PLC课程设计报告.docx
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PLC课程设计报告.docx
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PLC课程设计报告
《PLC原理与应用》课程设计报告
题目:
温度PID控制
学院:
信息工程学院
专业、班级:
09级自动化一班
学号、姓名:
闫璠2009550101
刘欢欢2009550120
李明良2009550123
指导教师:
张钟模
完成日期:
2012年11月
摘要
从上世纪80年代到90年代中期,PLC得到了快速的发展,在这时期,PLC在处理模拟量能力,数字运算能力,人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐步进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域上处于统治地位的DCS系统。
PLC具有通用性强,使用方便,适用面广,可靠性高,抗干扰能力强,易于编程等特点。
PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。
随着现代工业的发展,在工业生产中,温度,流量,压力和液位是最常见的四种过程变量。
其中温度是一个重要的变量。
例如在冶金工业,化工工业和电力工业等诸多领域,都需要对加热炉,热处理炉和锅炉等的温度进行控制。
本次试验模拟工业控制中对温度的控制。
本次PLC课程设计为温度PID控制,顾名思义就是用PID的算法去控制温度,使之快速、稳定、准确的达到要求的温度值。
在硬件方面主要用到温度控制单元、计算机、S7-200PLC;而软件方面则通STEP7-Micro/WIN32编程软件对PLC的PID指令进行操作。
实验需要在温度控制单元上进行连线,应用PLC的扩展模块——模拟量输入模块和模拟量输出模块对反馈回来的值进行处理,然后再送往PLC的CPU。
可以用软件进行监控,观察系统达到稳定的时间,然后不断改变PID系数,使系统达到最佳。
关键字:
PLC;PID;受热体;加热器;温度控制
目录
第一章概述1
第二章任务书2
第三章硬件设计3
第4章控制要求3、
第五章程序设计4
第六章调试及现场操作5
第七章总结及个人心得
第一章前言
现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应,生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。
为了满足这一需求,生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性,可编程控制器就顺应而生。
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展,计算机控制已扩展到所有的控制领域。
在建材,化工,食品,机械,钢铁,煤矿等工业生产中广泛应用带式运输机运送原料物品。
PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。
即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。
然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。
在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。
PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段:
首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入。
随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段:
按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
此课设使用S7-200实现PID温度控制。
第二章任务书
一、课程设计的目的:
通过课程设计使学生掌握可编程序控制器(PLC)的基本工作原理、指令系统、硬件连接,使学生掌握使用可编程序控制器的基本方法,锻炼学生对PLC的编程能力,用可编程序控制器解决电气控制问题的能力。
二、课程设计的要求:
1、基本要求
要求学生理解并掌握可编程序控制器(PLC)的基本工作原理及基本结构、PLC的运行方式、外部接线及编程方法,训练学生的独立编程能力及用PLC解决现场控制问题的能力。
要求学生能根据现场控制要求,自主编程和调试程序,全面建立起用PLC解决一个实际问题的全过程的概念。
2、设计要求
用Pt100检测温度,用PLC实现温度控制。
采用PID算法。
给加热器设定一个温度给定值,经过一段时间的加热,要求加热器温度基本可以稳定在该值上。
三、课程设计的主要内容(设计过程和有关说明):
1)掌握PLC模拟量输入输出模块的使用
2)掌握PLC中PID指令的使用,利用PID指令编写PLC控制程序
3)完成实验所需要的硬件接线
4)利用实验台上的挂件模拟演示其控制过程
5)完成课程设计报告
第三章PLC介绍
一PLC简介
随着微处理器,计算机的和数字通讯技术的飞速发展,计算机控制技术已经渗透到所有工业领域。
当前用于工业控制的计算机可分为:
可编程控制器,基于PC总线的工业控制计算机,基与单片机的测控装置,用于模拟量闭环控制的可编程调节器,集散控制系统(DCS)代和现场总线控制系统(FCS)等。
可编程控制器是应用广泛,功能强大,使用方便的通用工业控制装置,已成为当工业自动化的重要支柱.近几年来,在国内已得到迅速推广普及。
正改变着工厂自动控制的面貌,对传统的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。
可编程控制器对用户来说,是一种无触点设备,改变程序即可改变生产工艺,因此可在初步设计阶段选用可编程控制器,在实施阶段再确定工艺过程。
另一方面,从制造生产可编程控制器的厂商角度看,在制造阶段不需要根据用户的要求专门设计控制器,适合批量生产。
由于这些特点,可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎,并得到迅速的发展。
可编程序控制器,英文称ProgrammableController,简称PC。
但由于PC容易和个人计算机(PersonalComputer)混淆,故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序的编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
PLC工作原理
PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的,即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器的程序。
按指令序号(或地址号)做周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直到程序结束。
