基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計課件

基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位

串級控制系統(tǒng)設(shè)計本科畢業(yè)答辯學(xué)生：黃勇指導(dǎo)教師：董海兵電氣與信息工程系2011年6月基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位

串級控制系統(tǒng)設(shè)計本科畢業(yè)答辯1論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)下位機(jī)軟件中的硬件組態(tài)和程序設(shè)計系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統(tǒng)調(diào)試FCS系統(tǒng)實物調(diào)試PLCSIM離線仿真調(diào)試全文總結(jié)論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能2課題研究的目的、意義工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵問題之一是網(wǎng)絡(luò)通信及其通信協(xié)議，目前工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中大量存在著DCS集散控制系統(tǒng)，而由于不同的自動化設(shè)備生產(chǎn)商各自的通信協(xié)議相對獨(dú)立而造成了業(yè)界的“自動化孤島”現(xiàn)象，故而工業(yè)控制中將加速由DCS向基于公開協(xié)議的FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)過渡與轉(zhuǎn)換。FCS現(xiàn)場總線技術(shù)是當(dāng)前自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)。所以掌握這種技術(shù)對提升自動化專業(yè)水平來說是很重要的，對我們自身今后的發(fā)展也至關(guān)重要。本文設(shè)計的液位串級控制系統(tǒng)采用的硬件平臺正是基于FCS的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。1課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能課題研究的目的、意義1課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功3基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計ppt課件4課題研究的目的、意義液位控制問題是工業(yè)生產(chǎn)過程中的一類常見問題，例如在飲料、食品加工、溶液過建，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中都需要對液位進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲訮LC和組態(tài)軟件為基礎(chǔ)，可以組成從簡單到復(fù)雜的各種工業(yè)控制系統(tǒng)。本文正是基于上述思路，設(shè)計開發(fā)了基于STEP7和WINCC的液位串級控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)簡單可靠，可以實現(xiàn)對串級雙容水箱液位的定值控制。

課題研究的目的、意義液位控制問題是工5

FCS控制系統(tǒng)對象裝置總貌圖

FCS控制系統(tǒng)對象裝置總貌圖6系統(tǒng)設(shè)計需要實現(xiàn)的主要功能分析串級控制系統(tǒng)的特點，建立水箱液位串級控制系統(tǒng)的模型；利用STEP7軟件對對象進(jìn)行正確的硬件配置，并采用西門子提供的PLC編程語言編寫控制程序。利用WINCC組態(tài)軟件編寫水箱液位串級控制系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控程序。系統(tǒng)調(diào)試，分析控制效果。系統(tǒng)設(shè)計需要實現(xiàn)的主要功能分析串級控制系統(tǒng)的特點，建立水箱液7論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)下位機(jī)軟件中的硬件組態(tài)和程序設(shè)計系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統(tǒng)調(diào)試FCS系統(tǒng)實物調(diào)試PLCSIM離線仿真調(diào)試全文總結(jié)論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能82水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計

1）控制方案

水箱液位串級控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控、副控兩個回路組成。主控回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制對象為中水箱，中水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副控回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制對象為上水箱，又稱副對象，上水箱的液位為系統(tǒng)的副控制量。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的的輸出直接驅(qū)動氣動調(diào)節(jié)閥，從而達(dá)到控制中水箱液位的目的。2水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計1）控制方案9水箱液位串級控制系統(tǒng)流程及結(jié)構(gòu)框圖水箱液位串級控制系統(tǒng)流程及結(jié)構(gòu)框圖102）控制規(guī)律本設(shè)計采用的是工業(yè)控制中最常用的PID控制規(guī)律，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的控制算法采用PID算法，PID算法實現(xiàn)簡單，控制效果好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，外環(huán)PID的輸出作為內(nèi)環(huán)的輸入，內(nèi)環(huán)跟隨外環(huán)的輸出。在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。它結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)整，在長期的應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗。其主要特點是：(1)技術(shù)成熟；PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)理論中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方法，它的結(jié)構(gòu)靈活，不僅可實現(xiàn)常規(guī)的PID調(diào)節(jié)，而且還可根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用PI、PD、帶死區(qū)的PID控制等；(2)不需求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；(3)控制效果好。雖然計算機(jī)控制是非連續(xù)的，但由于計算機(jī)的運(yùn)算速度越來越快，因此用數(shù)字PID完全可代替模擬調(diào)節(jié)器，并且能得到比較滿意的效果。2）控制規(guī)律本設(shè)計采用的是工業(yè)控11基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計ppt課件12S7400PLC主機(jī)模擬量輸入模塊模擬量輸出模塊液位變送器氣動調(diào)節(jié)閥水泵4）系統(tǒng)支撐軟件windowsXPSqlsever2000Step7WinccPDM

