基于西門子s7-200plc的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(已修改)

　

【正文】 [訂閱]RSS網(wǎng)易博客首頁相冊(cè) 搜索隨便看看 注冊(cè) 登錄單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)首頁日志相冊(cè)音樂收藏博友關(guān)于我日志[圖] 單片機(jī)開單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)提供專業(yè)單片機(jī)學(xué)習(xí)資料,包括51,ARM,PLC,DSP,CPLD/FPGA,NEC,STM,AVR,開關(guān)電源,嵌入式系統(tǒng)等單片機(jī)資料,還有單片機(jī)畢業(yè)論文與技術(shù)文章加博友 關(guān)注他最新日志三相異步電動(dòng)機(jī)Y△（三角形從C8051F看8位單片機(jī)發(fā)展之一種基于AT89C2051單片機(jī)的全自動(dòng)洗衣機(jī)的PLC控制設(shè)計(jì)2009年索伊冰箱家電下鄉(xiāng)產(chǎn)品基于FPGA芯片的數(shù)字頻率計(jì)設(shè)隨機(jī)閱讀FromBerlinwithlove張國(guó)燾為何成為一大中的二號(hào)人物？魔鬼地洞中國(guó)和“流氓”國(guó)家成為“朋友”的代價(jià)[]塑料皮兒該怎么撕？劇的報(bào)恩首頁推薦翻拍紅樓夢(mèng)堪比創(chuàng)業(yè)全球最恐怖四條靈異路美國(guó)賭場(chǎng)養(yǎng)兩頭活獅非誠(chéng)勿擾改版后不好看絲襪上的插畫風(fēng)情萬種相親會(huì)美女盛裝登場(chǎng)更多基于單片機(jī)的閉環(huán)實(shí)時(shí)溫度控制系統(tǒng)基于AT89C51單片機(jī)的多路溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)基于西門子S7200 PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文默認(rèn)分類 20090526 21:06:12 閱讀 1267 評(píng)論 1 字號(hào)： 大 中 小基于西門子S7200 PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文本文摘自單片機(jī)開發(fā)平臺(tái):第一章 前 言 課題研究背景溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐的諸多領(lǐng)域中, 溫度控制占有著極為重要的地位, 特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足輕重的作用。對(duì)于不同生產(chǎn)情況和工藝要求下的溫度控制，所采用的加熱方式，燃料，控制方案 也有所不同。例如冶金、機(jī)械、食品、化工等各類工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的各種加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐等；燃料有煤氣、天然氣、油、電等[1]。溫度控制系統(tǒng) 的工藝過程復(fù)雜多變，具有不確定性，因此對(duì)系統(tǒng)要求更為先進(jìn)的控制技術(shù)和控制理論。可編程控制器（PLC）可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng)，價(jià)格便宜， 可靠性強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，易學(xué)易用等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡，因此PLC已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛地使用[2]。目前在控制領(lǐng)域中，雖然逐步采用了電子計(jì)算機(jī)這個(gè)先進(jìn)技術(shù)工具，特別是石油化工企業(yè)普遍采用了分散控制系統(tǒng)（DCS）。但就其控制策略而言，占統(tǒng)治地位的 仍然是常規(guī)的PID控制。PID結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、使用中不必弄清系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型[3]。PID的使用已經(jīng)有60多年了，有人稱贊它是控制領(lǐng) 域的常青樹。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng) 控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。在組態(tài)概念出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一任務(wù)，都是通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)的。編寫程序不但工作量大、周期長(zhǎng)，而且容易犯錯(cuò) 誤，不能保證工期。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，解決了這個(gè)問題。對(duì)于過去需要幾個(gè)月的工作， 開發(fā)的，組態(tài)王具有流程畫面，過程數(shù)據(jù)記錄，趨勢(shì)曲線，報(bào)警窗口，生產(chǎn)報(bào)表等功能，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域被應(yīng)用[4]。 溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r溫度控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位。溫度控制系統(tǒng)是人類供熱、取暖的主要設(shè)備的驅(qū)動(dòng) 來源，它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史。期間，從低級(jí)到高級(jí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)溫度控制精度要求的不斷提高，溫度控制系統(tǒng)的控制技術(shù)得 到迅速發(fā)展。