基于PLC的流量监控系统设计说明

毕业设计论文基于PLC的流量监控系统设计

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目录

1 选题背景

2方案论证

3 开发设计过程

4 结果分析

5 总结

参考文献

致谢

附录A:MAIN主程序：

附录B:CPU技术规范

附录C :EM 235模拟量输入，输出和组合模块的技术规范

基于PLC的流量监控系统设计

1 选题背景

本毕业设计课题来自实验室建设。目的是利用PLC来实现过程控制。目前，PLC使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。PLC通过模拟量I/O模块，实现模拟量与数字量之间的A/D、D/A转换，并对模拟量进行闭环PID控制。用MCGS组态软件组态配置工业控制监控系统，对数据进行实时监控。

2方案论证

本毕业设计原理是利用扩展模块EM235（AI4/AQ1*12位）进行数据采集，然后把采集到的数据利用程序进行工程量转换，给定量与输入量相减得出偏换，送到执行器，从而构成的是单闭环控制。

采用增量式PID，具有以下优点：（1）增量算法控制误动作影响小。（2）增量算法控制易于实现手动/自动无扰动切换。（3）不产生积分失控，易获得较好的调节品质。在实际应用中，在以步进电机或多圈电位器作执行器件的系统中，则采用增量式PID算法。

MCGS即"监视与控制通用系统"，英文全称为Monitor and Control Generated System。MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。MCGS 工控组态软件是一套32位工控组态软件，集流程控制、数据采集、设备控制与输出数据与曲线等诸多强大功能于一身，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械等多种工程领域。所以用MCGS作为本次毕业设计的开发软件是很有必要的。

3 开发设计过程

3.1 总体分析

学习了PLC的硬件系统、指令系统和编程方法以后，对设计一个较大的PLC 系统时，要全面考虑许多因素，不管所设计的控制系统的大小，要按照下列设计步骤进行系统设计。如图1：

3.2 工艺过程

随着PLC 功能的不断提高和完善，PLC 几乎可以完成工业控制领域的所有任务，但PLC 还有它最适合的应用场合：工业环境较差，而对安全性、可靠性要求较高，系统工艺复杂，输入/输出以开关量为主的工业自控系统或装置，它对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下，也可取代工业控制计算机作为主控制器，来完成复杂的工业自动控制任务。

控制对象及控制装置选定后，还要进一步确定PLC 的控制范围。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能够用传感器进行直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC 完成。另外，对主要控制对象还要加上手动控制功能。针对此次的控制任务，是利用PLC 对液体流量（模拟量）进行控制。要求把管道中水流控制在一定的速度，要求用增量式PID 控制算法进行控制。如图2所示：

3.3 系统控制要求

1、要求用PLC 编写程序，采用单闭环控制，来控制电动调节阀开度，以达到控制管道内液体流量的目的。

2、用PLC 编写程序，采用单回路控制，以采集的流量为反馈信号，与给定值进行比较，以达到控制液体流量的目的。

3、用MCGS 组态软件对设计系统进行组态，对现场数据进行实时监控。

水泵

电动调节阀

图2 过程流程图

3.4 系统的I/O点及地址分配

输入/输出信号在PLC接线端子上的地址分配是进行PLC控制系统设计的基础。对软件设计来说，I/O地址分配以后才可进行编程；对控制柜及PLC的外围接线来说，只有I/O地址确定以后，才可以绘制电气接线图、装配图，分配地址时，要注意负载类型。

控制系统的输入/输出信号的名称、代码及地址编号如下表所示：

表1 地址分配

3.5 PLC系统的选型

选择PLC一方面要注意容量，另一方面什么公司的。从上面的分析可以知道，系统需要模拟量输入点一个，模拟量输出点一个。可以选用西门子公司S7-200 CPU222PLC（8入/6继电器输出）一台，特点：体积小巧，全面功能，最适应于中小机器设备的控制，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。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。因此S7－

200系列具有极高的性能/价格比，极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。在加上一台扩展模块EM235（4AI/1AO）。这样的配置最经济。

3.6 需要考虑的其它问题

1、保护措施；

2、系统保直流电源的容量；

3、电源方面的抗干扰措施；

4、输出方面的护措施。

3.7 系统程序设计

3.7.1数字PID控制算法

在连续-时间控制系统中，PID控制器应用得非常广泛。其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，参数整定方便，结构更改灵活，能满足一般的控制要求。数字PID控制比连续PID控制更为优越，因为计算机程序的灵活性，很容易克服连续PID控制中存在的问题，经修正而得到更完善的数字PID算法。连续一时间PID控制系统如4所示。图4中，D（s）为控制器。在PID控制系统中，D（s）完成PID 控制规律，称为PID控制器。

PID控制器是一种线性控制器，用输出量y（t）和给定量r（t）之间的误差的时间函数。e(t)=r(t)-y(t) 的比例，积分，微分的线性组合，构成控制量u（t），称为比例（Proportional）积分（Integrating）微分（Differentiation）控制，简称PID 控制。实际应用中，可以根据受控对象的特性和控制的性能要求，灵活地采用不同的控制组合，构成

比例（P）控制器