基于PLC的过程控制系统的设计与实现测控技术毕业论文

毕业论文基于PLC的过程控制系统的设计与实现系别专业名称班级学号学生姓名指导教师自动化工程系测控技术与仪器基于PLC的过程控制系统的设计与实现摘要可编程控制器是以微型计算机为核心的工业控制装置，综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术。德国西门子公司SMATICS7300系列可编程控制器的模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得S7．300系列可编程控制器在工业领域中实施各种控制任务时冖成为一种既经济又切合实际的解决方案。过程控匍系统中，80％以上的控制对象都可以用PID控制器来实现。通过组态PLC的标准pm控制模块，实现对工业流程的自动控制，可以大大提高编程效率和整个项目的组态时间：本设计是以液位为被控对象，基于SIEMENSS7-300PLC和昆仑通态公司的组态软件MCGS设计了一套液位控制系统。编程时调用了sqp7中自带的pm模块，使得程序更为简洁，运行速度更为理想。利用可编程控制器和组态软件，实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。实验证明，此系统具有快、准、稳等优点在工业控制领域中能得到广泛运用：关钅建讠司：PID，PLC,MCGS，液位，过程控制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目录第一章绪论凵课題研宄的背景知识和意义2过程控制系统概述13课題的研究内容、第二章PID控制原理以及系统结构图]PID调节基．本原理、2．凵PID概述．2．1.2数字式PID控制算法．22PID控制器的选择23连续调节功能SFB41fFB41"CONT0．第三童可编程控制器3.1PLC可编程控制器基础3．凵PLC可编程控制器的产生和应用．3上2PLC可编程控制器的组成和工作原理．3．1.3PLC可编程控制器的分类及特点．第四章PLC硬件控制系统设计4.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤1141PLC控制系统设计的基本原贝J..4上2PLC控制系统设计的一般步骤“4．2PLC的选型与硬件配置．上2．1PLC型号的选择．422ST．300CPU的选择“42．3sM322数字量输出模块．4．31/0点分配．114．4PLC控制器的设计114．4.1控制系统数学模型的建立4．42PID参数整定第五章PLC控制系统软件设计5.1PLC程序设计方氵去．0乙52编程软件STEP7概述0凵 5．2.1 P7的操作步骤·003软件程序设计05．3.1设计思路CD，．3·2控制程序流程图0]5．33梯形图程序．勹1•-，．3·4PID指令向导的运用0」O“第六童在MCGS上位机上监控PID控制程序运行1凵《0」12建立一个MCGS组态系统000乙63实现MCGS与S7·300的软件通讯．匚06．3.1概述．匚0巧2过通讯硬件连接CD6．33设备调试宀0结论37致谢38参考文·39附录40第一章绪论凵课题研究的背景知识和意义目前工业自动化水平己成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的輸出经过输出接口，执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控匍系统要采用压力传感器：电加热控制系统的传感器是温度传感器：目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器〔仪表）己经很多，产品己在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器@阉ligentregulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器（PLC)，还有可实现PID控制的pc系统等。1.2过程控制系统概述液位是过程控制中重要的控匍形式之一：过程控匍涉及炼油、发电、化工、冶金、医药、造纸和轻工等工业部门，对国民经济的发展起着十分重要的作用。过程控制涉及的对象一般具有过程复杂、系统大和安全性要求高等特点，对自动化的要求也较高，自动化程度自然相对发展也比较决。过程控匍的发展经历了从常规仪器仪表到集散型计算机控制系统(DCS)的发展过程。进人20世纪90年代，企业的自动化向着以计算机网络为基础的计算机集成系统的方向发展。从系统的功能角度看，连续过程的工业自动化由过去的以保证平稳生产为目标的简单控制装置发展到考虑过程的非线性、时变性等因素的先进控制系统：随着科学技术的发展和市场竞争的日趋激烈，企业把注意力集中到如何形成一个能适应生产环境不确定性和市场供求多变性的、具有高柔性、全局最优、高经济效益和高管理水半的，集生产与经营管理于一体的综合自动化系统，也就是连续生产过程的计算机集成制造系统cms(computerlntegrateünanufactunngsystem)，亦称计算机综合处理系统CIPS(computerintegratedprocessmgsystem)'连续过程工业的CIMS完全摆脱了传统的“孤岛”式的自动化模式，它以计算机的软、硬件系统的集成为基础，实现企业生产信息和管理信息的集成，计划调度、控制功能和管理决策功能的集成，使企业成为一个整体并协调地运行，从而创造出最好的经济效益和社会效益。在现代化的大型企业中，尽管过程控制采用了先进的DCS系统，但绝大部分的控制回路仍采用比例，积分和微分控制：据有关资料介绍，在连续的工业过程的控制中，8”09，％的控制回路采用PID控制，约有％．巧％的控制回路是常规PID控制所不能奏效或效果不好的，而必须采用高等过程控制策略。高等过程APC(AdvancedprocessControl),亦称先进过程控制目前尚无统一的定义。习惯上，将基于没有精确数学模型而又必须用计算机来实现的控制算法，统称为高等过程控制策略：如模糊控制、补偿控制（包括sm•th补偿控制，前馈控制等）、预濞控制，自适应控制，非线性控制、多变量控制、分布参数控制等。13课题的研究内容可编程控制器(PLC)是计算机技术，自动控制技术和通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越，广泛应用于工业控制的各个领域，并己成为工业自动化的三大支柱(PLC、工业机器人、CAD℃(M)之一：PLC的应用已成为工业自动化发展必然的一个趋势。在不久的将来PLC技术在我国将得到更全面的推广和应用。本文研宄的是PLC技术在液位控制系统上的应用：从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、程序设计。