基于PLC和組態(tài)技術的水箱液位串級控制系統設計課件

基于PLC和組態(tài)技術的水箱液位

串級控制系統設計本科畢業(yè)答辯學生：黃勇指導教師：董海兵電氣與信息工程系2011年6月基于PLC和組態(tài)技術的水箱液位

串級控制系統設計本科畢業(yè)答辯1論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能水箱液位串級控制系統總體設計系統下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序設計系統上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試全文總結論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能2課題研究的目的、意義工業(yè)控制網絡中的關鍵問題之一是網絡通信及其通信協議，目前工業(yè)控制網絡中大量存在著DCS集散控制系統，而由于不同的自動化設備生產商各自的通信協議相對獨立而造成了業(yè)界的“自動化孤島”現象，故而工業(yè)控制中將加速由DCS向基于公開協議的FCS現場總線控制系統過渡與轉換。FCS現場總線技術是當前自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。所以掌握這種技術對提升自動化專業(yè)水平來說是很重要的，對我們自身今后的發(fā)展也至關重要。本文設計的液位串級控制系統采用的硬件平臺正是基于FCS的現場總線控制系統。1課題研究的目的、意義和系統實現功能課題研究的目的、意義1課題研究的目的、意義和系統實現功3基于PLC和組態(tài)技術的水箱液位串級控制系統設計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，化工生產等多種行業(yè)的生產加工過程中都需要對液位進行適當的控制，以PLC和組態(tài)軟件為基礎，可以組成從簡單到復雜的各種工業(yè)控制系統。本文正是基于上述思路，設計開發(fā)了基于STEP7和WINCC的液位串級控制系統。該系統簡單可靠，可以實現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控制系統對象裝置總貌圖

FCS控制系統對象裝置總貌圖6系統設計需要實現的主要功能分析串級控制系統的特點，建立水箱液位串級控制系統的模型；利用STEP7軟件對對象進行正確的硬件配置，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的上位機監(jiān)控程序。系統調試，分析控制效果。系統設計需要實現的主要功能分析串級控制系統的特點，建立水箱液7論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能水箱液位串級控制系統總體設計系統下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序設計系統上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試全文總結論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能82水箱液位串級控制系統總體設計

1）控制方案

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

3）過程檢測裝置與儀表S7400PLC主機3）過程檢測裝置與儀表13論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能水箱液位串級控制系統總體設計系統下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序設計系統上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試全文總結論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能14

FCS控制系統原理框圖3系統下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序設計FCS控制系統原理框圖3系統下位機軟件中的15S7-400是通用可編程控制器，它廣泛地應用于自動化領域，涉及多個行業(yè)，可用于組建集中式或分布式結構的測控系統，重點在于為生產制造工程中的系統解決方案提供一個通用的自動化平臺，性能優(yōu)良，運行可靠。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，它廣泛地應用于自動化領域，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準軟件，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以其強大的功能和靈活的編程方式廣泛應用于工業(yè)控制系統，下圖顯示了該軟件是如何對PLC硬件進行編程和組態(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)中選擇機架，機架導軌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。檢測數據通過總線傳輸給CPU，最后，在4號槽中放置通信模塊，進行通訊連接、程序下載。3）硬件組態(tài)硬件主要由以下幾部分構成：19系統硬件組態(tài)配置圖系統硬件組態(tài)配置圖204）程序設計

程序項目建立

4）程序設計程序項目建立21建立數據塊DB41建立數據塊DB4122建立功能塊FB41(背景塊為DB41)FB41為西門子PLC內部已經定義好的實現PID控制的功能模塊。

在STEP7軟件中，FB41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中調用一次，將參數COM-RST置位，當然也可在別的地方初始化它，關鍵的是要控制COM-RST。PID的調用可以在OB35中完成，一般設置時間為200MS。建立功能塊FB41(背景塊為DB41)FB23基于PLC和組態(tài)技術的水箱液位串級控制系統設計ppt課件24建立組織塊OB35(調用FB41）建立組織塊OB35(調用FB41）25基于PLC和組態(tài)技術的水箱液位串級控制系統設計ppt課件26

PLC和上位機通信設置西門子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，通信方式設置成PROFIBUS方式；（2）遠程以太網的方式來建立通信，通信方式設置成TCP/IP方式；

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

將硬件組態(tài)和程序設計完成以后，設置好通信的接口以后，點擊STEP7管理器界面窗口中的圖標，將程序下載到CPU中，這樣就可以進行實物調試運行或者PLCSIM仿真了。程序下載29論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能水箱液位串級控制系統總體設計系統下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序設計系統上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試全文總結論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能304系統上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)系統上位機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，它是在生產和過程自動化中解決可視化和控制任務的監(jiān)控系統，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據交換使其具有高度的實用性。4系統上位機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)驅動連接33

選中該選項的PROFIBUS，“新建驅動程序連接”即可，如圖所示：

選中該選項的PROFIBUS，“新建驅動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)技術的水箱液位串級控制系統設計ppt課件364）畫面組態(tài)

4）畫面組態(tài)375）變量關聯選中組態(tài)對話框中輸入輸出域，在彈出的組態(tài)對話框中，進行變量的關聯即可，如圖所示：其它變量的關聯依次類推。5）變量關聯選中組態(tài)對話框中輸入輸出域，在彈出的38系統組態(tài)監(jiān)控總效果圖系統組態(tài)監(jiān)控總效果圖39論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能水箱液位串級控制系統總體設計系統下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序設計系統上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試全文總結論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能40FCS系統實物調試在3107實驗室進行實物調試FCS系統實物調試41PLCSIM離線仿真調試PLCSIM離線仿真調試42控制效果分析控制效果分析43基于PLC和組態(tài)技術的水箱液位串級控制系統設計ppt課件44基于PLC和組態(tài)技術的水箱液位串級控制系統設計ppt課件45論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能水箱液位串級控制系統總體設計系統下位機軟件中的硬件組態(tài)和程序設計系統上位機軟件中的通信建立和界面組態(tài)水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試全文總結論文主要內容課題研究的目的、意義和系統實現功能466全文總結對現場FCS總線技術有了深入理解，為以后進一步的學習和應用打下基礎。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識和了解。學習和了解了西門子400系列的PLC的原理、編程方法及其應用；熟練掌握了STEP7和