基于plc的压力过程控制系统设计论文

1、PAGE 石家庄科技信息职业学院毕 业 论 文题目： 基于plc的压力过程控制系统设计 学 号： 姓 名： 专业班级： 指导教师： 完成日期： 基于plc的压力过程控制系统设计摘要：自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发

2、挥着十分重要的作用。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。 同时，计算机监控系统是采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术，广泛应用在化工、供暖、机械、供水、水处理等多个领域，在工业生产中发挥越来越显著的作用。关键词： MCGS软件编程 FX2N-4DA 模拟特殊模块 plcABSTRACT : Since the 1960s, was launched in the USAprogrammable logic contro

3、ller to replace traditional relay control device since, PLC obtained fast development, In the world can be widely used. Meanwhile, PLC function also continuously improved. Along with the computer technology, the signal processing technology, control technology network technology unceasing developmen

4、t and user demand unceasing enhancement, PLC in the switch quantity processing based on increased analogue processing and motion control etc. Function. Meanwhile, PLC function also continuously improved. Todays PLC no longer bureau be confined to logic control, motion control, process control etc al

5、so plays a very important role. At present, the PLC at home and abroad have been used widely steel, petroleum, chemical industry, electric power, building materials, machinery manufacturing, automotive, textile, transportation, environmental protection, and cultural entertainment industries. At the

6、same time, computer monitoring system is to adopt the centralized monitoring, centralized control, centralized display, centralized management, the concentrated preservation system, shirt-sleeve relatively advanced automation technology, computer technology, communication technology, fault diagnosis

7、 technology and software technology, widely used in chemical industry, heating, machinery, water supply, water treatment etc, in the course of industrial production plays more and more important role. KEY WORDS：The MCGS software programming FX2N - 4DA simulation special modules plc 目 录 TOC o 1-3 h z

8、 u HYPERLINK l _Toc200896517 一、 绪论 PAGEREF _Toc200896517 h - 1 - HYPERLINK l _Toc200896518 （一） PLC控制在国内外的发展近况 PAGEREF _Toc200896518 h - 1 - HYPERLINK l _Toc200896519 （二） 基于PLC的压力过程控制系统的发展前景 PAGEREF _Toc200896519 h - 1 - HYPERLINK l _Toc200896521 （三） 设计主要内容 PAGEREF _Toc200896521 h - 1 - HYPERLINK l _

9、Toc200896522 二、 基于PLC的压力过程控制系统方案 PAGEREF _Toc200896522 h - 2 - HYPERLINK l _Toc200896523 (一) 设计方案 PAGEREF _Toc200896523 h - 2 - HYPERLINK l _Toc200896527 （二） 控制算法 PAGEREF _Toc200896527 h - 3 - HYPERLINK l _Toc200896531 三、 硬件部分的实现 PAGEREF _Toc200896531 h - 5 - HYPERLINK l _Toc200896532 （一） FX2N特殊功能模块

10、的应用 PAGEREF _Toc200896532 h - 5 - HYPERLINK l _Toc200896541 四、 软件部分实现 PAGEREF _Toc200896541 h -12 - HYPERLINK l _Toc200896542 （一） MCGS组态软件的介绍 PAGEREF _Toc200896542 h - 12 - HYPERLINK l _Toc200896543 （二） 组态软件的应用 PAGEREF _Toc200896543 h - 12 - HYPERLINK l _Toc200896538 （三） FX2N编程软件的应用 PAGEREF _Toc2008

11、96538 h - 19 - HYPERLINK l _Toc200896547 五、 调试与应用 PAGEREF _Toc200896547 h - 22 - HYPERLINK l _Toc200896548 （一） 调试步骤 PAGEREF _Toc200896548 h - 22 - HYPERLINK l _Toc200896549 （二） 调试结果与常见故障分析 PAGEREF _Toc200896549 h - 22 - （三） 应用 PAGEREF _Toc200896552 h - 23 - HYPERLINK l _Toc200896552 六、 结论 PAGEREF _T

12、oc200896552 h -24 - HYPERLINK l _Toc200896553 参考文献 PAGEREF _Toc200896553 h - 25 - HYPERLINK l _Toc200896554 谢辞 PAGEREF _Toc200896554 h - 26 -一、 绪论（一） PLC控制在国内外的发展近况20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用

13、可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。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都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。（二） 基于PLC的压力过程控制系统的发展前景近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国

