流量的PLC控制系统设计

电气工程与自动化学院现场总线技术课程实践

题目：流量的PLC控制系统设计

专业班级：自动化101班

学号：20101757

学生姓名：艾文鹏

指导老师：朱俊林

日期:2013年6月25日

摘要

流量控制是过程控制系统的一个关键.采用工业控制计算机，根据专家系统确定最优工况的各试验流量, 通过AD采集模块接收流量计传感器的数据，对采集的相应数据进行处理分析并向PLC发出指令， PLC采用PI控制方法，通过PI控制的参数设定及自整定.根据PI调节的输出与输入的偏差成正比，还与偏差对时间的积分成正比，消除了控制过程中产生的静差，实现了流量闭环调节的精确控制.设计了监控软件、PLC软件、PLC与工控计算机的通信软件, 实现了流量的控制、数据采集和处理。试验表明， PI控制方法对流量的调节具有较好的稳定性和动态特性.

讨论计算机水流量PLC 监控系统。选用电磁流量计和经典文丘里管流量计系统。结合杰控组态软件制作出人机界面，把组态与PLC 进行连接，组态与PLC 间不断进行交换数据，通过组态画面实时反映现场流量的实时变化情况，然后定义与组态王实时数据库中变量相对应的监控系统中的设备，通过PLC 采集设备的数据，并通过通信接口把数据传输给计算机。

关键词:流量计;PLC ；人机界面；控制系统; 流量调节; PI控制

目录

摘要 (2)

第一章引言 (4)

1.1 设计目的 (4)

1.2 设计主要过程 (4)

1.3 设计主要内容 (5)

1.3.1 硬件模块设计 (5)

1.3.2 组态软件的应用设计 (5)

1.3.3 基于STEP-7的程序设计 (5)

1.3.4 综合设计 (6)

第二章系统的硬件选型 (7)

2.1 硬件选型 (7)

2.2 选型的步骤 (8)

2.3 选型的结果 (8)

2.4 选型技术参数 (9)

第三章系统的硬件结构设计 (11)

3.1 整体结构设计 (11)

3.2 硬件连接图 (11)

3.3 系统I/O分配表 (12)

3.4 硬件组态和变频器参数 (13)

3.4.1 硬件组态配置 (13)

3.4.2 变频器参数设定 (14)

第四章系统软件设计 (16)

4.1 软件设计整体构架 (16)

4.1.1 杰控组态软件设计 (16)

4.1.2 组态设计 (17)

4.1.3 PLC程序设计流程图 (23)

4.1.4 程序设计梯形图 (24)

4.2 问题及其解决方法 (26)

4.3 调试过程及方法 (26)

4.4 软件调试结果 (27)

第五章设计总结 (29)

参考文献 (30)

第一章引言

1。1 设计目的

本次课程设计的目的是采用西门子S7—300系列PLC来实现过程控制系统的设计.学习使用变频器,并对其内控与外控模式运用自如；掌握PLC控制单元的使用,对西门子S7—300编程进而对整个过程进行控制；学会使用A\D、D\A转换模块,了解其工作机制，熟知模数、数模换换的接口地址通过模拟量I/O模块，并对其进行编程采集与控制；与此同时,学会使用不同的传感器件流量计、电磁阀等的控制欲使用。熟悉杰控组态软件的使用方法，根据所给资料自己独立绘出一个上位机，设置相应的变量，使整个上位机与我们的硬件设备连接起来，并对模拟量进行闭环PID控制,达到PLC编程-上位机控制-实现整个流量的PLC过程控制系统的要求。通过杰控组态软件进行相应的实时监控，其显示的内容包括启动、停止按钮、PID参数给定窗口、给定流量、实际流量、相应的实时曲线显示窗口等功能,从而形成一个完整的过程控制系统。

当今,PLC的使用范围越来越广，从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制.应用于所有与自动检测，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。可知，现在的工业生产和各领域的机械控制都是与此密切相关的，对其学习研究具有重大意义。

1。2 设计主要过程

考虑到这次是对过程控制系统的初次整体设计，本设计分为四个步骤进行，分别为:第一步，过程控制柜模块选取，所选取的流量传感器、电磁阀等硬件的连接和变频器的控制方式设置；第二步，基于杰控组态软件的上位机设计，我们需要根据资料学习的东西包括项目管理、设备通信、运行数据库、画面制作、画面显示、变量报警等,通过这些木块的学习进而组合形成一个我们需要的界面控制台；第三步，基于STEP-7的S7—300PLC程序的设计，使用FB41背景数据块和FC105、FC106模块实现整个环节的A/D、D/A、PID闭环控制系统的设计;第四

步，所有部分的综合控制设计，将前期设计的所有模块进行所有的整合一体设计调试，最终实现我们的设计要求。

1。3 设计主要内容

1。3。1 硬件模块设计

我们需要的物理设备有主要有,一个储水箱、一个装水箱、流量计一个、电动阀一个、变频器一个,水泵一个和若干开关水管等材料构成。

1。3。2 组态软件的应用设计

组态软件系统是集多年 PLC 工程应用、开发和服务经验,基于 Windows NT 、Windows 2000/XP 操作平台,独立研制开发的纯 32 位、高档次的软件,其运行稳定、速度快、简单易用、功能强大、扩展性好，能为用户提供经济完善的工业自动化监控解决方案。本次组态软件需要使用的功能有，首先，学会如何使用项目管理包括备份和调入等；完成设备通讯的设计，主要包括S7TCP驱动安装、启动驱动、定义设备数据表、监视设备数据表，设备数据表的定义至关重要，它是直接和我们的程序控制连接起来的纽带;紧接着就是画面制作了，按照设计的需求绘制一个相对美观的界面，然后添加一些静态文本、按键、文本框、曲线图、柱状图等，从而构成一个完整的控制界面；选择相应的画面，启动画面显示。

1。3。3 基于STEP—7的程序设计

本次程序设计主要采用梯形图的方式，设计的过程首先使用模数转换模块FC105对流量计的数值进行实时采集，SCALE功能接受一个整型值（IN），并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT。FC105转换得到的数值再作为FB41模块进行PID调节，然后将调节得出的结果送给数模转换模块FC106进行转换，SCALE功能接受一个整型值(IN)，并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM）之间的实型值。将结果写入OUT。输出的结果再送给变频器，从而实现变频器的外控模式调节，从而实现流量的控制.