基于PLC压力控制系统毕业设计

1、基于可编程控制器的压力控制系统的设计与应用内容摘要一抽象二第一章导言11.1主题1概述1.1.1项目1的来源和意义1.1.2设计内容和要求11.2可编程逻辑控制器11.2.1可编程逻辑控制器介绍11.2.2国内外可编程控制器控制的发展和应用21.2.3可编程控制器的发展趋势21.3纸张组织结构3第二章系统总体设计方案52.1总体系统设计方案52.1.1系统结构52.1.2控制方法介绍62.2系统硬件设计方案62.3系统软件设计方案72.3.1数字滤波模式7的设计2.3.2 PID控制算法设计8第三章系统硬件设计的实现103.1系统硬件选择103.1.1压力对象装置的选择103.1.2可编程控制

2、器选择113.2系统硬件的连接和通信133.2.1可编程逻辑控制器和压力对象装置13之间的连接3.2.2可编程逻辑控制器和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可编程控制器控制程序154.1.1步骤7软件介绍154.1.2可编程逻辑控制器硬件配置154.1.3可编程控制器控制程序16的实施4.2 PC机实时监控程序224 . 2 . 1 WinCC组态软件介绍224.2.2实时监控程序的实施23第五章系统投入运行和调试295.1系统操作方法295.2系统调试295.2.1硬件之间通信状态的诊断295.2.2 PID参数整定315.2.3调试中的问题及解决方法41第六章总结

3、与展望436.1项目研究总结436.2后续工作展望44结论45参考文献46摘要鉴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学乃至实践技能训练中非常重要的一个环节。根据实验室现有的压力控制对象，本课题提出了一种基于PLC的压力控制系统的设计方案。系统采用两级计算机控制，底层控制器选用可编程控制器，上层上位机选用PC机。本设计系统采用西门子S7-300可编程控制器作为控制器，利用STEP7软件构建系统硬件配置，编写控制程序，完成现场压力信号的数据采集、数字滤波和PID自动控制。上位机采用工业组态软件WinCC编写监控界面，完成对现场的实时监控和数据存储，并能模拟现场的动态过

4、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调节，监控界面基于WINDOWS，操作简单，可靠性和实用性强，满足现场控制要求，达到了设计目标。关键词可编程控制器，组态，压力过程控制，PID控制算法摘要由于压力控制系统广泛应用于工业控制领域，研究可编程控制器在压力控制系统中的应用是教学和实践技能训练的一个非常重要的环节。根据目前实验室的压力控制对象，提出了一种基于PLC的压力控制系统的设计方案。该系统由两层计算机控制组成。可编程控制器作为基础层的从机，而PC机作为上层的主机。该系统采用西门子S7-300可编程控制器，软件STEP 7进行可编程控制器硬件配置和控制

5、程序设计，完成数据采集、现场压力信号数字滤波和PID自动控制。在PC机上，WinCC(工业组态软件)是编译监控界面，实现实时监控和数据存储，并能模拟动态过程和显示实时趋势曲线的一种手段。在实验室调试过程中，系统软件运行良好。该系统实现了数字PID调节，基于WINDOWS的监控界面，具有操作简单、可靠性强、实用性强的优点。该系统满足控制要求，达到了设计目标。关键词：可编程控制器，组态，压力过程控制，PID控制第一章导言1.1主题摘要1.1.1研究的来源和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的研究课题。主题类型属于实验研究。在一些生产场所，如各种冶炼生产中，容器中的气体压力

6、必须保持在一定范围内，反应才能正常进行。在合适的压力下，反应速率可以达到最高，原料和催化剂的利用更加彻底。显然，压力过程控制是一项有意义的研究。随着科技的发展，可编程控制器的性能不断提高，其价格能够被更多的中小企业所接受。近年来，越来越多的中小型设备开始使用可编程控制器进行控制。可编程控制器在我国的应用正在迅速发展。本课题研究的基于可编程控制器的压力控制系统布线简单，可移植性强，灵活方便，人机交互功能强，可以实现在线调试。它将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可编程控制器的压力控制系统的设计与应用，即设计一个以S7-300可编程控制器为控制器的压力控制系统。根据

7、过程压力系统的控制要求，选择合适的检测装置和执行器，实现压力过程量的自动控制。该系统需要两级计算机控制。底层控制器选用可编程控制器，上层监控机选用PC机，上位机监控软件采用WinCC组态软件编写，完成人机界面的控制功能，实现一套集测量、控制、组态、监控于一体的压力自动控制系统。1.2可编程逻辑控制器1.2.1可编程控制器介绍可编程逻辑控制器(PLC)于20世纪60年代引入美国。它主要用来代替传统继电器实现逻辑控制1。20世纪70年代，人们将微机技术应用于可编程控制器，使其发挥更多的计算机功能，远远超出了逻辑控制的范围，从而真正成为一种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