14、经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。 特别在那些对实时性要求高，对成本敏感，对尺寸敏感的场合，嵌入式PLC大有可为。(三) 设计主要内容 基于PLC的压力过程控制系统要求首先辨识压力的数学模型,然后用PLC进行智能控制设计。在众多生产领域中，经常需要对压力罐等容器中的液位进行监控，以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高。而本课题采用可编程控制器（PLC）对压力进行监控，其电路结构简单，投资少，监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，可直接运用于锅炉压力控制中,也可用于恒压供水系统中。二、基

15、于PLC的压力过程控制系统方案（一）设计方案1 设计方案“基于PLC的压力过程控制系统”利用工业控制计算机 (IPC) 作为上位机，利用MCGS软件作为程序开发平台，下位机采用可编程序控制器 (三菱FX2N16M PLC)，组成一个压力过程控制监控系统（如图2.1）。MCGSMCGSIPC 工控机PLC上位机下位机图2.1 压力过程监控系统被控对象由上、下两个压力罐组成，其控制要求为：将压力罐 1 的压力值P1和压力罐 2 的压力值 P2 分别控制在某个范围内。两个压力罐的压力信号分别由检测装置进行实时检测，然后将被测的标准信号经 A/ D 转换后输入计算机，根据采集到的信号情况，计算机将控制

16、信号经 D/ A 转换后输出给执行机构，对气泵和控制阀进行通断控制，从而形成计算机控制的闭环控制方案。系统采用气泵恒压供气，通过安装在出压力罐上的压力变送器，把压力信号变成420mA的标准信号送入PLC（可编程控制器），PLC通过PID程序运算后，输出转速信号送给电气转换器，由电气转换器控制阀的开度，调节气压，使压力罐内的压力保持在给定的压力值上。当气压大于或小于压力罐的气压范围时，通过PLC控制阀以达到减压或者加压的目的，实现压力罐内气压保持在恒定范围内。2 控制阀的选择(1)主、副调节器：三菱FS2N PLC(2)压力变送器:2台DBYG-300A压力变送器(3)调节阀：2台ZMAP-10

17、0B小流量调节阀(4)电器转换器：2台QZD-1000电器转换器(5)减压器:3台QFH-221型空气过滤减压器(6)24VDC电源3 控制方式的选择（1）串级系统的组成压力变送器2压力变送器1V控制器 2P1压力变送器2压力变送器1V控制器 2P1P2控制器1 + + + + _ _ PV PV图2.2 串级过程控制系统（2）采用串级控制系统串级系统由主、副两个控制回路组成，主、副调节其相串联工作。以一阶回路为外环，二阶回路为内环设计串级控制系统（3）串级系统的优点改善被控对象的特性能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统的抗扰动能力提高了系统的鲁棒性具有一定的自适应能力（二）控制算法

18、1 控制算法的选择PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为因此它的传递函数为：其中,kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ki和Kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态

19、特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。2 PID控制的原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际

20、中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。3 PID控制器的参数整定PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临

21、界比例法、反应曲线法和衰减法。现在一般采用的是衰减曲线法。衰减比例法是指：在闭环系统中，在纯比例的情况下，按比例度从大到小的变化规则，对于某一值做小幅度的设定值阶跃干扰，直至出现4：1的衰减为止。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现4：1的衰减曲线。记下这时的比例放大系数和衰减周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。三、 硬件部分实现（一）FX2N特殊功能模块的应用为了扩大PLC的应用范围，FX2N系列PLC开发出各种特殊功能I/O模块，以满足各种工业控制的

22、不同需求。特殊功能I/O模块的类型有：模拟量输入、输出处理模块、高速处理模块、定位控制模块、PID模块、数字控制模块、联网通信模块、多参数输入模块、温度传感器输入模块、语言输出模块等等。1 FX2N-4AD模拟量转换模块（1）FX2N-4AD的结构：FX2N-4AD模拟特殊模块有四个输入通道，输入通道接收模拟信号并将其转换成数字量，这称为A/D转换。FX2N-4AD最大分辨率是12位。基于电压或电流的输入/输出的选择通过用户配线来完成，可选用的模拟值范围是-10V到10VDC（分辨率5mV）。并且/或者4到20mA，-20到20mA(分辨率：20uA)。FX2N-4AD和FX2N主单元之间通过