控制对象数学模型的建立，控制算法的选择和参数的整定。本论文通过德国西门子公司的S7．300系列PLC控制器，压力液位传感器将检测到的实际液位值转化为电信号，转换成数字量信号并送入到PLC中进行ID调节。同时利用北京昆仑通态公司的组态软件，通过串行口与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户作更方便。总体上包括硬件设计、软件编程、参数整定等．全论文分为七章各章的主要内容说明如下。第一章，对液位控制系统应用的背景及国内外的发展状况进行了阐述，指出了本文的研究意义所在。第二章，概述了PID控制系统的原理和系统结构图等基础内容。第三章，概述了可编程控制器(PLC)的基本概念和工作原理和结构功能等知识。第四章，主要从系统设计结构和硬件设计角度，介绍了该项目的此c控制系统的设计步骤、PLC的硬件配置以及PLC控制器的设计和参数整定。第五章，在硬件设计的基础上，详细介绍了本项目的软件设计，主要包括软件的设计基本步骤，方法，编程软件下p7的介绍以及本项目程序设计。第六章，详细介绍了在组态软件MCGS的基础上进行实时监控的设计。第七章，总结全文：

2PID控制原理以及系统结构图21pm调节基本原理2．1.1PID概述在工程实际中，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。PID控制器问世至今己有近70年历史，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。过程控制实际中也有和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的的。模拟控制的PID表达式见式（21)：式中KP、TI、TD分别为模拟调节器的比例增益、积分时间、微分时间。1.比例叩）控制：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输人误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state-““2．积分（0控制：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(SystemWithSteady-stateEnor),为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分伊1）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。3微分(D)控制：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）。成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳：其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的”作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前，接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引人“比例，即在误差”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。4．采样周期的选择：根据采样定理，采样周期（T过It/w)max,从系统控制品质的要求来看，希望采样周期取小一些，这样接近于连续控制不仅控制效果好，而且可采用模拟PID控制参数的整定方法：采样周期的选择还应考虑被控对象的时间常数Tp根据以上的分析，可见PID算法简单，参数调整方便，并且有一定的控的精度，所以在本项目中我们采用PID算法。2上2数字式PID控制算法在计算机控制系统中，由于连续的模拟量不能被识别，只能通过模数转换变成数字量。以一定的采样，周期对输入量进行定时采样，得到每个采样时刻的瞬时值。当采样周期比较短时，用求和代替积分、用后项差分代替微分，使模拟PID离散化变为差分方程。数字式pm控制算法有两种1数字式pm位置型控制算法为了便于计算机实现，可将积分项与微分项做如下处理见式（22）和（23）：Je(t)dtTo乥i：0邮）（22）（23）式中，T为采样周期，k为采样序号。从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次采样时刻计算机的输出；其中 KOTO KOD 称为积分系数；KD ，称为微分系数。T2．数字PID增量型控制算法所谓增量式PID是指数字控制器的输出是控制器的增量厶u(K),当执行机构需要的是控制量的增量（例如驱动步进电机）时，应采用增量式PID控制。根据递推原理，可得增量式PID控制算法式(ㄥ5)。Au(k)u(k)-u(k-1)其中KP为比例增益,K为积分时间常数,K。为微分时间常数。2.2PID控制器的选择控制系统的属性由技术过程和机器条件决定。因此,为了获得良好的控制效果,必须选择最适用的系统控制器。1连续控制器、开关控制器;(1)连续控制器,输岀一个线性(模拟)数值。(2)开关控制器,输出一个二进制(数宁)数值。2凅定值控制器:使用设定固定数值进行的过程控制,只是偶尔」修改一下参考变量,过程偏差的控制。3·级联控制器:控制器串行连接控制。第一个控制器(主控制器)决定了串行控制器(从控制器)的设定点,或者根据过程变量的实际错误影响器设定点。一个级联控制器的控制性能可以使用其它的过程变量加以改进。为此,可以为主控制变量添加一个辅助过程变量PV2(主控制器spu的输出)。主控器可以将过穆变量pⅥ施加给设定点spli并且可以调整SP2,以便尽可能快地到达目标,而没有过调节。级联控制器如图2,1所示。主主控制器伺服控制器十扰变量图级联控制器4．混合控制器；混合控匍器是指根据每个被控组件所需要的设定点总数量，来计算总叩数量的一种控制结构。在此，混合系数FAC的和必须为”。混合控制器如图22所示。LMNISP《 SPI冬22混合控制器LMNSSP图“比例控制器，．比例控制器；可以用于“两个过程变量之间的比率”比“两个过程变量的绝对数值”重要的场入。比例控匍器如图23所示。6多级控制器：主要有二级和三级控的器。一个二级控匍器只能采集两个输出状态〔例如，开和关）。典型的控制为：一个加热的系统，通过继电器输出的脉冲宽度调制。一个三级控制器只能采集到三个具体的输出状态。我们需要区分：“脉冲宽度调制”（例如，加热·冷却，加热关机·冷却〕和“使用集成执行机构的步进控制”（例如，左停止．右）之间的区别。23连续调节功能SFB41/FB41"CONTc”s删417FB41"CONTc”（连续控制器）用于在SIMATICS7可编程控制器上，控制带有连续输入和输出变量的工艺过程。