當(dāng)前比較流行的溫度控制系統(tǒng)有基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，基于PLC 的溫度控制系統(tǒng)，基于工控機(jī)（IPC）的溫度控制系統(tǒng)，集散型溫度控制系統(tǒng)（DCS），現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）等。單片機(jī)的發(fā)展歷史雖不長(zhǎng)，但它憑著體積小，成本低，功能強(qiáng)大和可靠性高等特點(diǎn)，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)已經(jīng)由開始的4位機(jī)發(fā)展到32位 機(jī)，其性能進(jìn)一步得到改善[5]。基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，工作精度高。但相對(duì)其他溫度系統(tǒng)而言，單片機(jī)響應(yīng)速度慢、中斷源少，不利于在復(fù)雜 的，高要求的系統(tǒng)中使用。PLC是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲(chǔ)器儲(chǔ)存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組 件，控制各種機(jī)械或工作程序。PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單，易于被工程人員掌握和使用，目前在工業(yè)領(lǐng)域上被廣泛應(yīng)用[6]。相對(duì)于 IPC，DCS，F(xiàn)SC等系統(tǒng)而言，PLC是具有成本上的優(yōu)勢(shì)。因此，PLC占領(lǐng)著很大的市場(chǎng)份額，其前景也很有前途。工控機(jī)（IPC）即工業(yè)用個(gè)人計(jì)算機(jī)。IPC的性能可靠、軟件豐富、價(jià)格低廉，應(yīng)用日趨廣泛。它能夠適應(yīng)多種工業(yè)惡劣環(huán)境，抗振動(dòng)、抗高溫、防灰塵，防電 磁輻射。過去工業(yè)鍋爐大多用人工結(jié)合常規(guī)儀表監(jiān)控，一般較難達(dá)到滿意的結(jié)果，原因是工業(yè)鍋爐的燃燒系統(tǒng)是一個(gè)多變量輸入的復(fù)雜系統(tǒng)。影響燃燒的因素十分復(fù) 雜，較正確的數(shù)學(xué)模型不易建立，以經(jīng)典的PID為基礎(chǔ)的常規(guī)儀表控制，已很難達(dá)到最佳狀態(tài)。而計(jì)算機(jī)提供了諸如數(shù)字濾波，積分分離PID，選擇性PID。 參數(shù)自整定等各種靈活算法，以及“模糊判斷”功能，是常規(guī)儀表和人力難以實(shí)現(xiàn)或無法實(shí)現(xiàn)的[7]。在工業(yè)鍋爐溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)中采用控機(jī)工可大大改善了對(duì) 鍋爐的監(jiān)控品質(zhì)，提高了平均熱效率[7]。但如果單獨(dú)采用工控機(jī)作為控制系統(tǒng)，又有易干擾和可靠性差的缺點(diǎn)。集散型溫度控制系統(tǒng)（DCS）是一種功能上分散，管理上集中上集中的新型控制系統(tǒng)。與常規(guī)儀表相比具有豐富的監(jiān)控、協(xié)調(diào)管理功能等特點(diǎn)。DCS的關(guān)鍵是通 信。也可以說數(shù)據(jù)公路是分散控制系統(tǒng)DCS的脊柱。由于它的任務(wù)是為系統(tǒng)所有部件之間提供通信網(wǎng)絡(luò)，因此，數(shù)據(jù)公路自身的設(shè)計(jì)就決定了總體的靈活性和安全 性。基本DCS的溫度控制系統(tǒng)提供了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和管理水平，能減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有助于提高系統(tǒng)的效率[8]。但DCS在設(shè)備配置上要求網(wǎng) 絡(luò)、控制器、電源甚至模件等都為冗余結(jié)構(gòu)，支持無擾切換和帶電插拔，由于設(shè)計(jì)上的高要求，導(dǎo)致DCS成本太高。現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表等多種技術(shù)手段的系統(tǒng)。其優(yōu)勢(shì)在于網(wǎng)絡(luò)化、分散化控制。基 于總線控制系統(tǒng)（FCS）的溫度控制系統(tǒng)具有高精度，高智能，便于管理等特點(diǎn)，F(xiàn)CS系統(tǒng)由于信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，能直接執(zhí)行傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能。而 且它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置(含變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)和組態(tài)，這是其他系統(tǒng)無法達(dá)到的[9]。但是，F(xiàn)CS還沒有完全成熟，它才剛剛進(jìn)入實(shí)用化的 現(xiàn)階段，另一方面，另一方面， 目前現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)共有12種之多，這給FSC的廣泛應(yīng)用添加了很大的阻力。各種溫度系統(tǒng)都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，用戶需要根據(jù)實(shí)際需要選擇系統(tǒng)配置，當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用中，為了達(dá)到更好的控制系統(tǒng)，可以采取多個(gè)系統(tǒng)的集成，做到互補(bǔ)長(zhǎng)短。溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比有著較大差距。 成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主。