23、缓冲存储器交换数据，FX2N-4AD共有32个缓冲存储器（每个16位）FX2N-4AD占用FX2N扩展总线的8个点。这8个点可以分配成输入或输出。FX2N-4AD消耗FX2N主单元或有源扩展单元5V电源槽30mA的电流（2）FX2N-4AD的安装注意事项：模拟输入通过双绞屏蔽电缆来接收，电缆应远离电源线或其他可能产生的电线Z如果输入有电压波动，或在外部接线中有电气干扰，可以接一个平滑电容器（0.1uF到0.47uF，25V）如果使用电流输入，请互连V+和I+端子。如果存在电气干扰，请连接FG的外壳地端和FX2N-4AD的接地端。连接FX2N-4AD的接地端与主单元的接地端。可行的话，在主单元使

24、用3级接地。（3）使用说明环境指标项目说明环境指标（除下面一项之外）与FX2N主单元相同耐压绝缘电压5000VAC，1分钟（在所有端子和地之间） 电源指标项目说明模拟电路24VDC10%，55mA（源于主单元的外部电源）数字电路5VDC，30mA（源于主单元的内部电源）性能指标模拟输入项目电压输入电流输入电压或电流输入的选择基于对输入端子的选择，一次可同时使用4个输入点模拟输入范围DC-10到10V（输入阻抗：200千欧）DC-20到20mA（输入阻抗：250欧）数字输出12位的转换结果以16位二进制补码方式储存。-20482047分辨率5mV20uA总体精度1%1%转换速度15ms/通道（常

25、速），6ms/通道（高速）（4）缓冲存储器（BFM）的分配BFM内容*#0通道初始化，缺省值=H0000*#1通道1包含采样数（1-4096），用于得到平均结果，缺省值就为正常速度，高速操作可选择*#2通道2*#3通道3*#4通道4#5通道1这些缓冲区包含采样数的平均输入值，这些采样数十分别输入在缓冲区中的通道数据#6通道2#7通道3#8通道4#9通道1这些缓冲区包含每个输入通道读入的当前值#10通道2#11通道3#12通道4#13-#14保留#15选择转换速度如设为0，则选择正常速度，15ms/通道如设为1，则选择高速，6ms/通道BFMb7b6b5b4b3b2b1b0#16-#19保留*#

26、20复位到缺省值和预设，缺省值=0*#21禁止调整偏移、增益值、缺省值=（0，1）允许*#22偏移、增益调整4O4G3O3G2O21O1*#23偏移值 缺省值=0*#24增益值 缺省值=5000#25-#28保留#29清除状态#30识别码K2010#31禁用缓冲存储器提供了利用软件调整偏移和增益值得手段偏移（截距）：当数字输出为0时的模拟输入值增益（斜率）：当数字输出为+1000时的模拟输入值（如图4.1所示）图4.1 增益和偏移通道选择通道的初始化由缓冲存储器BFM#0种的4位十六进制数字HOOOO控制。第一位字符控制通道1，而第四个字如控制通道4。设置每一个字符的方式如下：O=0：预设范围

27、（-10V到10V） O=2：预设范围（-20mA到20mA）O=1：预设范围（+4mA到+20mA） O=3：通道关闭根据控制对象的实际要求，程序设定为四通道4mA到20mA，即预设值为：H1111模拟到数字转换速度的改变在FX2N-4AD的BFM#15种写入0或1，就可以改变A/D转换的速度在程序中没有用到调整增益和偏移值1）当通过将BFM#20设为K1 而将其激活后，包括模拟特殊功能模块在内的所有的设置将复位成缺省值，对于消除不希望的增益和偏移调整，这是一种快速的方法。2）如果BFM#21的（b1,b0）设为（1，0），增益和偏移的调整将被禁止，以防止操作者不正确的改动。若需要改变增益和

28、偏移，则（b1,b0）必须设为（0，1），缺省值是（0，1）。3）BFM#23和#24的增益和偏移量杯传送到指定输入通道的增益与偏移的稳定寄存器，带调整的输入通道可以由BFM#22适当的（增益-偏移）位来指定。4）对于具有相同增益和偏移量的通道，可以单独或一起调整。5）BFM#23和#24种的增益和偏移量的单位是mV或uA，由于单元的分辨率，实际的响应将以5mV或20uA为最小刻度。状态信息BFM#29BFM#29的位设备开ON关OFFb0:错误b1-b4中任何一个为ON如果b2到b4中任何一个为ON，所有通道的A/D转换停止无错误b1：偏移/增益错误在EEPROM中的偏移/增益数据不正常或者