在参数分配期间，用户可以激活或取消激活PID控制器的子功能，以使控制器适合实际的工艺过程。通过参数赋值工具，可以很容易地做到这一点：调用：start>SIMATIC>STEP7>PD控制参数赋值。可以使用控制器作为单独的PID定点控制器或在多循环控制中作为级联控制器、混合控制器和比例控制器使用。控制器的功能基于带有一个模拟信号的采样控制器的PID控制算法，如果必要的话，可以通过脉冲发送器(EPÜLSEGN)进行扩展，以产生脉冲宽度调制的输出信号，来控制比例执行机构的两个或三个步进控制器。除了设定点操作和过程数值操作的功能以外，s41／FB耵（CONT.一0可以使用连续的变量输出和手动影响控制数值选项来实现一个完整的pm控制器。下面是关于SFB41/FB41(CONT0详细的子功能说明：1．设定值分支设定值以浮点数格式输人到spNT输人端。过程变量分支可以在外围设备佴0）中输入过程变量，也可以以浮点数格式输入。(I)CRP函数根据公式（2．6），将PVPER外设值转换成浮点数格式．100到+100％：CRP的输出一PVPER*10m27648(2)PVNORM函数根据公式（2刁规格化CRP的输出：（2 PVNORM的输出一(CRP的输出）*四FAC+PVOFF（27）其中，PVFAC的缺省值是1，PVOFF的缺省值是0。2．误差信号设定值和过程变量之间的差值就是误差信号。要抑制由于可调节变量量化所引起的小幅持续振荡（例如，在使用PULSEGEN进行脉宽调制时），可对误筹信号使用死区(DEADBAND)O如果DEADBw=0,则死区功能关闭。3．PID算法这里所使用的PID算法是定位PID算法。比例、积分（的和微分动作是并行连接在一起的，可以单独激活或取消激活。这样便能够组态成p、、PD和PID控制器：还可以组态成纯I控制器和纯D控制器。4．手动值可以在手动模式和自动模式之间切换。在手动模式下，可调节变量被修正到手动选择的数值。积分器〔叭的内部被设置成LMNLMN_P_DISV,而微分单元瑪被设置成，这些都是自动在内部进行匹配的。这样，切换到自动模式就不会导致调节值的突然变化。5．调节值使用LMNLIMIT函数可以将调节值限制到所选择的数值上。当输入变量超过了限制值时，通过信号位来指示。吓NORM函数根据（2公式规格化LMNLIMIT的输出；调节值也可以使用外设值格式。CRPOUT函数根据公式（29）将浮点数儲IN转换成外设值：LMN一(LMNLIMIT的输出尸LMNFAC+L乁岱OFF08）其中，LFAC的缺省值是1,而吓OFF的缺省值是 LMNPER—LMN十100／27648 （26．前馈控的可以在DISV输入端前馈一个干扰变量。7．模式完全重启动/重启动FB"CONTC"有一个完全重启动例行程序，当置位输入参数COMRST=ntTE时执行。在启动期间，积分器内部被设置成初始值当在周期性中断优先级中调用积分器时，它便从这个数值开始，继续工作：所有其它输出都被设置成各自的缺省值。8．出错信息此功能块内部并不检查错误。因此没有使用出错输出参数RETVAL第三章可编程控制器可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机，简称PLC(ProgrammableLogicContrlooer：它使用了可编程程序的记忆以及存储令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。3.1PLC可编程控制器基础3.1.1PLC的产生和应用20世纪60年代，计算机技术开始应用于工业领域，由于价格高、输入电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域中获得推广。1968年，美国通用汽车公司(GM)为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引发了开发热潮。1969年美国数字设备公司(DEC)根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果：从此这项技术迅速发展起来：随着PLC的功能不断完善，性价比的不断提高，PLC的应用面也越来越广。目前，PLC在国内外己经广泛应用于钢铁、石泔、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．PLC的应用范围通常可分为开关逻辑控制、运动控制、过穆控制、机械加工中的数字控制、机器人控制、通信和联网等。3．1.2PLC可编程控制器的组成和工作原理PLC从组成形式上一般分为整体式和模块两种，但在逻辑结构上基本相同，无论是整体式还是模块式，从硬件结构看，PLC都是由存储器，耵0接口单元及扩展接口扩展部件、外设接口及外设和电源等部分组成，各部分之间通过系统总线连接。PLC的基本结构如图31所示．1℃PU〔中央处理器〕“耵是PLC的核心，起神经中枢的作用，主要由运算器、控制器，寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成。它的功能是接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等，是PLC不可缺少的组成单元。主要功能包括以下几个方面．存储单元输入接口中央处理单元CPU输出接凵电源图3IPLC的基本结构图（0接收从编程器或者计算机输入的程序和数据，并送人用户程序存储器存储。监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。诊断编程过程中的语法错误，对用户程序进行编译。在PLC进入运行状态后从用户程序存储器中逐条读取指令，并分析、执行该指令：采集由现场输入装置送来的数据，并存入指定的寄存器中。按程序进行处理，估计运算结果，史新有关标志位的状态和输出状态或数据存储器的内容。根据输出状态或数据寄存器的有关内容，将结果送到输出接口。响应中断和各种外围设备（如编程器，打印机等）的任务处理请求。2耵0接口PLC是通过各种工℃接口模块与外界朕系的，按耵0点数确定模块规格及数量，VO模块可多可少，但其最大数受所能管理的基本配置能力的限制，即受最大的底板或机架数限制：I/O模块集成了PLC的0电路，其输入暂存器反映输入信号状态输出点反映输出锁存器状态。PLC的对外功能主要是通过各种耵0接口模块与外界联系来实现的。输入模块和输出模块式PLC与现场耵0装置或设备之间的连接部件，起着PLC与外部设备之间的传递信息的作用。VO模块分为开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出等模块：3存储器存储器（内存）主要用于存储程序及数据，是LC不可缺少的组成单元。一般包括系统程序存储器和用户程序存储器两部分。