3）過程檢測裝置與儀表S7400PLC主機(jī)3）過程檢測裝置與儀表13論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)下位機(jī)軟件中的硬件組態(tài)和程序設(shè)計系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統(tǒng)調(diào)試FCS系統(tǒng)實物調(diào)試PLCSIM離線仿真調(diào)試全文總結(jié)論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能14

FCS控制系統(tǒng)原理框圖3系統(tǒng)下位機(jī)軟件中的硬件組態(tài)和程序設(shè)計FCS控制系統(tǒng)原理框圖3系統(tǒng)下位機(jī)軟件中的15S7-400是通用可編程控制器，它廣泛地應(yīng)用于自動化領(lǐng)域，涉及多個行業(yè)，可用于組建集中式或分布式結(jié)構(gòu)的測控系統(tǒng)，重點在于為生產(chǎn)制造工程中的系統(tǒng)解決方案提供一個通用的自動化平臺，性能優(yōu)良，運(yùn)行可靠。S7-400PLC主要模塊有中央處理器單元（CPU）模塊、信號（SM）模塊、通信（CP）模塊、功能（FM）模塊；輔助模塊有電源（PS）模塊、接口（IM）模塊等。1)S7-400PLC概述S7-400是通用可編程控制器，它廣泛地應(yīng)用于自動化領(lǐng)域，涉162）STEP7軟件介紹STEP7是用于SIMATICS7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表。它是SIEMENSSIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。STEP7以其強(qiáng)大的功能和靈活的編程方式廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，下圖顯示了該軟件是如何對PLC硬件進(jìn)行編程和組態(tài)的。2）STEP7軟件介紹STEP7是17STEP7的編程過程STEP7的編程過程183）硬件組態(tài)硬件主要由以下幾部分構(gòu)成：電源模塊：PS4074A控制器：CPU412-3HDP/PA耦合器：IM157PA模擬量輸入輸出模塊：IM153-1通信模塊：CP443-1傳感器模塊：四類傳感器變頻器模塊：西門子變頻器

在STEP7軟件硬件組態(tài)中選擇機(jī)架，機(jī)架導(dǎo)軌1號槽中放置電源模塊，2號槽中放置CPU控制器模塊，在CPU模塊的DP通訊接口上連接DP總線，DP總線上連接分布式I/O模塊、變頻器和DP/PA耦合器，耦合器通過PA總線連接壓力、溫度、流量、電氣閥門定位器四個PA總線儀表。檢測數(shù)據(jù)通過總線傳輸給CPU，最后，在4號槽中放置通信模塊，進(jìn)行通訊連接、程序下載。3）硬件組態(tài)硬件主要由以下幾部分構(gòu)成：19系統(tǒng)硬件組態(tài)配置圖系統(tǒng)硬件組態(tài)配置圖204）程序設(shè)計

程序項目建立

4）程序設(shè)計程序項目建立21建立數(shù)據(jù)塊DB41建立數(shù)據(jù)塊DB4122建立功能塊FB41(背景塊為DB41)FB41為西門子PLC內(nèi)部已經(jīng)定義好的實現(xiàn)PID控制的功能模塊。

在STEP7軟件中，F(xiàn)B41稱為連續(xù)控制的PID用于控制連續(xù)變化的模擬量，PID的初始化可以通過在OB100中調(diào)用一次，將參數(shù)COM-RST置位，當(dāng)然也可在別的地方初始化它，關(guān)鍵的是要控制COM-RST。PID的調(diào)用可以在OB35中完成，一般設(shè)置時間為200MS。建立功能塊FB41(背景塊為DB41)FB23基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計ppt課件24建立組織塊OB35(調(diào)用FB41）建立組織塊OB35(調(diào)用FB41）25基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計ppt課件26