29、调整错误增益/偏移数据正常b2：电源故障24V DC电源故障电源正常b3：硬件错误A/D转换器或其它硬件故障硬件正常b10：数字范围错误数字输出值小于-2048或大于2047数字输出值正常b11：平均采样错误平均采样数不小于4097，或不大于0（使用缺省值8）平均正常（在1到4096之间）b12：偏移/增益调整禁止禁止BFM#21的（b1,b0）设为（1，0）允许BFM#21的（b1,b0）设为（1，0）识别码BFM#30可以使用FROM指令读出特殊功能模块的识别号，FX2N-4AD单元的识别号是K20102 FX2N-4DA 模拟特殊模块（1）FX2N-4DA的结构：FX2N-4DA模拟特殊

30、模块有四个输出通道，输出通道接收数字信号并转换成等价的模拟信号，这样称为D/A转换。FX2N-4DA最大分辨率是12位基于输入/输出的电压电流选择通过用户配线完成，可选用的模拟值范围是-10V到10VDC（分辨率5mV）,或者0到20mA（分辨率20uA），可被每个通道分别选择。FX2N-4DA和FX2N主单元之间通过缓冲存储器交换数据，FX2N-4DA共有32个存储器（每个16位）FX2N占用FX2N扩展总线的8个点。这8个点可以分配成输入或输出，FX2N-4DA消耗FX2N主单元或有源扩展单元5V电源槽的30mA电流。（2）FX2N-4DA安装注意事项：对于模拟输出使用双绞线屏蔽电缆，电缆

31、应远离电源线或者其他可能产生电气干扰的电线。在输出电缆的幅载短使用单点接地（3级接地：不大于100欧姆）。如果输出存在电气噪声或者电压波动，可以连接一个平滑电容器（0.1uF到0.47uF。25V）。将FX2N-4DA的接地端和可编程控制器的接地端连接在一起将电压输出端子短路或者连接电流输出负载道电压输出端子可能会损坏FX2N-4DA。也可以使用可编程控制器24VDC服务电源。不要将任何单元连接到未用端子。（3）缓冲存储器（BFM）的分配BFM内容W#0E输出模式选择，出厂设置H0000#1#2#3#4#5E数据保持模式，出厂设置H0000#6，#7保留BFM#0输出模式选择：BFM#0的值使

32、每个通道的模拟输出在电压输出和电流输出之间切换。采用4位十六进制数的形式。从右到左分别表示各个通道的输出模式，第一位数字是通道1的命令，第二位数字则是通道2的命令，以此类推。H O O O OCH4 CH3 CH2 CH1O=0：设置成电压输出模式（输出-10V到+10V电压）O=1：设置成电流输出模式（输出+4mA到20mA电流）O=2：设置成电流输出模式（输出0mA到20mA电流）BFM#1，#2，#3，#4：分别表示输出数据通道CH1，CH2，CH3，CH4，且初始值均为0。BFM#5：数据保持模式：当可编程控制器处于停止（STOP）模式，RUN模式下的最后输出值将被保持。要复位这些值以

33、使其成为偏移值，可将十六进制设置值写入BFM#5中。H O O O O O=0：保持输出 CH4 CH3 CH2 CH1 O=1：复位到偏移值BFM说明#8（E）CH1，CH2的偏移/增益设定命令，初始值H0000#9（E）CH3，CH4的偏移/增益设定命令，初始值H0000W#10偏移数据CH1*1单位：mV或uA初始偏移值：0初始增益值+5，000模式0#11增益数据CH1*2#12偏移数据CH2*1#13增益数据CH2*2#14偏移数据CH3*1#15增益数据CH3*2#16偏移数据CH4*1#17增益数据CH4*2#18，#19保留W#20（E）初始化，初始值=0#21E禁止调整I/O