系统程序存储器用于存储整个系统的监控程序，一般采用只读，存储器(ROM),只有掉电不丢失信息的程序，早期一般采用随机读写存储器巛M），需要后备电池在掉电后保存程序：目前则倾向于采用电可擦除的只读存储器(EEPROM)或闪存(Flash，免去了后备电池的麻烦。4．电源模块PLC的电源是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。电源可分为直流和交流两种类型，交流输入220VAC或110VAC，直流输入通常是24v。5智能模块除了上述通用的VO模块外，PLC还提供了各种各样的特殊VO模块，如热电阻、热电偶、温度控制，中断控制，位置控制、以太网、远程VO控制、打印机等专用型或智能型的耵0模块，用以满足各种特殊功能的控制要求。1/0模块的类型、品种与规格越多，系统的灵活性越好，模块的VO容量越大，系统的适应性就越强。巧编程设备常见的编程设备有简易手持编程器、智能图形编程器和基于pc的专用编程软件：编程设备用于输入和编辑用户程序，对系统作些设定，监控PLC及PLC所控的的系统的各种状况、编程设备在PLC的应用系统设计与调试、监控运行和检查维护中是小可缺少的部件，但不直接与现场的控制。PLC本质上就是一台微型计算机，其工作原理与普通计算机类似，具有计算机的许多特点。但其工作方式却与计算机有着较大的不同，具有一定的特殊性：PLC采用循环扫描的工作方式，工作时逐条顺序扫描用户程序，如果一个线圈按通或断开，该线圈的所有触电不会立即动作，需等扫描到该触电时才会动作：3上3PLC可编程控制器的分类及特点根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。还可以按1/0点数分类，根据PLC的LIO点数的多少，可将PLC分为小型、中型、大型和超大型些类：（的LIO点数在2以下为小型PLCVO点数在256一1024为中型PLCVO点数大于1024为大型PLCLIO点数在4000以上为超大型PLC可编程控制器有可靠性高、编程简单易学，功能强、安装简单、维修方便，采用模块化结构、接口模块丰富、系统设计与调试，周期短等特点。第四章PLC硬件控制系统设计在掌握了PLC的硬件组成、工作原理、指令系统以及编程环境后，就可以PLC作为主要控制器来构造PLC控制系统。本章主要从系统设计结构和硬件设计角度，介绍该项目的PLC控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、外部电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整定。4.1PLC控制系统设计的基本原则和步骤弄懂PLC的基本工作原理和指令系统后，就可以把PLC应用到实际的工程项目中：无论是用PLC组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC控制部分的设计都可以按照图4]所示的步骤。4．凵PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设各或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量，而在实际设计过程中，设计原则往往会涉及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为4点：1设计原则o〕完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。（2〕可靠性原则，确保计算机控制系统的可靠性。（3〕经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在I/O接口、通信能力等方面留有余地。2评估控制任务根据系统所完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分析，特别是从以下几个方面给予考虑。（1)控制规模一个控制系统的控制规模可用该系统的1幻设备总数来衡量。当控制规模较大时，特别是开关量控制的I／O设备较多时，最适合采用PLC控制。工艺复杂程度当工艺要求较复杂时，采用PLC控制具有更大的优越性。可靠性要求目前，当1/0点数在20甚至更少时，就趋向于选择PLC控制了。数据处理速度若数据处理穆度较低，而主要以工业工程控制为主时，采用PLC控制将非常适宜。图4lPLC控制系统设计步骤41.2PLC控制系统设计的一般步骤PLC控制系统设计包扌舌硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指PLC外部设备的设计，而软件设计即PLC应用程序的设计。整个系统的设计分以下5步进行：1熟悉被控对象深入了解被控系统是设计控匍系统的基础。设计人员必须深入现场，认真调查研宄，收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共同解决设计中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解，对对象的各种动作及动作时序，动作条件、必要的互锁与保护；电气系统与机械，液压、气动及各仪表等系统间的关系；PLC与其他设各的关系，PLC之间是否通信联网；系统的工作方式及人机界面：需要显示的物理量及显示方式等。2．硬件选择具体包括如下：（1)系统0设备的选择。输入设备包括按钮、位置开关、转换开关及各种传感器等。输出设各包括继电器、接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等。（2）选择PLCOPLC选择包括对PLC的机型，容量，VO模块、电源等的选择。(3)PLC的I/O端口分配。在进行耵0通道分配时应给出耵0通道分配表，表中应包含[℃编号，设备代号、名称及功能等。绘制PLC外围硬件线路图。画出系统其他部分的电气线路图包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的耵0连接图和PLC外围电气线路图组成的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路己经确定。计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。3编写应用程序．根据控匍系统的要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。程序通常还应包括以下内容：（1)初始化程序。在PLC上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作必要的准备，避免系统发生错误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或复位，对某些初始状态进行显示等等。