《《基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计》-公开DOC·毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计》-公开DOC·毕业论文（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 2007 届届毕业设计说毕业设计说明明书书 基于 PLC 和组态技术的水箱液位串级控 制系统设计 系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 自动化 班 级： 自本 0703 完成时间： 2011.5.20 1 摘 要 本文介绍了一种基组态软件 WINCC 和西门子 STEP 7 的双容水箱的液位串级控制系 统的设计过程。本方案利用 WINCC 良好的人机界面、数据采集功能，并结合 STEP 7 环 境编程的便利性，采用可靠的 MPI 接口建立 WINCC 和 PLC、双容水箱之间的数据通讯。 利用 WINCC 开发服务器端画面，在 PLC 客户端环境中编写
2、控制程序，最终实现对水箱 液位的精确控制。实验结果表明，此方法使用简单可靠，可广泛应用于工业生产过程 中的液位控制问题。此系统同样可以满足工厂对控制系统的需求,有着巨大的应用前景。 关键词 组态软件；PLC；水箱液位；串级控制系统 ABSTRACT This article describes the configuration software based on the WINCC and Siemens STEP7 tank liquid level PID control experimental platform design process. The program used WIN
3、CC good man-machine interface, data acquisition capabilities, combined with the convenience of STEP 7 programming environment, using MPI interface to establish a reliable configuration software WINCC and the PLC, double data communication between the tank. Development of server-side with Configurati
4、on software WINCC, the client environment in the PLC control program written, and ultimately the precise control of the water tank level. Experimental results show that this method is simple and reliable, can be widely used in industrial production process liquid level control problem. The system al
5、so meets the needs of the factory on the control system has a great prospect. KeyKey wordswords Configuration software；PLC；water tank；Cascade Control 2 System 目 录 1 绪论3 1.1 过程控制系统的发展概况及趋势 3 1.2 PLC 的发展概况及趋势4 1.3 组态软件的发展概况及趋势4 1.4 各章节主要内容5 2 水箱液位串级控制系统总体设计6 2.1 现场系统组成6 2.2 双容水箱控制系统结构8 2.3 串级控制系统10 2.
6、4 控制规律11 3 控制系统设计14 3.1 S7-400PLC 概述14 3.2 STEP 7 软件的介绍14 3.3 硬件组态15 3.4 创建数据块 DB41 20 3.5 创建功能块 FB4120 3.6 创建组织块 OB3521 3.7 通信设置 22 3.8 程序下载23 4 监控程序的设计 24 4.1 WINCC 简介 24 4.2 监控界面的设计 25 5 水箱液位串级控制系统调试32 5.1 FCS 系统实物调试32 5.2 PLCSIM 离线仿真调试33 结束语35 参考文献 36 3 致谢 37 4 1 绪论 液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题，例如在饮料、食
7、品加工，溶液 过建，化工生产等多种行业的生产加工过程都需要对液位进行适当的控制。双容水箱 液位的控制作为过程控制的一种，由于其自身存在滞后，对象随负荷变化而表现非线 性特性及控制系统比较复杂的特点，传统的控制不能达到满意的控制效果。以 PLC、组 态软件为单元，可以组成从简单到复杂的各种工业控制系统。PLC 可以实现复杂的逻辑 编程及简单的算法编程，但是对于先进控制算法，如模糊控制算法等涉及到矩阵运算， 由于算法本身的复杂性，单纯依靠 PLC 编程功能已经不能满足要求；组态软件编程语 言虽然简单，但大多数是脚本语言，在处理算法方面仍然存在诸多不便。因此，提出 将算法写入 STEP7 程序的思路