8、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处理和运动控制功能。如今的可编程控制器不再局限于逻辑控制，而是在运动控制、过程控制等领域发挥着非常重要的作用。可编程控制器可直接应用于工业环境，抗干扰能力强，适应性广，适用范围广。1.2.2国内外可编程控制器的发展和应用在工业控制自动化领域，PLC是一种重要的控制设备，代表了当前程序控制的先进水平。从国外引进的自动生产线和国内厂家设计的自动控制系统中都可以看到可编程控制器。可以说，可编程控制器设备已经成为自动化系统的基本设备2。20世纪末，可编程控制器的发展更适合现代工业的需要。就控制规模而言，大型机和超小型计算机

9、是在这一时期发展起来的。在控制能力方面，各种特殊的功能单元已经诞生，用于各种控制场合，如压力、温度、转速、位移等。3；就产品的匹配能力而言，已经生产了各种人机接口单元和通信单元，使得使用可编程控制器来匹配工业控制设备更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工等领域的应用取得了很大进展。目前，世界上约有200家PLC制造商，生产300多种产品。国内PLC市场仍以国外产品为主，如西门子、莫迪康、A-B、欧姆龙、三菱和通用产品。中国可编程控制器的引进、应用、研究和生产始于改革开放。起初，进口设备中使用了大量的可编程控制器。随后，可编程控制器在各企业生产设备和产品中的应用不

10、断扩大4。目前，我国已经可以生产中小型可编程控制器。可以预期，随着中国现代化进程的深入，可编程控制器将在中国得到更广泛的应用。目前中国的PLC生产也有了一定的发展。小型可编程序控制器已批量生产。中型可编程逻辑控制器的现有产品；大型可编程控制器已经开发出来。国内有30多家PLC生产企业，市场份额不到10%。主要生产单位有苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海蓝星电器有限公司、天津自动化仪表厂、杭州童玲控制计算机公司、北京机械工业自动化研究所、江苏嘉华实业有限公司。国内产品价格优势明显。随着微处理器、网络通信和人机界面技术的飞速发展，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。可编程

11、逻辑控制器也从只能处理开关量发展到能够处理模拟量和数据。结合了集散控制系统、PID调节器、工控机等技术，PLC不再是简单的控制设备，必将随着自动控制技术的不断发展而发展和生存。1.2.3可编程控制器的发展趋势作为工业控制计算机的一员，可编程控制器已经成为主要工业国家自动化系统的基本电子控制设备。它具有控制方便、可靠性高、易于控制、体积小、价格适宜的特点。据统计，当今世界上约有150家PLC制造商，生产300多个品种。2000年，销售额约为86亿美元，占工业控制计算机市场份额的50%。可编程控制器将在工业控制计算机市场中占据主导地位，并继续上升。新一代可编程控制器具有PID调节功能。其应用已经从

12、开关量控制扩展到模拟控制领域，并广泛应用于航空航天、冶金、轻工、建材等行业。然而，可编程逻辑控制器也面临着来自其他行业工业控制产品的挑战。各制造商正在采取措施不断改进其产品，主要表现在以下几个方面：微型和小型可编程控制器的功能明显增强许多著名的可编程控制器制造商相继推出了高速、高性能、小型，尤其是微型可编程控制器。三菱的FXOS14: 00 (8路24伏直流输入，6路继电器输出)只有58毫米89毫米，仅比信用卡大几毫米，但其功能得到了增强，将可编程逻辑控制器的应用领域扩展到远离工业控制的其他行业，如快餐店、医院手术室、旋转门和车辆，甚至扩展到家庭、娱乐场所和商业部门。(2)一体化发展趋势日益增

13、强由于控制内容的复杂性和高难度，可编程控制器正朝着集成化方向发展。可编程控制器与计算机集成、可编程控制器与分布式控制系统集成、可编程控制器与PID集成等。加强了通信能力和网络，特别是基于个人电脑的控制产品有最快的增长率。可编程控制器和计算机的集成，即计算机、可编程控制器和操作员人机界面的结合，使可编程控制器能够利用计算机丰富的软件资源，而计算机可以与可编程控制器模块交互访问数据。基于PC机的控制易于编程，并能保护用户的利益。开放式体系结构提供了灵活性，最终降低了成本并提高了生产率。(3)公开变更可编程逻辑控制器存在严重缺陷。主要原因是PLC的软硬件架构是封闭的，而不是开放的。PLC的绝大多数是专用总线、专用通信网络和协议。虽然编程大多是梯形图，但各公司的配置、寻址和语言结构不一致，使得各种PLC不兼容。目前，基于PC机、在WINDOWS平台下、符合IEC1131-3国际标准的新一代开放式PLC的开发正在规划之中。1.3纸张组织结构本文主要研究设计与实现第三章是系统硬件设计的实现，介绍了系统的硬件选择，以及各部分之间的连接和通信。第四章是系统软件设计的实现，介绍了在STEP 7软件平台上的PLC控制程序的编程和在WinCC组态软件平台上的实时监控程序的编程。第五章是系统的运行和调试。介绍了系统