检测、故障诊断和显示等程序：这鸣程序相对独立，一般在程序设计基本完成时再添加。保护和连锁程序。保护和连锁是穆序中不可缺少的部分，必须认真加以考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。4程序调试程序调试分为2个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。程序模拟调试是以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件：根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。（1)硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台PLC或一些输入器件等）模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬件接线的方式连接到PLC系统的输入端，其时效性较强。（2）软件模拟法是在PLC中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其简单易行，但时效性不易保证。模拟调试中，可采用分段调试的方法，并利用编程器的监控功现场调试。当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行现场调试，虹不能满足要求，须重新检查程序和接线，及时更正软硬件方面的问题。5编写技术文件技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装原理图、电气元件明细表、PLC程序以及亻吏用说明书等。4．2PLC的选型与硬件配置4．2．1PLC型号的选择本液位控制系统选择德国西门子公司的·300系列的PLCOS7．300属于中小型的PLC，本机自带RS．485通信接凵、内置电源和[℃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等诸多类型。此系统选用S7300314C．2DP，U314C．2DP集成了24点输入/16点输出，共有40个数字量耵0输出。可连接7个扩展块，并自带2个串口。内部使用MCC卡作为其装载存储器。55注；I电源模块2后备电池324vDC连接器4模式开关5状态和故障指示灯存储器卡7MPI多点接目8前连接器9前盖图42西门子S7一300LC组成结构图4．2．3sM322数字量输出模块在本设计中我们采用的是sM322数字量输出块，sM322具有16个输出点，带隔离，8点为一组，输出电流是·5A，额定负载电压是24VD巳4．3耵0点分配该液位控制系统中耵0点分配表4过如表所示．表“YO点分配表输入触电功能说明输出触电功能说明10启动按钮运行指示灯（绿）102停止按钮Q0．]运行指示灯（红）4．4PLC控制器的设计控制器的设计是基于模型控匍设计过程中最重要的一步。首先要根据对象的数学模型和它的各特性以及设计要求，@定控制器的结构以及和受控对象的连接方式。然后根据所要求的性能指标确定控制器的参数值．4．4.1控制系统数学模型的建立本液位控制系统中，压力液位传感器将检测到的压力信号转换成电信号经过与设定的压力值进行比较后，得到偏差，此偏差送入PLC控制器按PID算法进行修正，从而控制锅炉的液位。控制系统结构图如图4．3所示，方框图如图4．4所示控制系统方框图中，R（s〕为设定液位的拉氏变换式汪（s）为偏差的拉氏变换式：GCS为控的器的传递函数；Gos为广义对象，即控制阀，对象控制通道，测量变送装置三个环节的合并；PP图43控制系统结构图该液位控制系统是具有时滯的一阶闭环系统，传递函数见公式（4的G（S）To+1式（4．1）中，Ko为对象放大系数；To为对象时间常数以为对象时滞。因此式（42）Au〔4·2）由阶跃响应法求得，Ko=0.5,To：2分钟，r=08分钟。R（S）+图44控制系统方框图4．4．2PID参数整定之前我们介绍了PID的控制算法，那么该液位控制系统就己经确定了。在系统投运之前，还需要进行控制器的参数整定。因为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：pm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，主要有界比例法、反应曲线法和衰减法。上述三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验然后按照工程经验公式对控匍器参数进行整定：但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。在本设计中我们采用经验整定法来整定控制器的参数值。下而介绍方法步骤。经验整定法实质上是一种试凑法，它是在生产实践中总结出来的行之有效的方法，并在现场中得到了广泛的应用。这种方法的基本程序是先根据运行经验，确定一组调节器参数，并将系统投人闭环运行，然后人为的加入阶跃扰动（如改变调节器的给定值），观察被调量或调节器输出的阶跃响应线。若认为控制质量不满意，则根据各整定参数对控制过程的影响改变调节器参数。这样反复试验，直到满意为止。由于比例作用是最基本的控匍作用，经验整定法主要通过调整比例度6的大小来满足质量指标：整定途径有以下两条：先用单纯的比例(p)作用，即寻找合适的比例度&将人为干扰后的过渡过程调整为4．1的衰减振荡过程。然后再加入积分(1)作用，一般先取积分时间TI为衰减振荡周期的一半左右：由于积分作用将使衰减振荡俪剧，在加人的积分作用之前，要先衰减比例作用，通常把比例度增大10％、20％。调整积分时间的大小，直到出现4．1的衰减振荡。需要时，最后加人微分(D)作用，即从零开始，逐渐加大微分时间TD，由于微分作用能抑匍振荡，在加入微分作用之前，可以把积分时间也缩短一些。通过微分时间的凑试，使过渡时间最短，超调量最小。先根据表选取积分时间T《和TD，通常取TD：（03一〕然后对比例度8进行反复凑试，直到得到满意的结果．如果开始T《和TD设置的不合适，则有可能得不到要求的理想曲线。这时应适当调整TI和TD，再重复凑试，使曲线最终符合控制要求。根据经验整定参数，对于压力控制系统p在30，`，60％之间；I在30一90s之间：D在30以下。