PLC和上位機(jī)通信設(shè)置西門子S7-400系列的PLC，與PC建立通信的方式主要有兩種，分別是：

（1）本地DP總線通信連接，通信方式設(shè)置成PROFIBUS方式；（2）遠(yuǎn)程以太網(wǎng)的方式來建立通信，通信方式設(shè)置成TCP/IP方式；

上述兩種通信方式均要求PLC和上位機(jī)進(jìn)行實物連接。如果沒有PLC實物平臺，PLC控制程序的調(diào)試則要借助仿真軟件來進(jìn)行。即控制系統(tǒng)的離線仿真調(diào)試，這種模擬仿真的方式可通過STEP7的仿真組件PLCSIM來完成。進(jìn)行PLC仿真調(diào)試時，通信參數(shù)參數(shù)設(shè)置成PLCSIM。PLC和上位機(jī)通信設(shè)置西門子S7-27基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計ppt課件28程序下載

將硬件組態(tài)和程序設(shè)計完成以后，設(shè)置好通信的接口以后，點擊STEP7管理器界面窗口中的圖標(biāo)，將程序下載到CPU中，這樣就可以進(jìn)行實物調(diào)試運(yùn)行或者PLCSIM仿真了。程序下載29論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)下位機(jī)軟件中的硬件組態(tài)和程序設(shè)計系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統(tǒng)調(diào)試FCS系統(tǒng)實物調(diào)試PLCSIM離線仿真調(diào)試全文總結(jié)論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能304系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)環(huán)境是西門子WINCC平臺。WINCC指的是WindowsControlCenter，它是在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務(wù)的監(jiān)控系統(tǒng)，它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的畫面更新以及可靠的數(shù)據(jù)交換使其具有高度的實用性。4系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)311)項目建立

1)項目建立32

2)驅(qū)動連接

在WINCC主界面中打開變量管理器，選中“SIMATICS7ProtocolSuite.CHN”項，如圖所示：

2)驅(qū)動連接33

選中該選項的PROFIBUS，“新建驅(qū)動程序連接”即可，如圖所示：

選中該選項的PROFIBUS，“新建驅(qū)動34

雙擊“s7sim”選項，在彈出的對話框中選擇組態(tài)“新建變量”即可，如圖示：3）變量定義雙擊“s7sim”選項，在彈出的對話框中選35基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計ppt課件364）畫面組態(tài)

4）畫面組態(tài)375）變量關(guān)聯(lián)選中組態(tài)對話框中輸入輸出域，在彈出的組態(tài)對話框中，進(jìn)行變量的關(guān)聯(lián)即可，如圖所示：其它變量的關(guān)聯(lián)依次類推。5）變量關(guān)聯(lián)選中組態(tài)對話框中輸入輸出域，在彈出的38系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控總效果圖系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控總效果圖39論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)下位機(jī)軟件中的硬件組態(tài)和程序設(shè)計系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統(tǒng)調(diào)試FCS系統(tǒng)實物調(diào)試PLCSIM離線仿真調(diào)試全文總結(jié)論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能40FCS系統(tǒng)實物調(diào)試在3107實驗室進(jìn)行實物調(diào)試FCS系統(tǒng)實物調(diào)試41PLCSIM離線仿真調(diào)試PLCSIM離線仿真調(diào)試42控制效果分析控制效果分析43基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計ppt課件44基于PLC和組態(tài)技術(shù)的水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計ppt課件45論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能水箱液位串級控制系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)下位機(jī)軟件中的硬件組態(tài)和程序設(shè)計系統(tǒng)上位機(jī)軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統(tǒng)調(diào)試FCS系統(tǒng)實物調(diào)試PLCSIM離線仿真調(diào)試全文總結(jié)論文主要內(nèi)容課題研究的目的、意義和系統(tǒng)實現(xiàn)功能466全文總結(jié)對現(xiàn)場FCS總線技術(shù)有了深入理解，為以后進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。對過程控制中廣泛使用的PA總線智能化儀表：SITRANSP系列壓力測量儀表、SITRANST系列溫度測量儀表、SITRANSF系列流量測量儀表、SIPARTPS2電氣閥門定位器等有了深刻認(rèn)識和了解。學(xué)習(xí)和了解了西門子400系列的PLC的原理、編程方法及其應(yīng)用；熟練掌握了STEP7和