基于PLC的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)論文信息與電子工程系工業(yè)電氣自動化技術(shù)專業(yè)03級（1）班課題名稱：基于PLC的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號:指導(dǎo)教師：報(bào)告日期：2006年05月18日第一章緒論1.1PLC的定義及現(xiàn)狀可編程控制器出現(xiàn)前，繼電器控制在工業(yè)控制領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。但是繼電器控制系統(tǒng)具有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大、可靠性低、故障查找困難以及維修不方便。由于接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝和流程改變時(shí)必須改變接線，因此，其通用性和靈活性較差。20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，但由于價(jià)格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大以及難以適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境等原因，未能在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得推廣。20世紀(jì)60年代末，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，1968年美國通用汽車公司（GM）提出了研制新型邏輯順序控制裝置的十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)。主要內(nèi)容是：1)編程方便，可現(xiàn)場修改程序。2)維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)。3)可靠性高于繼電器控制裝置。4)體積小于繼電器控制盤。5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)。6)成本可與繼電器控制盤競爭。7)輸入可為市電8)輸出可為市電，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器等。9)擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小。10)用戶存儲器大于4KB。這些實(shí)際上提出了將繼電器控制的簡單移動、使用方便、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，將繼電接觸器控制的硬連線邏輯轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)的軟件邏輯編程的設(shè)想。美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）中標(biāo)，并于1969年研制出第一臺可編程控制器PDP-14，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器(ProgrammableLogicController.以下簡稱PLC)由原來簡單的邏輯量控制，逐步具備了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能，同時(shí)，還具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、體積小、編程方便、修改容易、網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大等顯著優(yōu)點(diǎn)，它可以與計(jì)算機(jī)一起組成功能完備的控制系統(tǒng)。PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在PLC組成的控制系統(tǒng)中，一般由上、下位微機(jī)組成主從式控制系統(tǒng)。PLC作為下位機(jī)，完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別、輸入輸出控制等，上位機(jī)（微型計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制機(jī)），完成采集數(shù)據(jù)信息的存儲、分析處理、復(fù)雜運(yùn)算、狀態(tài)顯示以及打印輸出，以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。微型計(jì)算機(jī)與PLC組成的主從式實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)和功能，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。PLC的定義如下：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原理設(shè)計(jì)。S7-300的CPU具有豐富的指令功能，編程十分方便。采用PLC作為溫度控制系統(tǒng)的核心，克服了以往儀表控制的單回路調(diào)節(jié)器的缺點(diǎn)，可以由用戶自己定義控溫曲線，同時(shí)利用PLC控制邏輯量的優(yōu)點(diǎn)，與輸入、輸出信號通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)連鎖，可以對各種故障情況及時(shí)做出反應(yīng)，使控制系統(tǒng)更加安全可靠。