34、特性（初始值：1）#22，#28保留#29错误状态#30K3020识别码#31保留BFM#8，#9：偏移/增益设置命令：在在BFM#8或#9相应的十六进制数据位中写入1，以改变通道CH1到CH4的偏移和增益值，只有此命令输出后，当前值才会有效。BFM#10到#17：偏移/增益数据：将新数据写入BFM#10到#17，可以改变偏移和增益值。写入数据的单位是mV或者uA，数据写入后BFM#8和#9作相应的设置。BFM#20：初始化：当K1写入BFM#20时，所有的值将被初始化成出厂设定。BFM#21：禁止调整I/O特性：设置BFM#21为2，会禁止用户对I/O特性的疏忽性调整。一旦设置了禁止调整功能

35、，该功能将一直有效，直到设置了允许命令（BFM#21=1）。BFM#29：错误信息：当出现错误时，可以用FROM指令从这里读出错误的信息。位名字位设为“1”时的状态位设为“0”时的状态b0错误b1到b4任何一位为ON无错b1O/G错误EEPROM中的偏移/增益数据不正常或者发生设置错误偏移/增益数据正常b2电源错误24VDC电源故障电源正常b3硬件错误D/A转换器故障或者其他硬件故障没有硬件缺陷b10范围错误数字输入或模拟输出值超出指定范围输入或输出值在规定范围内b12G/O调整禁止状态BFM#21没有设为“1”可调整状态BFM#21=1BFM#30：特殊功能模块的识别码，可用FROM指令读取

36、。FX2N-4DA单元的标识码是K3020，可编程控制器与特殊功能模块交换任何数据之前，可以在程序中使用标识码来确定特殊功能模块。3 PLC与计算机连接通讯FX系列PLC支持无协议的RS232和RS485通信协议两种通信方式。PLC的默认设置是只支持RS232通信，所以要使用RS485通信协议，必须事先用RS232（即PLC的编程口）通信，设置寄存器PLC D8120寄存器，因此必须具有编程电缆一条。 工控机与PLC的通讯通过电缆来完成,它将FX2N的编程口与计算机的RS232口相连,具体设置是在下位机的编程环境(FX2N编程软件)和MCGS 组态软件的设备窗口中完成的。工控机与数显仪表的具体

37、设置在MCGS 组态软件的设备窗口中完成的四、 软件部分的实现（一）MCGS组态软件的介绍MCGS6.2通用版是北京昆仑通态数十位软件开发精英，历时整整一年时间，辛勤耕耘的结晶，MCGS6.2通用版无论在界面的友好性、内部功能的强大性、系统的可扩充性、用户的使用性以及设计理念上都有一个质的飞跃，是国内组态软件行业划时代的产品，必将带领国内的组态软件上一个新的台阶。主要指标： 全中文可视化组态软件，简洁、大方，使用方便灵活完善的中文在线帮助系统和多媒体教程真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000平台提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面支持数据采集板卡

38、、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线支持ODBC接口，可与SQL Server、Oracle、Access等关系型数据库互联支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果上千个精美的图库元件，保证快速的构建精美的动画效果功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建，保证多个系统完美结合完善的网络体系结构，可以支持最新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网，GPRS通讯

39、网和无线通讯网 MCGS6.2(Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，能够在Windows平台上运行。通过对现场数据的采集处理。以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式。向用户提供解决实际工程问题的方案。充分利用windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点。比以往使用专用机开发的工业控制系统更具通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。（二）组态软件的应用1 MCGS软件编程“基于PLC的压力过程控制系统”界面分成三个部分，分别是“压力过程控制系统”（图3.

40、1）、“实时曲线”（图3.2）和“PID”（图3.3）。图3.1 压力过程控制系统 “压力过程控制系统界面”的出现使得原本复杂系统变得一目了然，它直观地展现了串级系统的工作方法和连接方法。流动块的动作形象地展示了气体在管道中和压力罐中的流动方式。两个压力表则能更加清楚地显示压力的变化。图3.2 实时曲线 “实时曲线”界面能清楚地显示压力变化的曲线，使压力过程的变化更加直观。控制曲线的显示使得我们对控制方式和有更深入的了解，从而可以通过所学习的知识更好地改善系统。图3.3 PID控制 “PID控制”界面显示了系统在进行比例积分微分控制时当前的PID值2 MCGS软件连接设置硬件连接类型：RS48