然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。
在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和输出状态的刷新等工作。
PLC的扫描一个周期必须输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。
PLC在输入采样阶段:
首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入。
随即关闭输入端口,进行程序执行阶段。
PLC在程序执行阶段:
按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算和处理后,其结果在写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。
此课程设计使用S7-200实现温度PID控制。
第四章器件选择和设计构思
1PLC型号选择
本欲使受热体维持一定的温度,则需要降温工具不断给其降温。
这就需要同时有一加热器以不同加热量给受热体加热,这样才能保证受热体温度恒定。
本系统的给定值(目标值)可以预先设定后直接输入到回路中;过程标量由在受热体中的Pt100测温并进过温度变送器给出,为单极性电源模拟量;输出值是送至加热器的电源,其允许变化范围为最大的0%至100%。
温度控制系统采用德国西门子S7—200PLC。
S7-200是一种小型的HYPERLINK"\t"_blank"可编程序控制器,适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
2硬件选择
S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号CPU供您使用,即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226。
此系统选用S7-200CPU226型号, CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。
可连接7个扩展模块,最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。
13K字节程序和数据存储空间。
6个独立的30kHz高速计数器,2路独立的20kHz高速脉冲输出,具有PID控制器。
2个RS485通讯/编程口,具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
I/O端子排可很容易地整体拆卸。
用于较高要求的控制系统,具有更多的输入/输出点,更强的模块扩展能力,更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。
可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。
3S7-200PLC的PID功能指令
PID循环(PID)指令根据表格(TBL)中的输入和配置信息对引用LOOP执行PID循环计算。
提供PID循环指令(成比例、整数、导出循环)进行PID计算。
逻辑堆栈(TOS)顶值必须是“打开”(功率流)状态,才能启用PID计算。
本指令有两个操作数:
表示循环表起始地址的TBL地址和0至7常量的“循环”号码。
循环表存储九个参数,用于控制和监控循环运算,包括程序变量、设置点、输出、增益、样本时间、整数时间(重设)、导出时间(速率)以及整数和(偏差)的当前值及先前值。
如果循环表起始地址或指令中指定的PID循环号码操作数超出范围,CPU编译器将生成一则错误(范围错误),编译将会失败。
PID指令不对某些循环表输入值进行范围检查。
您必须保证程序变量和设置点(以及作为输入的偏差和先前程序变量)是0.0和1.0之间的实数。
如果进行PID计算的数学运算时遇到错误,将设置SM1.1(溢出或非法数值)并终止PID指令的执行。
(对循环表中的输出数值的更新可能不完整,因此您应当忽略这些数值,并在执行下一个循环PID指令之前纠正引起数学错误的输入值。
)
在PID指令框中输入的表格(TBL)起始地址为循环表分配三十六个字节。
在PID指令框中输入的表格(TBL)起始地址为循环表分配三十六个字节。
表2.1回路表格式
偏移量
域
格式
类型
说明
0
PVn
进程变量
双字-实数
入
包含进程变量,必须在0.0至1.0范围内。
4
SPn
定点
双字-实数
入
包含定点,必须在0.0至1.0范围内。
8
Mn
输出
双字-实数
入/出
包含计算输出,在0.0至1.0范围内
12
Kc
增益
双字-实数
入
包含增益,此为比例常量,可为正数或负数。
16
Ts
样本时间
双字-实数
入
包含样本时间,以秒为单位,必须为正数。
20
Ti
积分时间或重设
双字-实数
入
包含积分时间或重设,以分钟为单位,必须为正数。
24
Td
微分时间或速率
双字-实数
入
包含微分时间或速率,以分钟为单位,必须为正数。
系统设计流程图
本系统的应用程序主要由主程序、中断服务程序和子程序组成。
主程序的任务是对系统初始化,实现参数输入并控制电加热炉的正常运行。
主程序流程图
第五章程序设计
3.2语句表
LDSM0.1
CALLSBR_0
LDSM0.0
MOVR0.75,VD104
MOVR0.25,VD112
MOVR0.1,VD116
MOVR30.0,VD120
MOVR0.0,VD124
MOVB100,SMB34
ATCHINT_0,10
ENI
LDSM0.0
ITDAIW0,AC0
DTRAC0,AC0
/R32000.0,AC0
MOVRAC0,VD100
LDSM0.0
PIDVB100,0
LDSM0.0
LPS
MOVRVD108,AC0
*R16000.0,AC0
ROUNDAC0,AC0
DTIAC0,AC0
MOVWAC0,MW0
MOVRVD100,AC1
-RVD104,AC1
AR>AC1,0.0015
MOVW0,AQW0
LRD
AR MOVW+16000,AQW0 LPP AR>=AC1,-0.005 AR<=AC1,0.0015 MOVWMW0,AQW0 第六章调试及现场操作 一程序调试 本程序分为三部分: 主程序,子程序,中断程序 子程序主要是将各个PID运算所需的参数变量输入寄存器中。 中断程序主要是将模拟量输入到寄存器中,并将运算完毕的整数值写到模拟输出寄存器中。 输入的数据时,装入设定值0.193,回路増溢0.15,采样时间35秒,积分时间30分钟,关闭微分作用。 设定定时中断0的时间间隔是100ms设定定时中断,以定时执行PID指令。 检查程序有无错误,检查无误后接通电源,将程序下载到运行模拟平台上并运行该程序,并检查运行情况看看是否运行正常。 运行正常停止运行,关闭计算机关闭电源。 结束 二、系统硬件接线图 移相调压器的L、N两端子接PLC模拟量输出(电流信号),温度变送器的输出一方面接PLC模拟量输入端子,作为反馈信号,一方面接温度显示模块( 接A)其接线图如图一 SHAPE\*MERGEFORMAT 第七章总结个人心得
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