro/WIN。STEP7-Micro/WIN是西门子专为SIMATIC系列S7-200设计编程软件，该编程软件满足了个人计算机对系统进行操作和图形编辑的需求。STEP7-Micro/WIN基于微软的操作平台：该软件能够实现在离线的状态下创建用户程序，并且能够以编辑和加以修改。脱机的状态下计算机没有和现场PLC进行连接，在计算机中对应用程序进行编译，调试的所有程序都不会被传输进PLC的存储器中。2.当编辑好程序后在计算机中进行调试仿真后通过传输线联机通信，上传和下载用户程序，并在可以对PLC进行直接操作。3.仿真软件可以在编译程序时对程序进行检查，并标记处不合理的地方以便于后期的语法更正。因此软件存在语法检查的功能，这样就不会产生直接下载后对操作系统因程序错误而产生的机械故障。4.仿真软件中还提供了对计算机中的用户程序进行加密管理的功能，使得更加安全。第三章PLC系统的硬件设计3.1系统设备的选型根据系统理论分析，需要对PLC选型，PLC的扩展模块选型，变频器，三相异步电动机组，流量计，流量传感器，烟雾检测传感器，温度传感器，光敏传感器等一系列传感器组件。表3.1硬件选择主要设备型号及其生产厂家可编程控制器（PLC）SiemensCPU226模拟量扩展模块SiemensEM235变频器SiemensMM4403.1.1PLC选型PLC能过完成对整个系统的输入信号采集，与此同时输出对各个单元的控制信号，并实现对整个PLC烟雾流量控制系统的对外数据交换，完成对上位机中的组态软件的信号传输功能，由此能够全时段的监控全系统。从分析中不难看出PLC是厌恶流量控制系统的中心环节，也是完成监控控制的重要组成部分。PLC选型时我们要考虑PLC系统中指令的丰富程度，以便于我们日后的系统升级核对更多的系统兼容。因工作场地需求要考虑其执行速度，信号传输的快慢，内部的存储空间，通信接口和通信协议，扩展模块的带载能力，后期变成软件的简易程度和完成该系统的资金要求等多方面因素。对于烟雾流量控制我们不需要其有过多的指令，选择更为亲民的，性价比高，操作更为简单的西门子Ｓ７－２００型。德国西门子S7-200型的优点：１．S7-200型PLC外观整洁小巧，结构更为紧凑。２．对于小型的控制系统S7-200型普遍被使用，其内部的指令更为成熟，便于接受。３．价格低廉更具性价比。４．PC／PPI电缆连接上位机与PLC完成点对点PPI协议。与此同时完成全阶段转换可编程控制器的通信接口与上位机PC的通信接口。（注：在PLC中采用RS485实现对PLC中CPU的完全通信，但是对于上位机的PC端只能采用RS２３２进行通信，由此看出二者不能够直接通信）。3.1.2扩展模块的选型本课题选用PLC主模块为CPU226。扩展模块为EM235。CPU226：开关量输出：16点开关量输出形式：继电器输出（交流电220V）开关量输入：24点输入形式：直流输入（直流24V）EM235：四模拟量输入（4AIW）一模拟量输出（AQW）扩展模块EM235中包含模数和数模转换器借此实现该模块的模拟量与数字量的接洽。例如输入标准的输入信号EM235内部的A/D转换器将信号转换成数字信号，该数字信号是字长为16bit。如输出字长为16bit的数字信号，EM235内部的D/A转换器将数字信号转换为便准的输出信号。其中我们对于标准信号的定义，以及有不同的数字信号时，在DIP开关内设置标准的数字信号。EM235模拟量模块；EM235模拟量模块；拟量输入/输出模块支持：•对烟雾流量控制系统的模拟量信号进行连接•对控制系统的输出的模拟量实现控制它们转换：•实现模拟量和数字量的相互转换并将信号输入到SIMATICS7-200内•把S7-200输出信号转换为需要的数字量或者模拟量3.2电动机变频调速原理三相异步电动机用于烟雾流量控制系统中重要的驱动设备，转速公式为：（3-1）在此公式中可以看中电动机转速与点与频率f，电动机内部的磁极对数p，电动机的转差率有关，因此我们在对电动机调速控制时需考虑个条件的影响。