第五章PLC控制系统软件设计PLC控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两部分，上一章己经详细的介绍了本项目的硬件设计：本章在硬件设计的基础上，将详细介绍本项目的软件设计，主要包括软件设计的基本步骤、方法，编程软件STP7的介绍以及本项目的设计程序。5.1PLC程序设计方法编写PLC程序的方法很多，这里主要介绍几种典型的编程方法。1图解法编程图解法是靠画图进行PLC程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺序法。2梯形图法梯形图法是用梯形图语言去编程PLC程序：这是一种模仿继电器控制系统的编程方法，其图形甚至元件名称都有继电器电路十分相似。这种方法很容易地把原继电器控制电路移植成PLC的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说是最方便的一种编程方法。3逻辑流程图法逻辑流程图法是用逻辑框图表示PLC程序的执行过程，反映输入与输出地关系：逻辑流程图会使整个程序脉络清晰，便于分析程序控制，查找故障点及调试和维修程序。4．时序流程图法时序流程图法是首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图再根据时序关系画出对应的控制任务的程序时序框图，最后把框图与成PLC程序。这种方法很适合以时间为基准的控制系统的编程方法。，．步进顺控法步进顺控法是在顺控指令的配合设计复杂的控制程序：一般比较复杂的程序都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序可以看成整个控制过程的一步。6经验法编程经验法是运用自己的或者别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。7计算机辅助设计编程计算机辅助设计是通过PLC编程软件（比如STEP7）在计算机上进行程序设计，离线或在线编程、离线仿真和在线调试等：使用编程软件可以很方便的在计算机上离线或在线编程，在线调试，在计算机上进行程序的存取，加密以及形成EXE文件。5．2编程软件STEP7概述STEP7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATICS7、M7、C7和基于pc的WinAC，是供它们编程，监控和参数设置的标准工具，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。STEP7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、濞试、启动和维护，文件建档、运行和诊断功能等。7的所有功能均有大量的在线帮助，用鼠标打开或选中某一对象，按Fl可以得到该对象的在线帮助：在STEP中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。卫p7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATICS7、MT、和WmAC的数据。实现STTP7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在下p7中。5．2.1S7p7的操作步骤ISI卫P7V5．4功能及结构STEP是用于对sniATIC可编程逻辑控制器进行组态和编程的标准软件包。匕产匚SIMA"HC工业软件的组成部分：2．卫p控制PID基本步骤（1）启动STEP启动Windows以后，将光标选中SIMATICManager这个图标，并双击。打开SIMA"HC管理器窗口：从这里，你可以访问你所安装的标准模块和选择模块的所有功厶匕SIMATIC管理器用于基本的组态和编程。SIMATIC管理器具有下列功能：建立项目，硬件组态及参数设定，组态硬件网络，编与程序，编辑、调试程序。与WindowsExplorer的文件夹和文件的结构相同，sne1ATIC管理器可以在的项目和库中显示对象等级。如图5]为一个对象等级分支图。(l)jiji目对象（pect）站对象atl编程模块对象（promodule）S7／M7程序对象（乊program)源文件文件夹对象（s。urcefiles)块文件夹对象（b№cks）0h030圜订T芘3的站点訐L引一2o程序〔1〕阍文件图蹒对象等级分支图生成工程项目进入s值c管理器，窗口如左下图所示，点击NEXT进入下一步进入建立过程控制系统项目所示窗口，选择CPU型号为31402D乁建I地址为2（这是为了以后建立与MCGS通讯而设置），点击下一个。在下一个窗凵选择CPU所必须的组织块OBIO并输人要建立工程的名称，点击石m这时候生成如图5．2所示的工程名为PLC过程控制的工程项目窗口。o酽r03C：0足了F支le\5Le•enskStep1\s7projVSI_P了囤3擎r们o闹蕊3到蚣点们图52PLC过程控制的工程项目窗口编程PID控制模块图在窗口左边树形项目结构中点击blocks文件夹，在右边窗口点击右键，再选中插入新模块生成新的组织块。图53卫ID控制模块在右边窗口再创建一个连续pm功能块耵，并随之色建一个背景数据块DB6，在DB36的创建对话框中选择数据块为instanceblock（背景数据块），并选择作为删41的背景数据块：之后在组织块的编程窗凵中插入如图53所示的PID控制模块。图中key-I对应符号表中的全局变量，其在CPU内对应的地址为MO.I（见下面地址编辑部分）。cont-c是组织块调用的功能块41，其数据存放在单独的，被指定给该功能块的数据块DB6中。如果要设置功能块中各参数的初始值，可打开数据块DB6,并在菜单栏的v代w选项中选择dataview，便可在实际值一栏中设置个变量的初始值了。把删唱的MANON设为FALSE,DSEL、COMRST设为cycle设为3s，GA为比例系数，为积分系数，TD为微分系数，其余为默认值；把FB43的PER设为3s，pB设为200ms，RATIOFAC设为液位比例系数，s、乁ON、COMRST为TRUE,cycle为looms,其余为默认值：利用FB41和FB43功能块形成的PID控制器可以很好的控匍液位。对于控制器中的比例系数，积分系数，微分系数采取在线调整。接下来就要给PID控制模块的各个参数编辑地址了。p7有一个专门的符号表，表内定义的都是全局变量，可供所有的块使用。（4）组态硬件创建了一个有SIMATIC站的项目，就可以组态硬件了。这些组态数据以后可以通过下载(downloading)传送到可编程控制器。在开始处打开的sniATICManager及gettmgstarted"项目。打开sniATIC300STATION文件夹双击hara硬件）符号。进入"HwConfig”窗口如图4所示：在左边树形目录中找到一个电源模版Ps3072A，将该模版拖至1号槽。同样，查找数字量输出模版SM32厶将它插入4号槽，3号槽空着，作为与其它CPU通讯用。；HConfiE -filVATTC姑点 司回冈以，00点（祝置） 57P'02501Cru314C—Z芦00i10#1固“[懼址CTu311匚2e《3GCG03T「]「「图5组态硬件53软件程序设计53．