1.2信號處理的現(xiàn)狀和發(fā)展(1)DSP數(shù)字信號處理器的發(fā)展步入21世紀(jì)之后,社會進(jìn)入數(shù)字化的時(shí)代,而數(shù)字信號處理器(digitalsignalprocessor)正是這場數(shù)字化革命的核心從20世紀(jì)60年代數(shù)字信號處理理論的崛起，到20世紀(jì)80年代世界上第一個(gè)單片可編程DSP芯片產(chǎn)生以來,數(shù)字信號處理器的發(fā)展迅猛異常DSP的應(yīng)用范圍也越來越廣。現(xiàn)代DSP芯片作為可編程超大規(guī)模集成(VLSI)器件,通過可下載的軟件或固件來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理功能DSP芯片除具有普通微處理器的高速運(yùn)算和控制功能外,還針對高數(shù)據(jù)傳輸速率,數(shù)值運(yùn)算密集的實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理,在處理器結(jié)構(gòu),指令系統(tǒng),和指令流程設(shè)計(jì)上做了較大改動其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有:a.DSP芯片普遍采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),即數(shù)據(jù)總線和程序總線相互分離,這使得處理指令和數(shù)據(jù)可以同時(shí)進(jìn)行,提高了處理效率b.DSP芯片大多采用流水線技術(shù),即每條指令的執(zhí)行劃分為取指,譯碼,取數(shù)等若干步驟,由片內(nèi)多個(gè)功能單元分別完成這相當(dāng)于多條指令并行執(zhí)行,從而大大提高了運(yùn)行速度c.片內(nèi)有多條總線可以同時(shí)進(jìn)行取指和取操作數(shù)動作并且有輔助寄存器自動增減地址協(xié)助尋址d.配有獨(dú)立的乘法器!加法器和特殊指令,適用于需要大量乘累加器操作的矩陣運(yùn)算,濾波,FFT,Viterbi譯碼和相關(guān)的專用信號處理運(yùn)算e.大多數(shù)DSP芯片一般都帶有DMA控制器,外部存儲器,外部存儲器擴(kuò)展接口,串行通信,配合片內(nèi)多總線結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)大吞吐量數(shù)據(jù)傳送f.DSP芯片一般配有中斷處理器,定時(shí)器,片內(nèi)存儲器和鎖相環(huán)(PLL)等片內(nèi)集成外設(shè),可以方便的實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式自封閉控制的處理系統(tǒng)g.省電管理和低功耗適于便攜式數(shù)字終端設(shè)備發(fā)展趨勢:DSP內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善；DSP和微處理器的融合；MPU是低成本的,主要執(zhí)行智能定向控制任務(wù)的通用微處理器,但其數(shù)字信號處理能力很差,DSP功能正好與其相互補(bǔ)充；DSP和高檔CPU的融合；DSP和SOC(System-on-chip)的融合；DSP和FPGA的融合；實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS與DSP結(jié)合(2)（2）電流模式模擬信號處理的發(fā)展多年來，電子工程師似乎總是認(rèn)為世界是由電壓所支配，安培只是從屬于伏特，新近的研究表明，由標(biāo)準(zhǔn)的電壓運(yùn)算放大器綜合的電流模式電路比用同樣的器件以電壓模式綜合實(shí)現(xiàn)的電路性能好得多，跨導(dǎo)運(yùn)放極有希望發(fā)展成為模擬VLSI中的模擬門陣列最基本的積木塊，T-C技術(shù)使得全集成連續(xù)時(shí)間信號處理器的單片集成化成為可能，用電流模式方法設(shè)計(jì)的ANN集成電路克服了電壓模式ANN集成電路的缺陷，可實(shí)現(xiàn)編程閉值的突觸陣列，從而為神經(jīng)計(jì)算機(jī)的VLSI實(shí)現(xiàn)提供了新的途徑。目前，集成電路的設(shè)計(jì)由于電流模式電路技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用而獲得了新的生長點(diǎn)，模擬VLSI的最新進(jìn)展使得開發(fā)和實(shí)現(xiàn)電流模式信號處理成為可能.電流模式技術(shù)和方法對于諸如放大器、變換器、A/D和D/A、采樣數(shù)據(jù)和連續(xù)時(shí)間濾波器、自校正系統(tǒng)，編程系統(tǒng)、ANN(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))和神經(jīng)計(jì)算機(jī)等許多問題提供了最有吸引力的途徑，并將對微電子學(xué)與信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與AI,控制與機(jī)器人等領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響.在988年IEEE電路與系統(tǒng)國際會議上英國B.WiIson教授等人介紹了電流模式信號處理的一些新近進(jìn)展s，引起了人們的廣泛興趣，1988年和1990年IEEE電路與系統(tǒng)國際會議上開辟了“電流模式信號處理”專門小組報(bào)告和大會前的專題學(xué)術(shù)付論會，并把其作為VLSI和模擬信號處理的重點(diǎn)前沿方向，一場“電流模式信號處理的熱潮正在國際上迅速興起。人們預(yù)計(jì)電流模式模擬信號處理與IC設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展將會改變目