因此对于三相异步电动机的调速方法有改变电源频率，变更三相异步电动机的磁极对数和转差率，三相异步电动机的生产后，其磁极对数和转差率都是一定的不可以轻易改变，因此再此课题中我们通过改变电动机的电源频率来实现对三相异步电动机调速，以实现对烟雾流量的精准控制，通过对电动机的速度来控制烟雾流出的流速，并通过流量计来检测管道中的烟雾流量的速度并传输至组态软件中，实现该系统的驱动与信号的反馈。3.3PLC外部信号传输整体概述抽烟电机运行的两种模式，分别为手动模式和自动模式。在手动模式下打开电机手动运行指示灯亮，电动机运行低速，再次触发抽烟电机运行在中速档，触发烟机运行在三档，高速状态，再次触发烟机停止开关运行，手动模式的LED熄灭。因此此过程是需要外部触发PLC响应，传输至变频器，改变电动机的电源频率实现流量速度控制。在自动模式下第一次触发烟机自动运行模式下的LED指示灯亮，烟机开始工作，EM235模拟量输入/输出模块把烟量传感器输入的电压（0-10V）转换为数字信号，输入PLC存储区，并根据预设的阈值判断是否开始控制变频器工作，如果超过阈值，则将其对应的数字量输出经D/A转换成模拟量经运算放大后输出电压(0-10V）用来控制变频器MM420输出频率，实现电机调速。另外还有额外功能：对烟道或者工作场地的照明和报警系统，照明系统也可以使用PLC额外端口实现，或者通过光敏电阻实现自动控制。外加温度显示，烟道及工作场地的温度和烟量的检测，实现超阈值报警功能。MCGS嵌入式组态软件实现了上位机的PC对整个烟雾流量控制系统的控制（启停，运行模式）和完成对工作场地的温度湿度，烟雾浓度的检测，并上传至上位机PC中，因此，MCGS成为了烟雾流量控制系统全阶段全时段检测和控制。系统电气控制总框和整体过程如图所示：上位机PC上位机PC通过组态王模拟演示控制过程手动自动选择开关烟量传感器变频器模拟量控制电机模拟量输入CPU200XP自动模式指示灯报警.紧急灯手动模式指示灯温度/烟量异常报警LED照明灯自动模式开始/调速（上升沿触发）急停开关图3.1系统的电气控制总框3.4系统主电路分析及其设计在主电路中，KM1，3，5是主电路工频上的接触器，他们对应着不同的电动机组，能够实现三组电动机在工频上运行，他们的吸合与否，与PLC给的信号有关，PLC控制着三个接触器的吸合。相对的我们定义偶数的接触器为变频电路上的接触器，同样是由PLC控制，当接触器吸合时我们利用回路上的变频器实现对电动机组的变频控制，不同机组在变频器的作用下实现对转速的控制完成对烟雾流量的控制。FR分别为三个电机组热继电器在此过程中起到过载保护的作用；为了回路的安全，我们分别在工频和变频电路上装有隔离开关，不仅对回路进行有效的控制还可以增加该电路的安全可靠性。当然，作为机组的主电路熔断器FU对回路的安全也起到重要的作用。烟雾控制系统采用多电机循环变频运行方式，烟雾较多时总有一组电机处于变频状态，其他两组为正常的工频状态，且每一组电机组不能工作超过三个小时，超过三个小时跳转为下一个机组变频，其余二组为工频状态，既保证了对烟雾流量的控制，也延长了电机组的使用寿命，提高了整个系统的利用效率。三相对称电源上接有熔断器对电路起到过流保护，隔离开关QS１输入至变频器然后输出通过接触器的触电至电动机组，对连接至变频器的电动机组实现变频调速，这就需要该电动机组连接至变频器时，实现变频调速时，接触器接到变频器中，按照变频器上预设值的速度进行工作，即处于变频模式。不能接至工频上，即三相异步电动机组不可以同时连接变频电路和工频电路，对于变频器而言，变频器的输出端也不可以直接接电源。