飞设计思路PLC运行时，将液位设定值，PID参数值等，存人有关的数据寄存器，使定时器复位；按启动按钮系统开始液位采样采样，周期为10秒；压力传感器把所量的压力进行标准量转换为电信号，模拟量输入通道通过读入模拟量送人PLC;经过程序计算后得出实际濞量的压力p，将p和初始设定值相比较，根据偏差计算调整量，发出条件命令。5．3．2控制程序流程图开始绿灯亮》系统运五调节D模块p]D输屮转換成占空比定时器控制上水时液位当前值和设定等显示图55控制程序流程图53．3梯形图程序在网络1程序中，10.1和102分别是启动和停让按钮，．0和Q0分别是系统运行指示灯（绿灯）和系统停止指示灯（红灯）。如图5巧所示。在网络2程序中，直接调用了编程软件自带的子程序，即就是用PID指令向导编程。上面的指令中，PV1为反馈值，也就是压力液位传感器检测到的当前压力值送入PID模块后输出地模拟电压值ATWOSetpointR为设定值。如图，．7所示。每个PID回路都有两个输人变量，给定值sp和过程变量PVO执行PID指令前必须把它们转换成标准的浮点型实数。即先把整数值转换成浮点型实数值，冉把实数值进行归一化处理，使其为00回℃之间的实数。归一化的公式见式（5过）斯一(R/S+M)（50式中，斯为标准化的实数值；R为未标准化的实数值；M为偏置，单极性为00，双极性为0，；s为值域大小，为最大允许值减去最小允许值，单极性为32000，双极性为64000。在本项目中，R一100，即就是设定液位为loon皿，s一32000，M司．0，所以按照归一化公式RI一10m320000一003125，即Setpoint_R为0℃3125。启却J,绿灯亮停止，红灯亮图图56启动停止程序．证用PIDIWA图调用ID子程序网络3的程序功能是把p回路输出转换成占空比。 回路的输出PIDOutput为00、01之间的实数值，并且设置采样时间为10秒，所以第一个指令MULR中NT2为1000。ROUND是将实数转换成双整数，DI1是将双整数转换成整数。、和vW4分别是采样周期内的上水时间和非上水时间。图图50输出转换成占空比程序图59定时器控制上水时间网络4的程序功能是用了两个100ms的定时器来控制上水时间．网络，的程序功能是为了在计算机上通过卫p7编程软件显示当前液位和设定值的程序。滚滚立当前值和显示值图510液位值显示5．3．4pm指令向导的运用STEP7提供了PIDWizard(PID指令向导），可以帮助用户方便地生成一个闭环控制过程的PID算法。此向导可以完成绝大多数pm运算的自动编程，用户只需在主程序中调用pm向导生成的子程序，就可以完成pm控制任务。ID向导既可以生成模拟量輸出PID控制算法，也支持开关量输出；既支持连续自动调节，也支持手动参与控制一本项目程序中正好运用了STEP7软件自带的PID指令向导：从而使得程序简单易懂，同时也达到了控制要求。第六章在MCGS上位机上监控PID控制程序运行MCGS是一套基于Windows操作系统可用来快速构造和生成上位机监控系统的组态软件包。它为用户提供了从设各驱动、数据采集到数据处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案和操作工具。MCGS组态软件具有多任务、多线程功能，其系统框架采用VC编程，通过OLE技术向用户提供VB编程接口，提供丰富的设备驱动构件、动画构件，策略构件，用户可随时方便地扩展系统的功能。它的主要特点如下：（1)丰富的设备驱动程序，通过ActiveDLL把设备驱动挂接在系统中，配置简单、速度快、可靠性高。强大的网络功能：MCGS强大的网络功能可把TCP/IP网、4吕5／422/423网、MOdem网结合在一起构成大型的监控系统和管理系统。开放的OLE接口。MCGS以OLE自动化技术为基础的开放式扩充接口允许用户使用VB来快速编制各种设备驱动构件，动画构件和各种策略构件，通过OLE接口，用户可以方便地定制自己特定的系统。系统结构图如下：图5IMCGS系统结构图MCGS组态软件系统包括组态环境和运行环境两大部分，用户所有组态配置过程都是在组态环境中进行的，用户组态后可生成一个“组态结果数据库，文件。MCGS运行环境是一个独立的运行系统，它能按照“组态结果数据库”中的组态方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。多任多任务多线程MCGS系统整体框图．构建动画图62MCGS系统整体框图6．2建立一个MCGS组态PID系统该液位控制系统是由上位机MCGS和S7-PLC两部分组成。上位机由些个画面组成：实时数据采集，历史数据记录，运行动画和通讯状态。MCGS通过设备驱动程序与外部设各进行数据交换，包括数据采集和发送设备指令。下位机由S7-300PLC构成，实现对水位数据的采集和控制。S7-300PLC是利用Rs485与组态软件MCGS进行通讯的：MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分。完成整个系统的通讯过程。1上下位机组成结构图图63上下位机组成结构冬2运用MCGS建立系统过程（1)工程建立巛标单击文件菜单中“新建工程”选项，在文件名一栏内输入“水位控制系统”，点击“保存”按钮，工程创建完毕：建立画而：在“用户窗口"中单击“新建窗口"按钮，建立“窗口"。在“窗口属性设置”中将窗口名称改为：水位控制：窗口标题改为：水位控制编辑画面：选中“水位控制"窗口图标，单击“动画组态"，进入动画组态窗口，开始编辑画面。定义数据对象实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过穆。定义数据对象分为四个步骤：是单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进人实时数据库窗口页；二是单击“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象；三是双击选中对象，打开“数据对象属性设置”窗口；些是修改对象名称：在对象内容注释输入框内输入注释。动画连接：由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS实现图形动画设计的主要方氵去是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建设各设各工设各态；设各宙口蔷管理@谧各0一一3一M又设各1一[模设剖S了3」酆啪0一父PID扌」敦谟备立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过穆中，图形对象的外观和状态特征，山数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果：图图64设各连接图65液位组态图设各连接首先在工作台“设备窗口"中双击“设各窗口"图标进入。