基于plc压力控制系统毕业设计

小草范文网发布于：2016-12-27 分类：毕业设计手机版

篇一：基于PLC的压力过程控制系统设计

第一章绪论 .................................................................................................................................... - 1 -

1.1 PLC控制在国内外的发展近况 ....................................................................................... - 1 -

1.2 基于PLC的压力过程控制系统的发展前景 .................................................................. - 2 -

1.3 MCGS6.2软件 ...................................................................................... 错误！未定义书签。

1.4 设计目的和要求 .............................................................................................................. - 2 -

第二章基于PLC的压力过程控制系统方案 ............................................................................... - 3 -

2.1 设计方案 .......................................................................................................................... - 3 -

2.1.1 设计方案 .............................................................................................................. - 3 -

2.1.2 控制阀的选择 ...................................................................................................... - 4 -

2.1.3 控制方式的选择 .................................................................................................. - 5 -

2.2 控制算法 .......................................................................................................................... - 6 -

2.2.1 控制算法的选择 .................................................................................................(本文来自：wwW.xIAocAofaNwEn.com 小草范文网:基于plc压力控制系统毕业设计). - 6 -

2.2.2 PID控制的原理和特点 ....................................................................................... - 7 -

2.2.3 PID控制器的参数整定 ....................................................................................... - 8 -

第三章软件部分的实现 .............................................................................................................. - 10 -

3.1 MCGS组态软件 ............................................................................................................... - 10 -

3.1.1 组态软件的介绍 ................................................................................................ - 10 -

3.1.2 国内组态软件的比较与选择 ............................................................................ - 10 -

3.2 组态软件的应用 ............................................................................................................ - 12 -

3.2.1 MCGS软件编程 ................................................................................................... - 12 -

3.3.2 MCGS软件连接设置 ........................................................................................... - 14 -

3.3 FX2N编程软件的应用 ................................................................................................... - 20 -

3.3.1 PLC编程指令 ..................................................................................................... - 20 -

3.3.2 控制程序的编写 ................................................................................................ - 21 -

第四章硬件部分实现 .................................................................................................................. - 25 -

4.1 PLC特点 ......................................................................................................................... - 25 -

4.2 FX2N特殊功能模块的应用 ........................................................................................... - 26 -

4.2.1 FX2N-4AD模拟量转换模块 ............................................................................... - 26 -

4.2.2 FX2N-4DA 模拟特殊模块 .................................................................................. - 31 -

4.2.3 PLC与计算机连接通讯 ..................................................................................... - 34 -

第五章调试 .................................................................................................................................. - 35 -

5.1 调试步骤 ........................................................................................................................ - 35 -

5.2 调试结果与常见故障分析 ............................................................................................. - 35 -

5.2.1 调试 .................................................................................................................... - 35 -

5.2.2 常见故障分析 .................................................................................................... - 35 -

第六章结论 .................................................................................................................................. - 37 - 参考文献 .......................................................................................................................................... - 38 - 谢辞.................................................................................................................................................. - 39 -

第一章绪论

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。

1.1 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。

1.2 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。

1.4 设计目的和要求

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。

第二章基于PLC的压力过程控制系统方案

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。

可以根据需要构成不同阶（1或2阶）的被控对象。压缩空气经过两路进入压力容器中，经过两个流量调节阀，在单回路控制过程中，可以把一路作为主回路，另一路作为干扰回路。被控对象调节采用线性的理想特征，构成的控制系统为线性控制系统。

2.1 设计方案

2.1.1 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FX2N—16M PLC)，组成一个压力过程控制监控系统（如图2.1）。

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4～20mA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。

2.1.2 控制阀的选择

1．主、副调节器：三菱FX2N PLC

2．压力变送器：2台DBYG-300A压力变送器

3．调节阀：2台ZMAP-100B小流量调节阀

4．电气转换器：2台QZD-1000电气转换器

5．减压器：3台QFH-221型空气过滤减压器

6．24VDC电源

所有仪表所需的接线端子都全部拉到接线板上，也就是面板上的接线端子都是跟仪表的对应接线端子相并联的，所以可以直接在接线板上通过合理的连线组成所需要的控制系统。

气动调节阀动作分气开型和气关型两种。气开型是当膜头上空气压力增加时，阀门向增加开度方向动作，当达到输入气压上限时，阀门处于全开状态。反过来，当空气压力减小时，阀门向关闭方向动作，在没有输入空气时，阀门全闭。气关型动作方向正好与气开型相反。当空气压力增加时，阀门向关闭方向动作；空气压力减小或没有时，阀门向开启方向或全开为止。气动调节阀的气开或气关，通常是通过执行机构的正反作用和阀态结构的不同组装方式实现。

篇二：基于PLC压力控制系统毕业设计

摘要 ....................................................................................................................................... I ABSTRACT ......................................................................................................................... II

第一章绪论 ........................................................................................................................ 1

1.1 课题概述 ....................................................................................................................... 1

1.1.1 课题来源及研究意义 ............................................................................................ 1

1.1.2 设计内容及要求 .................................................................................................... 1

1.2 PLC可编程逻辑控制器 ............................................................................................. 1

1.2.1 PLC可编程逻辑控制器介绍 .............................................................................. 1

1.2.2 PLC控制在国内外的发展与应用 ...................................................................... 2

1.2.3 PLC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

2.3.2 PID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

3.1.2 PLC控制器选型 ................................................................................................... 11

3.2系统硬件的连接与通讯 .............................................................................................. 13

3.2.1 PLC与压力对象装置的连接 ............................................................................... 13

3.2.2 PLC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

4.1 PLC控制程序 .............................................................................................................. 15

4.1.1 STEP 7软件介绍 .................................................................................................. 15

4.1.2 PLC硬件组态 ....................................................................................................... 15

4.1.3 PLC控制程序的实现 ........................................................................................... 16

4.2 上位机实时监控程序 ................................................................................................. 22

4.2.1 WinCC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

5.2.2 PID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 ................................................................................................ 错误！未定义书签。

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S7-300 PLC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

ABSTRACT Since pressure control system was widely used in the realms of industrial control, the research of the application of PLC in pressure control system is a very important link for teaching and practical skills training. According to pressure control object in the laboratory currently, this essay proposed a design proposal of pressure control system based on PLC. The system is consist of two layers of computer control. PLC controller performs as the slave computer in a base layer, while a PC functions as the host computer in the upper layer.

The system use Siemens S7-300 PLC for controller, and software STEP 7 for both the configuration of the PLC hardware and the designing of control program, to accomplish the data acquisition, digital filter of field pressure signal and PID auto control. On the PC, WinCC(a dustrial configuration software) is a means of compiling the monitoring and controlling interface, to accomplish the real-time monitoring and data storage, and be able to simulate the process of dynamic process and display the real-time trend curve.

During the commissioning process in the laboratory, software of the system runs well. The system realized the digital PID regulating, due to the WINDOWS-based monitoring interface, the system was with advantages in easy operation, strong reliability and practicability. The system satisfied control requirements, and reached the target of the design.

KEY WORDS PLC Controller，WinCC Configuration，Pressure Process Control，PID Control

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S7-300 PLC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。

1.2 PLC可编程逻辑控制器

1.2.1 PLC可编程逻辑控制器介绍

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，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

篇三：基于PLC与Wincc容器罐压力控制系统毕业设计