因此，我们在主电路上不得不实现双电路的互锁，对于我们继电器电路我们可以使用互锁开关，在PLC电路中我们仅需要通过梯形图实现互锁。该系统中需要对工作的电动机组实现监测，我们监测的内容主要是电动机的转速，以及电动机组的电压，变频器的电压。各种仪表实现对各个项目的监测，然后通过现场总线输入到上位机PC中。其中电动机模块需要监测电动机的转速，电动机组的电流，电动机组的电压，变频器的电压，变频器的电流。另外我们通过对三相电的线电压的值可以判断出哪一组电动机处于变频状态。注意事项：接触点互锁，电动机不能反转，系统不能够直接与主电路断开，因此通过变频器实现软启动和软停。在三相电路中，为了提高我们电动机组的对电源的利用率，我们必须减小阻抗角，即改变功率因素，因此在此电路中电抗器就显得尤为重要，通过感性电阻和容性原件实现阻抗叫的最小化。另外，对于电动机启动时我们采用软起动的模式，在电路中我们不采用星三角的降压启动，我们对于星三角必须改变电动机的接线，因使用的是电动机组，使用该方法大大增加了电路的复杂程度，因此该系统需要进行软起动。这样才可以使得电路中流经的电流不会过大，从而影响安全。图3.2烟雾流量控制系统主电路图3.5PLC的I/O端口分配及外围接线图在PLC中I/O分配及外围接线是至关重要的，它关系这整个系统能否正常运行，不同的信号来源对应PLC中不同的代码，同时也在PLC中有着不同的地址编号，下面是输入输出点代码及地址编号：表3.1I/O地址分配表名称代码地址编号输入信号温度模式信号(1-高温，0-低温)SA1I0.0烟雾浓度上下限信号SLHLI0.1变频器报警信号SUI0.2试灯按钮SB7I0.3浓度传感器输出模拟量电压值UpAIW0输出信号第一组电动机的正常模式接触器和LED显示KM1、HL1Q0.0第一组电动机的变频调速模式接触器和LED显示KM2、HL2Q0.1第二组电动机的正常模式接触器和LED显示KM3、HL3Q0.2第二组电动机的变频调速模式接触器和LED显示KM4、HL4Q0.3第三组电动机的正常模式接触器和LED显示KM5、HL5Q0.4第三组电动机的变频调速模式接触器和LED显示KM6、HL6Q0.5输出信号烟雾浓度上下限报警指示灯HL7Q1.1变频器故障报警指示灯HL8Q1.2高温模式运行指示灯HL9Q1.3报警电铃HAQ1.4变频器频率复位控制KAQ1.5变频器输入电压信号UfAQW0由此看出，在烟雾流量控制系统中，输入量为５，在这其中有四个是数字量，剩下的为模拟量。模拟量来源为烟雾浓度传感器，当工作场地的烟雾浓度达到上下限时，传感器监测信号并输出模拟量，PLC的EM235模块接收信号，并将模拟量信号转化为字长为16bit的数字量。3.6烟雾流量控制系统控制PLC部分电路分析及其设计PLC是烟雾流量控制系统中重要的一环，PLC主要在该系统中实现对烟雾电机组的自动投入运行，在电动机组之间实现在变频与工频之间完成切换，并且确保单个电动机组不能持续工作，用变频电动机组和工频电动机组共同完成对工作产地中烟雾的控制。与此同时，PLC还要完成对整个系统的编程和手动与自动模式的切换，以及该系统运作的启停。与此同时，该PLC还承接着与上位机的通信，以及工作场地内的个状态的报警识别。过程分析：SA转换开关，起到模式切换的作用即是手动/自动转换开关，在图示上不同触电１，２就对应着不同的工作模式。烟雾流量控制系统的手动与自动控制：手动控制：选择开关SA选择１，实现对手动控制的切换，在此模式下可以分别对三个烟雾电动机组实现控制。触发SB1实现KM1线圈得电，对应的KM1的常闭触点闭合，回路完成自锁，LEDHL１点亮，此时第一个电动机组运行在工频下。按下停止按钮电路整个电路失电，第一电动机组停止运行。。