41、5通信用扩展模块FX0N-485ADPFX0N用，若连上FX2N-CNV-BD则可以和FX2N使用。FX2N-485-BDFX2N用。双绞线连接在RS485/422 UNIT 中SDA 与 SDB 和RDA与RDB间接电阻（300欧姆），双绞线在485BD侧的屏蔽线要接地（100欧姆或更低）。单绞线连接在单绞线连接时 RS485/422 UNIT中SDA与RDA短接，SDB与RDB短接，RDA与RDB之间要接100欧姆左右的电阻。485BD的SDA与RDA短接，SDB与RDB短接，FX系列PLC支持无协议的RS232和RS485通信协议两种通信方式。PLC的默认设置是只支持RS232通信，所以

42、要使用RS485通信协议，必须事先用RS232（即PLC的编程口）通信，设置寄存器PLC D8120寄存器，因此必须具有编程电缆一条。系统默认设置D8120=H0086表示9600，7，偶校验，1位停止位，无命令头和命令尾，整个命令不加校验和，无协议的通信方式，FX系列PLC在掉电后D8120恢复成H0086，所以此时不能用RS485通信，必须用编程软件或RS232设备驱动更改D8120，使其设置成RS485通信方式。RS485通信设置RS485通信时最好设置成9600波特率，7，偶校验，2位停止位若是采用协议1，不加校验和 则向寄存器D8120中写H408E 若是采用协议1，加校验和 则向寄

43、存器D8120中写H608E 若是采用协议4，不加校验和 则向寄存器D8120中写HC08E若是采用协议4，加校验和 则向寄存器D8120中写HE08E需要注意的是，FX系列的PLC掉电后不能保存D8120中的数据，解决的办法是，使用D000-D255中的一个寄存器，把通信参数放在这里面，当上电后将寄存器中的数据移到D8120中，在FX2N系列的PLC中可以保存D8120中的数据，所以不需要这一步，相反在设置完D8120后需要把PLC的电源切断，在上电则设置的参数才能有效。地址设置若485总线上挂有多个PLC，则必须设置D8121，系统默认的地址为0。地址的设置可以用编程软件，或使用本设备构件

44、来设置。若用本构件来设置时，请添加D8121寄存器，然后往寄存器中写数就可以了。（如图3.4）图3.4 通信设备属性设置 由于系统中仅连接一个PLC，所以将设备地址设置为“0”。串口设置三菱FX系列串口设备必须挂接在通用串口父设备下，通用串口父设备在通用设备构件中。通用串口父设备是用来设置上位机与具体设备连接的通信参数和通信端口的。必须要注意的是，通信参数必须设置成与PLC的设置一样，否则就无法进行通信。只有将串口的各个属性设置正确，才能使MCGS与PLC设备正确连接、达到监控的效果。FX2N系列串口的属性包括内部属性：用来设置组态要具体操作的寄存器。设备名称：可根据需要来对设备进行重新命名，

45、但不能和设备窗口中已有的其它设备构件同名。采集周期：为运行时，MCGS对设备进行操作的时间周期，单位为毫秒，一般在静态测量时设为1000ms，在快速测量时设为200ms。初始工作状态：用于设置设备的起始工作状态，设置为启动时，在进入MCGS运行环境时，MCGS即自动开始对设备进行操作，设置为停止时，MCGS不对设备进行操作，但可以用MCGS的设备操作函数和策略在MCGS运行环境中启动或停止设备。设备地址：485通信必须个每个PLC设置一个地址，若有多个PLC，可以同时在一个串口父设备下挂多个相同的设备，而以PLC的地址来区别。是否求校验：若在设置D8120中设置了有求校验和，这选择求校验，默认

46、为不求校验。协议格式：485通信有两种协议格式，默认为0协议1，还有一种是1协议4，根据D8120而作出相应选择。设备内部属性内部属性用于设置PLC的读写通道，以便后面进行设备通道连接，从而把设备中的数据送入实时数据库中的指定数据对象或把数据对象的值送入设备指定的通道输出。当第一次启动设备工作时，先把PLC中的数据读回来，之后本设备会将变化的值往下写，这种操作的目的是防止用户PLC程序中有些通道的数据在计算机第一次启动，或计算机中途死机时不能复位。设备中可操作PLC寄存器列表：X输入继电器(位操作只读) ；Y输出继电器(位操作，可读可写)； M中间继电器(位操作，可读可写)；D变量存储器(字，

