基于plc壓力過程控制系統的設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 上海理工大學畢業設計（論文）論文基于PLC的壓力過程控制系統設計目 錄第一章 緒論 1 PLC控制在國內外的發展近況 1 基于PLC的壓力過程控制系統的發展前景 2 2 設計目的和要求 2 第二章 基于PLC的壓力過程控制系統方案 4 設計方案 4 設計方案 4 控制閥的選擇 5 控制方式的選擇 6 控制算法 7 控制算法的選擇 7 PID控制的原理和特點 8 PID控制器的參數整定 9 第三章 軟件部分的實現 11 MCGS組態軟件 11 　組態軟件的介紹 11 國內組態軟件的比較與選擇 11 組態軟件的應用 13 MCGS軟件編程 13 MCGS軟件連接設置 15 FX2N編程軟件的應用 21 PLC編程指令 21 控制程序的編寫 22 第四章 硬件部分實現 26 PLC特點 26 FX2N特殊功能模塊的應用 27 FX2N4AD模擬量轉換模塊 27 FX2N4DA 模擬特殊模塊 32 PLC與計算機連接通訊 35 第五章 調試 36 調試步驟 36 調試結果與常見故障分析 36 調試 36 常見故障分析 36 第六章 結論 38 參考文獻 39 謝辭 40 第一章 緒論自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用。目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業。 同時，計算機監控系統是采用集中監測、集中控制、集中顯示、集中管理、集中保存的系統，融合了較先進的自動化技術、計算機技術、通訊技術、故障診斷技術和軟件技術，廣泛應用在化工、供暖、機械、供水、水處理等多個領域，在工業生產中發揮越來越顯著的作用。 PLC控制在國內外的發展近況20世紀末期，可編程控制器的發展特點是更加適應于現代工業的需要。從控制規模上來說，這個時期發展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉速、位移等各式各樣的控制場合；從產品的配套能力來說，生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業控制設備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業等領域的應用都得到了長足的發展。我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業的生產設備及產品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器。可以預期，隨著我國現代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地。 基于PLC的壓力過程控制系統的發展前景近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。 特別在那些對實時性要求高，對成本敏感，對尺寸敏感的場合，嵌入式PLC大有可為。 北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司開發的MCGS (Monitor andControl Generated System ,通用監控系統) 是用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件。它能夠在基于Microsoft 的各種32 位Windows 平臺上運行,通過對現場數據的采集處理,以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案,在自動化領域有著廣泛的應用。MCGS組態軟件具有全中文、面向窗口的可視化操作界面。實時性強，有良好的并行處理性能和豐富生動的多媒體畫面。MCGS組態軟件的開放式結構擁有廣泛的數據獲取和強大的數據處理功能。同時。提供良好的安全機制，為多個不同級別用戶設定不同的操作權限。MCGS組態軟件支持多種硬件設備，實現“設備無關”，用戶不必因外部設備的局部改動，而影響整個系統。MCGS組態軟件由“MCGS組態環境”和“MCGS運行環境”兩個系統組成。兩部分互相獨立，又緊密相關。 設計目的和要求 基于PLC的壓力過程控制系統要求首先辨識壓力的數學模型,然后用PLC進行智能控制設計。在眾多生產領域中，經常需要對壓力罐等容器中的液位進行監控，以往常采用傳統的繼電器接觸控制，使用硬連接電器多，可靠性差，自動化程度不高。