按下SB3，线圈KM3得电，对应的KM3的常闭触点闭合，回路自锁，HL3点亮，此时第二个电动机组运行在工频下。按下停止按钮电路整个电路失电，电动机组停止运行。。触发按钮SB5随机KM5线圈通电对应的KM5的常闭触点闭合。第二电动机组回路完成自锁LEDHL5点亮，此时第二个电动机组在工频下运行。按下停止按钮整个电路失电，该电动机组停止运行。图3.3烟雾控制系统控制电路图自动控制：选择开关选择２，系统在自动模式下工作。此时PLC启动，接触器Q0.0和Q0.1控制着1号电动机组的工频和变频模式，Q0.2和Q0.3接触器控制着2号电动机组的工作模式，即是工频还是变频模式，Q0.4和Q0.5接触器控制着3号电动机组的工频和变频模式。若Q0.0闭合，则KM1得电，HL1点亮，此时1号电动自足运行在工频下，此时KM1的常闭触点打开，确保了变频和工频模式不能同时运行，即对于变频器来说不能直接串联在主电路上。若Q0.2闭合，则KM3得电，HL3点亮，此时2号电动自足运行在工频下。若Q0.4闭合，则KM5得电，HL5点亮，此时3号电动自足运行在工频下。由此看出，PLC控制着各种接触器的吸合与否。同理，其余的电路依次完成控制确保了变频和工频模式不能同时运行，即对于变频器来说不能直接串联在主电路上。若Q0.3闭合，则KM4得电，HL4点亮，此时2号电动自足运行在工频下。若Q0.5闭合，则KM6得电，HL6点亮，此时3号电动自足运行在工频下。自动模式下PLC启动运行，控制接触器吸合与打开。Q1.1控制着烟雾浓度上下限的LED灯，当工作场地的烟雾浓度达到上下限时，传感器监测信号并输出模拟量，PLC的EM235模块接收信号，并将模拟量信号转化为字长为16bit的数字量，经PID控制使得PLC的Q1.1输出高电平，则HL7点亮。当变频器出现故障，或者内部电流电压为非标准值时，Q1.2点亮。同理，当温度传感器监测到高温呢模式时，经过回路实现HL9点亮。Q1.4控制着系统的报警功能，当需要时我们在编程软件中把他接入相应的电路中。Q1.5时电路的变频器频率的复位。第四章系统的软件设计4.1系统软件设计分析在烟雾流量控制系统中，我们需要对现场进行积极反馈，这就要求我们的PLC编制初始化。其中，中断程序和初始化编制在PID闭环控制中身份重要。该系统中的绝大多数反馈信号为模拟量，因此在真个PID控制中和PLC系统中分为三个部分进行编程，一方面分部分编程有助于逻辑梳理，另一方面为后期维护和升级奠定记住。在该系统中主要有主程序，主程序完成信号的转换与信号生成，多个电动机组之间由工频到变频的相互转换，与此同时还兼任着对各个接触器的逻辑信号的总体控制，还有实现系统的报警功能。因为高温和低温状态下对工作场地内烟雾浓度的排放需求不同，高温时，长时间的烟雾积累会导致温度升高，不符合场地需求。低温轻快想，慢速的排放烟雾有助于对工作场地的保暖。再者就是子程序，他也兼顾着对系统的初始化，这样可以有效的节省扫描周期，实现PLC的快速反应。对于PID控制，我们用PLC中的定时器来确立PID控制器的采样周期，并且实现对PID的输出控制。主程序完成信号的转换与信号生成，多个电动机组之间由工频到变频的相互转换，与此同时还兼任着对各个接触器的逻辑信号的总体控制，还有实现系统的报警功能。因为高温和低温状态下对工作场地内烟雾浓度的排放需求不同，高温时，长时间的烟雾积累会导致温度升高，不符合场地需求。低温轻快想，慢速的排放烟雾有助于对工作场地的保暖。这里我们区分了高温模式与低温模式，用以区分模式不同表现在PLC中LED灯的亮灭，还有对PID中设定值的不同，我们以设定值的百分之九十为高温模式，以设定值的百分之七十为低温模式，通过对设定值的量程不同，用以来区分在温度不同下我们对烟雾排除速度的快慢的需求。