47、双字，浮点，可读可写)；对其他的寄存器请使用D寄存器，或M继电器导动。（如图3.5）图3.5 设备的内部属性增加通道：单击设备基本属性中的“设置设备内部属性”在打开的属性页中按“增加通道”按钮，弹出增加通道窗口。图3.6串口基本属性设置在增加通道的属性页面上，可以对继电器类型进行选择。选择要对PLC中的那个继电器区或寄存器区进行操作即选择通道类型,可以选择是只读，只写，还是读写，软件默认状态是只读。选择操作继电器区或寄存器区的什么地方即输入通道地址，比如，要以字操作的方式读或写DW15，则在输入通道地址中写15。选择通道地址中的哪一位(00-7)或一次操作1个字16位或2个字32位，或浮点。同

48、时也可以设置一次连续增加多少个PLC通道。设备调试设备调试在构件属性窗口的“设备调试”属性页中进行，以检查和测试本构件和PLC的通讯连接工作是否工作，在进行调试前，要先对通讯单元的各种跳线进行设置，计算机和通讯单元之间的通讯线也要正确连接。MCGS对PLC设备的调试分为读和写两个部分：如果在“通道连接”属性页中显示的是读PLC通道，则在“设备调试”属性页中显示的是PLC中这些指定单元的数据状态；如果在“通道连接”属性页中显示的是写PLC通道，则在“设备调试”属性页中把对应的数据写入到指定单元PLC中。对开关量输入输出通道，在对应值一列显示的是开关量状态，为0表示关，为1表示开。对输出通道，在对

49、应值一列中，当用鼠标左键按下时，对应通道的输出状态为1，松开鼠标左键时，输出状态为0。 图3.7 设备调试时各个对象的属性寄存器类型 寄存器名称：这是一个字符型变量，他表示当前要操作的寄存器，在这个驱动中，它的取值可以是：X,Y,M,D。寄存器地址：这是一个数值型变量，他表示当前要操作的寄存器地址，它的取值根据不同型号的PLC而有所不同。数据类型：这是一个字符型变量，他表示当前要操作的寄存器数据的数据类型，如果是位寄存器则该项不起作用可以设为“”，如果是数据类型它的取值可以是WB,WUB,WD,DB,DUB,DD,DF(这里第一个字母表示数据的长度, W表示是字数据，D表示是双字数据。后一个或

50、两个字母表示数据类型，B表示二进制数，D表示BCD码，F表示浮点数，二进制数中带U表示无符号数，不带U的表示有符号数。WUB16位 无符号二进制WB16位 有符号二进制WD16位 4位BCDDUB32位 无符号二进制DB32位 有符号二进制DD32位 8位BCDDF32位 浮点数数据：这是一个数值型变量，它是用来存储设备命令数据的MCGS变量，当然，如果是写设备命令，它也可以是一个常量。由于程序中将PLC的D0D3、D190D193设置为和特殊功能模块缓存器交换数据的寄存器，所以，在设置中添加D0D3、D190D193并且设置为读写寄存器（图4.6中显示）。（三）FX2N编程软件的应用1 控制

51、程序的编写程序流程图打开FX2N特殊功能模块打开FX2N特殊功能模块模块是否打开数据输入PID控制数据输出结束开始控制阀动作图3.8 程序编制流程图其中，打开特殊功能模块、数据输入、PID控制以及数据输出部分均由PLC控制程序梯形图说明初始化程序：打开FX2N-4AD特殊功能模块，当PLC没有错误信息时将特殊功能模块中K5K6的内容传送到PLC的D141D142中。数据传输：对两个输入端口进行设置，分别将两个压力罐的当前压力值传入PLC的数据寄存器中，并且对PID控制的数据进行设置。由PID指令格式可得D140和D190中的内容为设定值D141和D142中的内容为测量值D143和D173中的内

52、容为采样时间，此处测量时间为100msD144和D174中的内容为动作方向，此处设定为ON即启动PID自整定D145和D175中的内容为滤波常数，此处设定为5D146和D176中的内容为比例增益(Kp)，此处设定为3000D147和D177中的内容为积分时间（TI），此处设定为100100msD149和D179中的内容为微分增益（KO），此处设定为0D150和D180中的内容为微分时间（TD），此处设定为0ms数据处理：对两个输入端口的数据分别进行PID控制，将D141D142中的测量值分别和D140D190中的设定值进行比较，将输出值分别存入D190D191中。数据传输：打开FX2N-4DA