而本課題采用可編程控制器（PLC）對壓力進行監控，其電路結構簡單，投資少，監控系統不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強，可直接運用于鍋爐壓力控制中,也可用于恒壓供水系統中。第二章 基于PLC的壓力過程控制系統方案 基于PLC的壓力過程控制系統的被控對象是由兩個壓力容器對象組成，可以根據需要構成不同階（1或2階）的被控對象。壓縮空氣經過兩路進入壓力容器中，經過兩個流量調節閥，在單回路控制過程中，可以把一路作為主回路，另一路作為干擾回路。被控對象調節采用線性的理想特征，構成的控制系統為線性控制系統。 設計方案 設計方案“基于PLC的壓力過程控制系統”利用工業控制計算機 (IPC) 作為上位機，利用MCGS軟件作為程序開發平臺，下位機采用可編程序控制器 (三菱FX2N—16M PLC)，組成一個壓力過程控制監控系統（）。MCGSIPC 工控機PLC上位機下位機 壓力過程監控系統被控對象由上、下兩個壓力罐組成，其控制要求為：將壓力罐 1 的壓力值P1和壓力罐 2 的壓力值 P2 分別控制在某個范圍內。兩個個壓力罐的壓力信號分別由檢測裝置進行實時檢測，然后將被測的標準信號經 A/ D 轉換后輸入計算機，根據采集到的信號情況，計算機將控制信號經 D/ A 轉換后輸出給執行機構，對氣泵和控制閥進行通斷控制，從而形成計算機控制的閉環控制方案。系統采用氣泵恒壓供氣，通過安裝在出壓力罐上的壓力變送器，把壓力信號變成4～20mA的標準信號送入PLC（可編程控制器），PLC通過PID程序運算后，輸出轉速信號送給電氣轉換器，由電氣轉換器控制閥的開度，調節氣壓，使壓力罐內的壓力保持在給定的壓力值上。當氣壓大于或小于壓力罐的氣壓范圍時，通過PLC控制閥以達到減壓或者加壓的目的，實現壓力罐內氣壓保持在恒定范圍內。 控制閥的選擇1．主、副調節器：三菱FX2N PLC2．壓力變送器：2臺DBYG300A壓力變送器3．調節閥：2臺ZMAP100B小流量調節閥4．電氣轉換器：2臺QZD1000電氣轉換器5．減壓器：3臺QFH221型空氣過濾減壓器6．24VDC電源 所有儀表所需的接線端子都全部拉到接線板上，也就是面板上的接線端子都是跟儀表的對應接線端子相并聯的，所以可以直接在接線板上通過合理的連線組成所需要的控制系統。氣動調節閥動作分氣開型和氣關型兩種。氣開型是當膜頭上空氣壓力增加時，閥門向增加開度方向動作，當達到輸入氣壓上限時，閥門處于全開狀態。反過來，當空氣壓力減小時，閥門向關閉方向動作，在沒有輸入空氣時，閥門全閉。氣關型動作方向正好與氣開型相反。當空氣壓力增加時，閥門向關閉方向動作；空氣壓力減小或沒有時，閥門向開啟方向或全開為止。氣動調節閥的氣開或氣關，通常是通過執行機構的正反作用和閥態結構的不同組裝方式實現。 氣開氣關的選擇是根據工藝生產的安全角度出發來考慮。即當氣源切斷時，調節閥是處于關閉位置安全還是開啟位置安全。比如：一個加熱爐的燃燒控制，調節閥安裝在燃料氣管道上，根據爐膛的溫度或被加熱物料在加熱爐出口的溫度來控制燃料的供應。這時，宜選用氣開閥更安全些，因為一旦氣源停止供給，閥門處于關閉比閥門處于全開更合適。如果氣源中斷，燃料閥全開，會使加熱過量發生危險。又如一個用冷卻水冷卻的換熱設備，熱物料在換熱器內與冷卻水進行熱交換被冷卻，調節閥安裝在冷卻水管上，用換熱后的物料溫度來控制冷卻水量，在氣源中斷時，調節閥應處于開啟位置更安全些，宜選用氣關式調節閥。壓力罐控制閥采用氣關型。考慮原因是，當壓力信號中斷時應保證設備和工作人員的安全。在事故狀態下保持閥門全開。當壓力罐內正常工作時，可保持氣體不外泄。總體而言，用氣關型比較安全。 控制方式的選擇在控制系統中，串級控制系統對改善控制過程的品質極為有效，它改善了單回路系統時間常數大、容易受到干擾等缺點，因此在生產過程中得到了廣泛的應用。鑒于其能夠提高系統的放大系數、抗干擾能力以及有一定的自適應能力等優點。“基于PLC的壓力過程控制系統”采用串級控制系統。1．串級系統的組成 壓力變送器2壓力變送器1V控制器 2P1P2控制器1 SP1 SP2 dF1 dF2 + + + + _ _ PV PV 串級過程控制系統2．采用串級控制系統串級系統由主、副兩個控制回路組成，主、副調節其相串聯工作。以一階回路為外環，二階回路為內環設計串級控制系統3．串級系統的優點①改善被控對象的特性由負反饋原理可知，副回路不僅能改變副對象的結構，而且還能使副對象的放大系數減小，頻帶變寬，從而使系統的響應速度變快，動態性能得到改善。②能及時克服進入副回路的各種二次擾動，提高了系統的抗擾動能力串級控制系統由于比單回路控制系統多了一個副回路，當二次擾動進入副回路，由于主對象的時間常