基于PLC压力控制系统毕业设计Word格式文档下载.doc

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1.2.3PLC控制器的发展趋势 2

1.3论文组织结构 3

第二章系统总体设计方案 5

2.1系统总体设计方案 5

2.1.1系统的结构 5

2.1.2控制方式介绍 6

2.2系统硬件设计方案 6

2.3系统软件设计方案 7

2.3.1数字滤波方式的设计 7

2.3.2PID控制算法设计 8

第三章系统硬件设计的实现 10

3.1系统硬件选型 10

3.1.1压力对象装置选型 10

3.1.2PLC控制器选型 11

3.2系统硬件的连接与通讯 13

3.2.1PLC与压力对象装置的连接 13

3.2.2PLC与PC计算机间的连接与通讯 13

第四章系统软件设计的实现 15

4.1PLC控制程序 15

4.1.1STEP7软件介绍 15

4.1.2PLC硬件组态 15

4.1.3PLC控制程序的实现 16

4.2上位机实时监控程序 22

4.2.1WinCC组态软件介绍 22

4.2.2实时监控程序的实现 23

第五章系统投运与调试 29

5.1系统运行方法 29

5.2系统的调试 29

5.2.1硬件间的通讯状态的诊断 29

5.2.2PID参数的整定 31

5.2.3调试过程中的问题及其解决办法 41

第六章总结与展望 43

6.1课题研究总结 43

6.2后续工作展望 44

结束语 45

参考文献 46

ii

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培养的一个很重要的环节。

本课题针对实验室现有的压力控制对象，提出了一种基于PLC的压力控制系统的设计方案，该系统采用两级计算机控制，底层选用PLC作为控制器，上层选用PC计算机为上位机。

本次设计系统以西门子S7-300PLC为控制器，采用STEP7软件构造系统硬件组态和编写控制程序，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PC机选用工业组态软件WinCC编写监控界面，完成对现场的实时监控和数据的存储，并能对现场工艺过程进行模拟动态以及显示实时趋势曲线。

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，操作简便，具有较强的可靠性和实用性，满足现场控制的要求，达到了设计目标。

关键词PLC控制器，WinCC组态，压力过程控制，PID控制算法

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ABSTRACT

Sincepressurecontrolsystemwaswidelyusedintherealmsofindustrialcontrol,theresearchoftheapplicationofPLCinpressurecontrolsystemisaveryimportantlinkforteachingandpracticalskillstraining.Accordingtopressurecontrolobjectinthelaboratorycurrently,thisessayproposedadesignproposalofpressurecontrolsystembasedonPLC.Thesystemisconsistoftwolayersofcomputercontrol.PLCcontrollerperformsastheslavecomputerinabaselayer,whileaPCfunctionsasthehostcomputerintheupperlayer.

ThesystemuseSiemensS7-300PLCforcontroller,andsoftwareSTEP7forboththeconfigurationofthePLChardwareandthedesigningofcontrolprogram,toaccomplishthedataacquisition,digitalfilteroffieldpressuresignalandPIDautocontrol.OnthePC,WinCC（adustrialconfigurationsoftware）isameansofcompilingthemonitoringandcontrollinginterface,toaccomplishthereal-timemonitoringanddatastorage,andbeabletosimulatetheprocessofdynamicprocessanddisplaythereal-timetrendcurve.

Duringthecommissioningprocessinthelaboratory,softwareofthesystemrunswell.ThesystemrealizedthedigitalPIDregulating,duetotheWINDOWS-basedmonitoringinterface,thesystemwaswithadvantagesineasyoperation,strongreliabilityandpracticability.Thesystemsatisfiedcontrolrequirements,andreachedthetargetofthedesign.

KEYWORDS　PLCController，WinCCConfiguration，PressureProcessControl，PIDControl

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课题概述

1.1.1课题来源及研究意义

该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的教师科研题，题目类型属于实验研究。

在一些生产现场，如各种冶炼生产中，容器罐内气体压力必须保持在一定的范围内，反应才可以正常进行。

适宜的压力下，反应速率可以达到最高，而且原料和催化剂的利用更为彻底。

可见，压力过程控制是一项富有意义的研究。

随着技术的发展，PLC的性能不断提高，其价格也能让更多的中小型企业接受。

近年来，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。

本课题研究的基于PLC的压力控制系统接线简单、可移植性强、灵活方便、具有强大的人机交互功能，并且可以实现在线调试，将在工业生产中得到广泛应用。

1.1.2设计内容及要求

本课题的设计内容是基于PLC的压力控制系统设计与应用，即设计一个以S7-300PLC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用合适的检测装置和执行机构，实现压力过程量的自动控制。

系统要求采用两级计算机控制，底层选用PLC作为控制器，上层选用PC计算机为监控机，用WinCC组态软件编制上位机的监控软件，完成人机界面的控制功能，实现一套完整的集测量、控制、组态、监视为一体的压力自动控制系统。

1.2PLC可编程逻辑控制器

1.2.1PLC可编程逻辑控制器介绍

可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，在二十世纪六十年代美国推出，主要用来取代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到PLC中，使得其更多的发挥计算机的功能，远远超过了逻辑控制的范围，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挥着十分重要的作用。

PLC可以直接应用于工业环境，具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。

1.2.2PLC控制在国内外的发展与应用

在工业控制自动化领域，PLC是一种重要的控制设备，它代表着当前程序控制的先进水平。

无论是从国外引进的自动化生产线，还是国内自行生产设计的自动控制系统，都可以看到PLC的身影。

可以说，PLC装置已成为自动化系统[2]的基本装置。

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[3]；

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。

目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。

国内PLC市场仍以国外产品为主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的产品。

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。

随后在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用[4]。

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。

我国的PLC生产目前也有一定的发展，小型PLC已批量生产；

中型PLC已有产品；

大型PLC已开始研制。

国内PLC形成产品化的生产企业约30多家，国内产品市场占有率不超过10%，主要生产单位有：

苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海兰星电气有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、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的优势。

随着微处理器、网络通信、HMI界面技术的迅速发展，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也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与DCS、PID调节器、工业PC等技术相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。

1.2.3PLC控制器的发展趋势

PLC作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置。

它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。

据统计，当今世界PLC生产厂家约150家，生产300多个品种。

2000年销售额约为86亿美元，占工控机市场份额的50%，PLC将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。

　　新一代的PLC具有PID调节功能，它的应用已从开关量控制扩大到模拟量控制领域，广泛地应用于航天、冶金、轻工、建材等行业。

但PLC也面临着其它行业工控产品的挑战，各厂家正采取措施不断改进产品，主要表现为以下几个方面：

　　①微型、小型PLC功能明显增强