53、口。把控制输出值，即D191中的值存入PLC的D0寄存器中，并且把这些数据移入特殊功能模块的1数据寄存器中。五、 调试与应用（一）调试步骤检查设备是否有故障将计算机和PLC串口连接打开电源、计算机以及PLC检查PLC串口通信和MCGS串口通信将系统连接成串级控制系统由响应曲线修改编程软件中的设定值（二）调试结果与常见故障分析1 调试调试结果：软件与PLC无法建立通信连接。原因分析：由于在对“通信串口”进行设置时，没有正确设置PLC的实际地址，以至于软件与PLC无法建立连接。2 常见故障分析无法建立通信连接检查PLC是否上电。485扩展模块连接是否正常，电源指示灯是否点亮，RD数据接收灯是否点亮

54、，若电源指示灯不亮或数据接收也不亮，则是模块本身有问题。若电源指示灯亮且数据接收灯也亮，但SD灯不亮，则原因是通信参数设置与设备的格式不对。确认PLC的实际地址是否和串口基本属性的地址一致，若不知道PLC的实际地址，则用编程软件查看D8121的值。通讯不可靠通信不可靠（不稳定）若通信状态时而为0，时而为1，表示通信不可靠，原因可能有：通信距离太远，一般不超过50米。现场干扰太大，尽量使用屏蔽线。采样周期太短，试着改变采样周期。(三) 应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量

55、的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制

56、的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。六、 结论过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。基于PLC的压力过程控制系统，利用了工控机组态软件的强大数据处理和图形表现能力，PLC抗干扰能力强、适用于工业现场的特点,以及变频器的调速性能，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术，具有可靠性高、维护容易等特点。系统实现了数据的集中管理、自动控制、故障检测等多方面功能，为压力过程控制系统的连续、稳定、安全运行提供了保证。组态软件的出现，改变了工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；

57、选择余地小，不能满足用户需求；难与外界进行数据交互以及升级和增加功能都受到严重的限制的现状。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。利用计算机监控系统采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统。而工控机和组态软件结合监控系统，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术，广泛应用在化工、供暖、机械、供水、水处理等多个领域，在

58、工业生产中发挥越来越显著的作用。参考文献马国华. 监控组态软件及其应用.北京：大学出版社, 2001 .68袁秀英. 组态控制技术. 北京：电子工业出版社，2003.45廖常初. FX系列PLC编程及应用. 北京：机械工业出版社, 2004.154宋伯生. PLC编程理论算法及技巧. 北京：机械工业出版社, 2005.92顾战松 陈铁年.可编程控制器原理与应用. 北京：国防工业出版社，2003.46谢辞本文作者在初期准备期间，认真阅读和参考了大量有关PLC以及MCGS的相关书籍，并将所学到的理论知识与相关开发软件做了有机的结合。在指导教师和同学们的帮助下，终于设计出了基于PLC的压力过程控制系

59、统。但是由于时间的关系，控制系统还有很多可以完善的地方都没有进行进一步完善，相关组态软件所具有的功能还有许多是作者未曾开发和加以很好利用的，这不能不说不是一个遗憾。本人所能做到的就是将设计基于PLC的压力过程控制系统过程中的经验和教训记录下来，供继续进行这方面研究的读者参考。此次设计是作者初次涉及MCGS组态软件的应用及设计，因此，在设计及论述过程中难免有错误和不妥之处，敬请各位老师和同学批评指正。在此期间，指导老师魏晓娅老师给予了我很大的帮助，为我提供了不少设计建议和改进思路，从而使我能顺利的完成这次毕业设计，所以在此向她表示深深的谢意。最后还要向文中引用到其学术论著及研究成果的众多学者前辈

60、与同行鸣谢，也感谢将为本文审稿的所有专家们，你们提出的宝贵意见将使我受益匪浅!附录资料：不需要的可以自行删除C语言编译器的设计与实现 我们设计的编译程序涉及到编译五个阶段中的三个，即词法分析器、语法分析器和中间代码生成器。编译程序的输出结果包括词法分析后的二元式序列、变量名表、状态栈分析过程显示及四元式序列程序，整个编译程序分为三部分：(1) 词法分析部分(2) 语法分析处理及四元式生成部分 (3) 输出显示部分一词法分析器设计 由于我们规定的程序语句中涉及单词较少，故在词法分析阶段忽略了单词输入错误的检查，而将编译程序的重点放在中间代码生成阶段。词法分析器的功能是输入源程序，输出单词符号。我