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1、中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题 目：基于PLC的控制系统设计-中型实验室的控制系统设计学习中心： 大庆油田学习中心 年级专业： 网络09秋 电气工程及其自动化 学生姓名： 学 号： 0961451002 指导教师： 职 称： 副教授 导师单位： 中国石油大学（华东） 中国石油大学（华东）远程与继续教育学院论文完成时间： 2011 年 07 月 30 日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员 1设计(论文)题目： 2学生完成设计(论文)期限： 年 月 日至 年 月 日 3设计(论文)课题要求： 4实验（上机、调研）部分要求内容： 5文献查阅要求： 6发
2、 出 日 期： 年 月 日 7学员完成日期： 年 月 日指导教师签名： 学 生 签 名： 注：此页由指导教师填写摘 要PLC控制系统在工业自动化控制领域应用广泛。PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，PLC控制系统对产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而PLC技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具，因此，PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。关键词：PLC 控制系统 设计 调试目 录第1章 前言.1第2章 基于PLC过程控制系统方案.2第3章 硬件部分的实现.3第4章 软件部分.5第5章 调试.9
3、第6章 结论 .11参考文献 .12致 谢.13附 录14第1章 前言自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC应用于模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各
4、个行业。 同时，计算机监控系统是采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术，广泛应用在化工、供暖、机械、供水、水处理等多个领域，在工业生产中发挥越来越显著的作用。第2章 基于PLC过程控制系统方案基于PLC的过程控制系统为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC过程控制系统时，遵循以下基本原则：1. 最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深
5、入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2. 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3. 力求简单、经济、使用及维修方便 一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益
6、，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。 4. 适应发展的需要 由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。第3章 硬件部分的实现 PLC硬件部分选用西门子S7-300系列产品，西门子s7-3
7、00PLC是具有模块化设计思想，可以根据控制要求方便的组合。为系统的改造和升级改造方便的条件。根据控制要求及系统升级考虑选用设备型号。也可根据系统的具体情况选择合适的模块，以便维修时模块方便的更换。PLC控制系统的硬件设计是PLC控制系统的重要环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。S7-300是模块化的PLC,能够适合本系统的控制要求。S7-300采用紧凑的、无槽位限制的模块结构，电源模块(PS)、CPU、信号模块(SM)、功能模块（FM）、接口模块（IM）和通信处理器(CP)都安装在导轨上。电源模块总是安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块。其它接口模块放在CPU模块
8、的右侧。S7-300用背板总线将除电源模块之外的各个模块连接起来。背板总线集成在模块上，模块通过U型总线连接器相连，每个模块都有一个总线连接器。安装时先将总线连接器插在CPU模块上，并固定在DIN导轨上，然后依次装入各个模块。本系统采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内，金属柜外壳接地，起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。电源模块(PS)电源模块用于将AC 220 V电源转换为DC 24 V电源，供CPU和I/O模块使用。中央处理器(CPU) 各种CPU有不同的性能，有的CPU集成有数字量和模拟量输入/输出点等。信号模块（SM）信号模块是数字量输入/输出模块和模拟量输入/输
9、出模块的总称它们使不同的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平匹配。信号模块主要有数字量输入模块SM321和数字量输出2，模拟量输入模块SM331和模拟量输出模块SM332。前连接器前连接器用于将传感器和执行元件连接到信号模块。它被插入到模块上，有前盖板保护。外部接线接在信号模块的前连接器的端子上，前连接器用插接的方式安装在模块后面的凹槽中。S7-300的电源模块通过电源连接器或导线与CPU模块相连 ，为CPU模块提供DC 24 V电源。以下是本系统的配置单：配置单：序号名称型号数量1电源PS30712中央处理器CPU31413MMC卡953内存卡14报警模块SM33215模拟量输入卡AI3
10、3136模拟量输出卡AO33227开关量输入/输出卡DI32318导轨19前连接器810D型头211STEP7软件5.4112WINCC软件6.01131.2网线10m14通讯卡CP5611卡1第4章 软件部分本系统采用的是STEP7系列的编程软件。梯形图、语句表、功能块图是STEP7的基本编程语言。梯形图是使用最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器电路图相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制电气人员掌握，适合于数字量逻辑控制。以下是本系统部分截图：第5章 调试在工程实际中，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。它以其结构简单、稳定
11、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。PID控制，实际中也有PI和PD控制。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）。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
12、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（System with Steady-state Error）。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步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其
13、原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。PID控制器的参数整定是控制系统调试的内容。它是根据被控过程的
14、特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善
15、。在此，不作详细说明。第6章 结论参考文献1 xxxxxx. xxxxx算法及技巧 北京：机械工业出版社, 20052 宋伯生. PLC编程理论算法及技巧 北京：机械工业出版社, 20053 廖常初. S7-300/400 PLC应用技术 北京：机械工业出版社, 2005致 谢 本论文是在*老师的悉心指导下完成的。*老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。中国石油大学（华东）现代远程教育指导教师 ： 职称： 工作单位： 对函授（网络） 级 层次 专业学员 所完成毕业设计（论文）的评 语 指导教师签名： 年 月 日注：此页由指导教师填写附录：