8、，借助 STEP7 的快速运算功能及丰富的函数库，可以方 便的实现算法编写，求解输出值通过可靠的 MPI 接口反馈给组态软件，最终实现对控 制对象的控制。本文正是基于上述思路，设计开发了基于 WINCC 和 STEP7 软件的液位 控制实验平台。该平台简单可靠，本文在 STEP7 环境中编写了传统的 PID 控制算法， 实现了对双容水箱液位的控制。 1.1 过程控制系统的发展概况及趋势 过程控制是一门与工业生产过程联系十分紧密的学科，随着科学技术的飞速前进， 过程控制也在日新月异地发展。它不仅在传统的工业改造中，起到了提高质量，节约 原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且正在成为新建
9、的规模大、结构 复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分。生产过程自动化是保持生产稳定、降低 消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全和提高劳动生产率重要手段，在社会生产 的各个行业起着极其重要的作用。其发展经历了以下几个方面： 1、局部自动化阶段（50年代） 2、过程计算机控制系统阶段（60年代） 3、集中控制、多参数控制阶段（70年代） 4、集散控制阶段（80年代以后） 目前过程控制正走向高级阶段的未来，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过 程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝着综合化、智能化的方向发展，即 计算机集成制造系统：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业
10、 的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、 整个生产系统信息管理的最优化。智能化是过程控制的发展必然趋势，对工业的发展 5 有着十分重要而现实的意义。 1.2 PLC 的发展概况及趋势 PLC 的发展是提高生产力的要求推动的。最早的自动控制采用继电器板进行的，控 制逻辑简单、体积大。维护不便升级换代困难。随着电子元器件的发展，1969 年前后 发明了 PLC(ProgrammableLogicController)。最早的 PLC 主要作用是替代继电器.完全 用于逻辑(顺序)控制内存小功能单一。但是，在回路调节时。仍然需要单回路仪表或 者 OCS。随着电子技术
11、、控制技术的发展，PLC 从单纯的数字量控制发展到简单的模拟 量控制和数字量控制相结合，部分替代了单回路仪表的功能。PLC 的网络能力从无到有， 今天已经非常强大。通过网络，可以实现分散控制，降低安装成本，提高集成度。正 是因为这种灵活性，用户可以很方便地建立自己的自动化控制系统。PLC 在设计时就是 面向工业环境的。因此，可靠性和抗干扰能力都很强。PLC 在长期应用中，经受了考验， 几乎成为高可靠性的代名词。几乎所有大型的顺序控制、重要的应用，都是 PLC 实现 的。可以说，没有 PLC 就没有现代制造业。PLC 进一步融合 OCS 技术，发展到 PAC(ProgrammableAutoma
12、tionController)。PAC 可以方便的和企业网集成，实现信息 化工厂。PLC 网络中 Profibus.Modbus 应用也非常广泛。随着电子技术的发展，PLC 体 积越来越小。但小型化是有限度的，并不是越少越好。因为阻容元件等的体积很难缩 小而抗干扰措施需要这些分立元件。同时，为了使用更加方便，功能更强，控制器的 内存不断扩大，处理能力不断增强。PLC 厂家积极向过程控制领域拓展。PLC 保持了灵 活、可靠和高性价比的优势。同时在标准化和开放性方面有了长足的进步得到很多用 户的喜爱和使用。在功能方面只有某些在 PLC 基础之上发展起来的 PAC 系统才能够满 足全厂控制的要求。因
13、此 PLC 的根基依然牢固。目前自动化领域主要的发展方向是企 业层和车间层的融合。在提高生产力、全球化、创新和可持续发展的要求推动下，信 息、通讯、控制和动力的融合是自动化发展的必由之路。总之 PLC 顺应企业融合的需 要，向标准化、多功能方向不断发展，应用领域不断拓展功能不断增强，发展前景非 常乐观。 1.3 组态软件的发展概况及趋势 随着计算机技术的飞速发展，新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、 硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于 扩展、经济及开发周期短等优点。监控组态软件在新型的工业自动控制系统起到越来 越重要的作用。通常可以把组态软件系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结 构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与 控制，且常在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。监控层的硬件以 工业级的微型计算机和工作站为主，目前更趋向于工业微机。监控层的软件功能由监 控组态软件来实现。组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动 6 控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式(而不是编程方 式)提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容 易地实现和完成