4.2PLC程序设计我们使用STEP7-MicroWIN-V40编程软件来对PLCＳ７－２００进行编程。该软件的编程手段也有不同，我们可以使用语句表，梯形图，功能块图，这也就方便了不同人群不同习惯。在烟雾控制系统中用了一个主程序和两个子程序来进行控制。在STEP7-MicroWIN-V40软件中编程编译。使用PC/PPI电缆把编写程序下载到PLC，然后启动PLC，使其工作在RUN状态。4.2.1控制系统主程序设计系统初始化程序在烟雾流量控制系统开始前首先对整个系统进行初始化，即对系统进行检测，其中包括各种初始值，设定值。对电动机组是否需要增加变频的机组数程序输出PID的运算结果将结果和预定值进行比较（电动机组变频运行的最大频率），当数值大于并且等于是开始执行，并且对于变频的三相异步电动机组能够稳定的运行（在这里，我们界定三相异步电动机的稳定运行为电流电压为适当值，并且变频器不过热，还有电路中熔断器不发生熔断），就此，依靠PLC中定时器（设定定时器的定时时间为５分钟），因此烟雾流量控制系统每五分钟就进行变频电动机组号加一。其中定时器设定５分钟是为了消除短时间内的烟雾浓度差对传感器的值进行影响。电动机组的软启动程序PLC实现对变频器的延时接通，变频器对电动机组进行软起动，且保证任一电动机组工作不超过三小时。电动机组两种模式选择程序接触器Q0.0和Q0.1控制着电动机组第一组工频和变频模式，接触器Q0.2和Q0.3控制着电动机组第二组的工频和变频模式，接触器Q0.4和Q0.5控制着电动机组第三组的工频和变频模式。接触器Q0.0和Q0.1控制着1号电动机组的工频和变频模式，Q0.2和Q0.3接触器控制着2号电动机组的工作模式，即是工频还是变频模式，Q0.4和Q0.5接触器控制着3号电动机组的工频和变频模式。若Q0.0闭合，则KM1得电，HL1点亮，此时1号电动自足运行在工频下，此时KM1的常闭触点打开，确保了变频和工频模式不能同时运行，即对于变频器来说不能直接串联在主电路上。若Q0.2闭合，则KM3得电，HL3点亮，此时2号电动自足运行在工频下。若Q0.4闭合，则KM5得电，HL5点亮，此时3号电动自足运行在工频下。由此看出，PLC控制着各种接触器的吸合与否。同理，其余的电路依次完成控制确保了变频和工频模式不能同时运行，即对于变频器来说不能直接串联在主电路上。若Q0.3闭合，则KM4得电，HL4点亮，此时2号电动自足运行在工频下。若Q0.5闭合，则KM6得电，HL6点亮，此时3号电动自足运行在工频下。自动模式下PLC启动运行，控制接触器吸合与打开。自动模式下PLC启动运行，控制接触器吸合与打开与否。Q1.1控制着烟雾浓度上下限的LED灯，当工作场地的烟雾浓度达到上下限时，传感器监测信号并输出模拟量，PLC的EM235模块接收信号，并将模拟量信号转化为字长为16bit的数字量，经PID控制使得PLC的Q1.1输出高电平，则HL7点亮。当变频器出现故障，或者内部电流电压为非标准值时，Q1.2点亮。同理，当温度传感器监测到高温呢模式时，经过回路实现HL9点亮。Q1.4控制着系统的报警功能，当需要时我们在编程软件中把他接入相应的电路中。Q1.5时电路的变频器变频器频率的复位。主程序：主程序开始，调用初始化的子程序，设置两种模式下的烟雾浓度值，设定变频电动机组号，看变频器频率是否达到上限，如果达上限定时器定时５分钟，进行滤波，工频的电动机组多加一组并产生变频启动脉冲，看是否需要增加电动机组或者转换电动机组，如果是复位变频器且电动机组号加一，调整变频器电动机组号遇４加１，产生当前电动机组工频运行下电动机组变频运行，看是否变频电动机组运行３小时，如果是产生转换电动机组序号，三组电动机变频运行，三组电动机工频运行，看烟雾浓度是否超过上限，如果是烟雾浓度超过上限报警，看是否变频器故障，如果是变频器故障报警，看是否有报警，如果是变频电动机组置１工频电动机组置０，产生故障结束脉冲，程序结束。