基于PLC的过程控制系统的设计与实现测控技术毕业论文.docx
- 文档编号:1283054
- 上传时间:2022-10-20
- 格式:DOCX
- 页数:39
- 大小:808.17KB
基于PLC的过程控制系统的设计与实现测控技术毕业论文.docx
《基于PLC的过程控制系统的设计与实现测控技术毕业论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于PLC的过程控制系统的设计与实现测控技术毕业论文.docx(39页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于PLC的过程控制系统的设计与实现测控技术毕业论文
毕业论文
基于PLC的过程控制系统的设计与实现
系别
自动化工程系
专业名称
测控技术与仪器
班级学号
学生姓名
指导教师
基于PLC的过程控制系统的设计与实现
摘要
可编程控制器是以微型计算机为核心的工业控制装置,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术。
德国西门子公司SIMATICS7-300系列可编程控制器的模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点,使得S7-300系列可编程控制器在工业领域中实施各种控制任务时,成为一种既经济又切合实际的解决方案。
过程控制系统中,80%以上的控制对象都可以用PID控制器来实现。
通过组态PLC的标准PID控制模块,实现对工业流程的自动控制,可以大大提高编程效率和整个项目的组态时间。
本设计是以液位为被控对象,基于SIEMENS S7-300PLC和昆仑通态公司的组态软件MCGS设计了一套液位控制系统。
编程时调用了STEP7中自带的PID模块,使得程序更为简洁,运行速度更为理想。
利用可编程控制器和组态软件,实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。
实验证明,此系统具有快、准、稳等优点,在工业控制领域中能得到广泛运用。
关键词:
PID,PLC,MCGS,液位,过程控制
BasedonPLCcontrolsystemdesignandimplementation
Author:
DuChenTutor:
SongAijuan
Abstract
ProgrammableControllerbasedonmicrocomputerasthecoreoftheindustrialcontrolequipment,integratedcomputertechnology,automaticcontroltechnologyandcommunicationtechnology.SiemensGermanySIMATICS7-300seriesprogrammablecontrollerandthemodularstructureoffan,theconfigurationanddistributedcharacteristicssuchaseasytomaster,S7-300seriesprogrammablecontrollerinthefieldofindustrialcontroltasksimplemented,becomeaneconomicalandpracticalsolutions.
Processcontrolsystemmorethan80%ofthecontrolledobjectcanbeusedtorealizePIDcontroller,throughtheconfigurationofPLC,realizePIDcontrolmodulestandardofindustrialprocessofautomaticcontrol,cangreatlyimprovetheefficiencyandthewholeprojectprogrammingconfigurationoftime.
Thisdesignisforthecontrolledobject,levelbasedonSIEMENSS7-300PLCandthegeneralstateofkunlunMCGSconfigurationsoftwaredesignedasetofliquidlevelcontrolsystem.WhenprogrammingcallsaSTEP7inthecabin,andmaketheprocessmorePIDmodule,thespeedmoreconcise.Usingtheprogrammablecontrollerandconfigurationsoftware,realizethereal-timemonitoringandcontrolsystemforreal-timesamplingandprocessingofdata.Itisprovedthatthissystemisfast,accurateandetc,intheindustrialcontrolareacanbeusedwidely.