其次点击工具条中的“工具箱"〕图标，打开“设各工具箱然后单击“设各工具箱"中的“设备管理”按钮弹出如图64所示的窗口：最后在可选设备列表枞双击"PLC设编与控制流穆用，户脚本穆序是由用户编制的、用来完成特定操作和处理的穆序，脚本程序的编程语法非常类似于普通的Basic语报警显示：MCGS把报警处理作为数据对象的属性，封装在数据对象内，由实时数据库来自动处理。当数据对象的值或状态发生改变时，实时数据库判断对应的数据对象是否发生了报警或己产生的报警是否己经结束，并把所产生的报警信息通知给系统的其它部分，同时，实时数据库根据用户的组态设定，把报警信息存入指定的存盘数据库文件中：曲线显示：MCGS共提供了五种用于趋势曲线绘制的构件，分别是：历史线、实时曲线、条件曲线、相对曲线和计划曲线：每种盐线构件的功能各不相同．p的控制上位机监控画面如图66所示。图66PID控制上位机监控画面6．3实现MCGS与．300的软件通讯6．3.1概述本设备构件用于MCGS操作和读与西门子S7·300系列PLC设备的DB数据数据块、输入输出、中间寄存器：MCGS通过上位机中的MPI网卡（如(p)和PLC上的通讯单元（通讯模块）建立通讯连接，从而达到操作PLC设备的目的，（本设备也支持pcAdapter)，使用本构件前，请先阅读通讯单元和PLC设备的有关技术说明书，根据实际应用的需要来正确设置通讯单元的跳线设置，选用适当的通讯连接乁律方式。6．2通讯硬件连接使用MCGS组态软件和PLC通讯之前，心须保证通讯连接正确，和西门子PLC的通讯连接如下：使用西门子标准PC\MPI电缆通讯，进行如图6．6所示连接。西西0子PLC图66西门子标准伊1电缆通讯连接63．3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。本构件对PLC设备的调试分为读和写两个部分，如在“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；如在“通道连接”属性页中显示的是写PLC通道，则在“设各调试”属性页，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，0为表示关1为表示开。对输出通道，在对应值一列中，当用鼠标左键按下时，对应通道的输出状态为，松开鼠标左键时，输出状态为；当用鼠标右键单击时，对应通道的输出状态交替变化（从0变为或从1变成结论该系统采用PLC、变频器和人机界面结合，系统运行平稳可靠，根据实际需要设置监控对象，通过触摸屏上的组态画面就可进行液位的设定，而且直观动态显示控匍过程清晰明确，准确把握系统当前的各种运行状况，可以简化操作，大大提高系统监控能力。学会使用卫p7和MCGS等软件，为以后进一步深造打下基础。1课題完成的主要工作是：（的解析PID控制的原理，设计液位控制系统用p设计p仍控制系统，并用PLKC实现PID控制器的运行在MCGS中监视并控制PID的输入输出参数，调节系统输出2．在课题研究过程中，总结了以下几点体会冫（0通过对p控制系统的分析，对pm控制理论有了进一步认识，从中学到了不少解决问题的方氵去。西门子S7-300PLC功能强、处理速度快，模块化结构易于扩展，被广泛的用于自动化控匍系统中；其相应开发软件p7采用模块化编程方法，提供多种编程语，丰富的功能模块，能实现较为复杂的功能和算法：为液位控制系统的设计提供了良好的软硬件平台。在算法上，只设计了简单的PID控制器。为了提高控制效果，单纯的PID算法是不足的，因此可以开发PLC模糊pm控制器。致谢奔波忙碌了三个多月，论文终于圆满完成了。在这个时候，我首先要说的是，感谢所有帮助我的老师和同学们，感谢您们让我充实的度过这些目子；没有您们的帮助和鼓励，论文的完成是不可想象的。在本论文的完成过程中，指导老师宋爱娟老师在毕业设计过程中给我了很多指导，宋老师治学严谨，学识渊博，为我营造了一种良好的学习氛围。授人以鱼不輒授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我接受了全新的思想观念，领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法：在课题的研宄探索过程中，经历了不少盐折，正是在老师的耐心指导和热情鼓励下，才最终确定了实验方案，达到了预期的目的。我得到了老师的悉心指导和帮助，在此对宋老师表示感谢：感谢同我一起做毕设的同学，他们的研究项目和我的课題毫无相关之处，但是，他们非常耐心的作为我的听众，关注整个研宄的过程，伴我走过了这段艰难的日子。最后我要感谢我的父母，感谢母校东北大学秦皇岛分校，在我即将离开的日子里，谨以这篇论文献给您，献给过去的美好岁月。感谢您们，这个世界因为您们而美丽．参考文献1]任彦硕，赵一丁，张家生，《自动控制系统》，北京，北京邮电大学出版社，20063卩]刘锴，周海，《深入浅出西门子S7．300PLC》，北京，北京航空航大大学出版社，200上8[3]边春元，任双艳，满永奎，《S7．300／400PLC实用开发指南》北京，机械工业出版社，2007过[4]阮友德，张迎辉，《PLC、变频器、触摸屏》，北京，中国电力出版社，200935]宋爱娟，赵一丁，《过程控制系统实验指导书》，河北，东北大学秦皇岛分校，2U0436]窦振中，《模糊逻辑控制技术及其应用》，北京，北京航空航天出版社，1995．17]宋伯生，《PLC编程理论、算法及技巧》北京，机械工业出版社，2佣57[8]西门子公司，p7vs·4编程手册，北京，西门子自动化集团，2000」[9]西门子公司，西门子S7．300系统参考手地，北京：西门子自动化集团，200L4卩0]昆仑动态公司，MCGS用户指南手册，北京，北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2003．2卩1]昆仑动态公司，MCGS参考手朋，北京，北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，20032卩2]廖常初，S7300／400PLC应用技术，北京，机械工业出版社，2佣3」卩3]董景新等，控制工程基础，北京，清华大学出版社，200巧卩4]金以慧，过程控制[M],北京，清华大学出版社，2002：103一186．巧]锅宗仁，可编程控制器应用设计及通信网络技术，北京，人民邮电出版社，2004．5卩司王万良，自动控的原理，北京，科学出版社，2佣1.317]陈元杰，江洋，苏宏业，褚亻建。串级控制的p参数自整定算法，控制与决策，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