4.2.2控制系统子程序设计根据控制系统的流程编写子程序如图所示：(1)初始化子程序SBR_0图4.1初始化子程序SBR_0梯形图(2)PID控制中断子程序图4.2PID控制中断子程序INT_0梯形图第五章监控系统的设计及系统调试5.1监控组态软件简介MCGS由组态，模拟运行和运行环境构成。其中组态可以在上位机中运行，并且运行环境是唯一的独立运行系统，用三个环境来完成组态的设计和功能，MCGS可以通过串口或者以太网传输到PC中并下载到下位机内，因此，MCGS非常的可靠，安全。在用户应用系统界面由主控窗口和设备窗口和用户窗口和实时数据库和运行策略。通过创建图形对窗口进行布局调整。5.2烟机流量控制监控组态设计该设计采用MCGS组态软件，运用MCGS打开工程管理器。新建新的工程，建立新画面。5.2.1监控主界面在文件里调用开关管道实时表，温度仪表和报警窗口等画面。在烟雾流量控制系统上有对管道内和场地内的烟雾浓度的显示，还有室温的设定值和实际值。并包含了实时曲线。窗口如图所示，正常状态下，主页面为图5.1，进能够实现监控，如需对电动机操作需点击右下角的返回主窗口，并选择烟雾流量控制系统电动机组部分人机界面，如图5.2，在此界面中分为三组电动机，借由对电动机组的电流电压查看工作的电动机是否为正常状态，并也可以从此界面实现操作，手动模式和自动模式的切换。同时添加了停止按钮，为后期检修和升级留有余地。由此界面也可以返回烟雾流量控制系统的人机界面。图5.1烟雾流量控制系统人机界面图5.2烟雾流量控制系统电动机组部分人机界面运行组态软件系统开始运行，实时曲线能够显示目前状态下风机的状态和烟雾浓度。当点击停止按钮时，系统停止运行。5.2.2实时趋势曲线打开系统的实时曲线，然后双击曲线对曲线进行定义。实时曲线显示当前烟雾浓度和浓度的变化趋势，以及当前的电动机组转速值。图5.3实时趋势曲线结论通过PLC的编程，对模拟量（管道内烟雾流量）进行控制，运用MCGS组态软件进行监控。组态软件中充分完成了设定目标，成功使得工作场地对烟雾流量控制，对工作环境的室温，适度，烟雾浓度实现监测。与此同也实现对在组态软件中对烟雾流量控制系统的操作。取代继电器的使用较为复杂，用PLC对多种复杂的继电器进行替代。PLC能够实现自动化控制。PLC能够实现自动化控制。PLC可以通过添加相应的PLC模块进而实现不同功能。对于PLC内部进行目的是利用PLC来实现对多种继电器的替代，并实现自动化控制。例如，PLC可以实现数字量和模拟量的相互转换通过添加I/O模块。对于PLC内部进行目的是利用PLC来实现对多种继电器的替代，并实现自动化控制。例如，PLC中I/O模块可以实现模拟量和数字量的相互转换。并且可以对该模拟量完成PID的闭环控制。结论基于PLC的流量控制系统以本毕业设计以SIMATICS-200为核心通过CPU224XP完成对工作场地的烟雾控制。其中将系列CPU224XP进行现场控制，应用单闭环控制，使用扩展的模块EM235（AI4/AQ1*12位）采集并量化数据，实现模拟量到数字量的转化，内部运算实现给定量与设计量的相减进而输入到执行器当中，由此形成了闭环。采取增量式PID不仅可以对系统影响小，还可以实现系统更好的在手动与自动模式之间的切换，并且增量式控制不产生积分失控，影响整个系统的稳定性。通过这次毕业设计，熟练的掌握了PLC的应用，其中就包括对设备各种型号的认识，以及相关型号PLC各有什么作用，另外学会如何编程PLC掌握了如何使用变频器，如何实现组态软件和PLC的通信等一系列智能控制的相关操作。其中对于PID控制更是有了一定了解，但是，用增量式PID编程也有不足之处：积分