KeyWords:
PID,PLC,MCGS,LEVEL,PROCESS
第一章绪论
1.1课题研究的背景知识和意义
目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口、执行机构,加到被控系统上;控制系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统,其传感器、变送器、执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligentregulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等。
1.2过程控制系统概述
液位是过程控制中重要的控制形式之一。
过程控制涉及炼油、发电、化工、冶金、医药、造纸和轻工等工业部门,对国民经济的发展起着十分重要的作用。
过程控制涉及的对象一般具有过程复杂、系统大和安全性要求高等特点,对自动化的要求也较高,自动化程度自然相对发展也比较快。
过程控制的发展经历了从常规仪器仪表到集散型计算机控制系统(DCS)的发展过程。
进入20世纪90年代,企业的自动化向着以计算机网络为基础的计算机集成系统的方向发展。
从系统的功能角度看,连续过程的工业自动化由过去的以保证平稳生产为目标的简单控制装置发展到考虑过程的非线性、时变性等因素的先进控制系统。
随着科学技术的发展和市场竞争的日趋激烈,企业把注意力集中到如何形成一个能适应生产环境不确定性和市场供求多变性的、具有高柔性、全局最优、高经济效益和高管理水平的,集生产与经营管理于一体的综合自动化系统,也就是连续生产过程的计算机集成制造系统CIMS(ComputerIntegratedmanufacturingsystem),亦称计算机综合处理系统CIPS(computerintegratedprocessingsystem)。
连续过程工业的CIMS完全摆脱了传统的“孤岛”式的自动化模式,它以计算机的软、硬件系统的集成为基础,实现企业生产信息和管理信息的集成,计划调度、控制功能和管理决策功能的集成,使企业成为一个整体并协调地运行,从而创造出最好的经济效益和社会效益。
在现代化的大型企业中,尽管过程控制采用了先进的DCS系统,但绝大部分的控制回路仍采用比例,积分和微分控制。
据有关资料介绍,在连续的工业过程的控制中,85%-95%的控制回路采用PID控制,约有5%-15%的控制回路是常规PID控制所不能奏效或效果不好的,而必须采用高等过程控制策略。
高等过程APC(AdvancedProcessControl),亦称先进过程控制目前尚无统一的定义。
习惯上,将基于没有精确数学模型而又必须用计算机来实现的控制算法,统称为高等过程控制策略。
如模糊控制、补偿控制(包括smith补偿控制、前馈控制等)、预测控制、自适应控制、非线性控制、多变量控制、分布参数控制等。
1.3课题的研究内容
可编程控制器(PLC)是计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动控制装置。
其性能优越,广泛应用于工业控制的各个领域,并已成为工业自动化的三大支柱(PLC、工业机器人、CAD/CAM)之一。
PLC的应用已成为工业自动化发展必然的一个趋势。
在不久的将来PLC技术在我国将得到更全面的推广和应用。
本文研究的是PLC技术在液位控制系统上的应用。
从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、程序设计。
控制对象数学模型的建立、控制算法的选择和参数的整定。
本论文通过德国西门子公司的S7-300系列PLC控制器,压力液位传感器将检测到的实际液位值转化为电信号,转换成数字量信号并送入到PLC中进行PID调节。
同时利用北京昆仑通态公司的组态软件,通过串行口与可编程控制器通信,对控制系统进行全面监控,从而使用户操作更方便。
总体上包括硬件设计、软件编程、参数整定等。
全论文分为七章,各章的主要内容说明如下。
第一章,对液位控制系统应用的背景及国内外的发展状况进行了阐述,指出了本文的研究意义所在。
第二章,概述了PID控制系统的原理和系统结构图等基础内容。
第三章,概述了可编程控制器(PLC)的基本概念和工作原理和结构功能等知识。
第四章,主要从系统设计结构和硬件设计角度,介绍了该项目的PLC控制系统的设计步骤、PLC的硬件配置以及PLC控制器的设计和参数整定。
第五章,在硬件设计的基础上,详细介绍了本项目的软件设计,主要包括软件的设计基本步骤、方法,编程软件STEP7的介绍以及本项目程序设计。
第六章,详细介绍了在组态软件MCGS的基础上进行实时监控的设计。
第七章,总结全文。
2PID控制原理以及系统结构图
2.1PID调节基本原理
2.1.1PID概述
在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。
过程控制实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
模拟控制的PID表达式见式(2.1):
u(t)=
(2.1)
式中
、
、
分别为模拟调节器的比例增益、积分时间、微分时间。
1.比例(P)控制:
比例控制是一种最简单的控制方式。
其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state-error)。
2.积分(I)控制:
在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(SystemwithSteady-stateError)。
为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。
积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。
这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 PLC 过程 控制系统 设计 实现 测控 技术 毕业论文