它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能 化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并在儀表控制參數(shù)的自整定方面，國(guó)外已有較多的成熟產(chǎn)品。但由于國(guó)外技術(shù)保密及我國(guó)開發(fā)工作的滯 后，還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件。控制參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成 果。日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正 朝著高精度、智能化、小型化等方面快速發(fā)展[10]。本論文主要是利用PLC S7200 采用PID控制技術(shù)做一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，要求穩(wěn)定誤差不超過正負(fù)1℃，并且用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。具體有以下幾方面的內(nèi)容：第一章，對(duì)PLC系統(tǒng)應(yīng)用的背景進(jìn)行了闡述，并介紹當(dāng)前溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。第二章，簡(jiǎn)單概述了PLC的基本概念以及組成。第三章，介紹了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的硬件連接、使用方法以及編程軟件的簡(jiǎn)單介紹。第四章，介紹了本論文中用到的一些算法技巧和思想，包括PWM、PID控制、PID在PLC中的使用方法以及PID的參數(shù)整定方法。第五章，介紹了設(shè)計(jì)程序的設(shè)計(jì)思想和程序，包括助記符語言表和梯形圖。第六章，介紹了組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)方法。第七章，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)控制系統(tǒng)控制質(zhì)量。第八章,對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。第二章 可編程控制器的概述 可編程控制器的產(chǎn)生可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，英文全稱：Programmable Controller，為了和個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)區(qū)分，一般稱其為PLC。可編程控制器(PLC)是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng) 裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，但由于價(jià)格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大，未能在工業(yè)領(lǐng)域中獲得推廣。1968年，美國(guó)的汽車制造公司通用汽車公司(GM)提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶角度提出新一代控制器應(yīng)具備十大條件，立即引起了開發(fā)熱潮。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上。可編程控制器自問世以來，發(fā)展極為迅速。1971年日本開始生產(chǎn)可編程控制器，而歐洲是1973開始的。如今，世界各國(guó)的一些著名的電氣工廠幾乎都在生產(chǎn)可編程控制器[11]。可編程控制器從誕生到現(xiàn)在經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代，見表11。 表 11 可編程控制器功能表代次 器件 功能第一代 1位處理器 邏輯控制功能第二代 8位處理器及存儲(chǔ)器 產(chǎn)品系列化第三代 高性能8位微處理器及位片式微處理器 處理速度提高，向多功能及聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展第四代 16位、32位微處理器及高性能位片式微處理器 邏輯、運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)功能的多功能 可編程控制器的基本組成PLC從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種。整體式PLC一般由CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存和電源組成。模塊式PLC一般由CPU模塊、I /O模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、底版或機(jī)架組成。本論文實(shí)物采用的是模塊式的PLC，不管哪種PLC，都是屬于總線式的開發(fā)結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成如圖21所示 [12]。1) CPU（中央處理器）和一般的微機(jī)一樣，CPU是微機(jī)PLC的核心，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器以及實(shí)現(xiàn)他們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成。CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如整個(gè)系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量。CPU控制著PLC工作，通過讀取、解釋指令，指導(dǎo)PLC有條不紊的工作。2) 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器（內(nèi)存）主要用語存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成部分。PLC中的存儲(chǔ)器一般包括系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)程序一般由廠 家編寫的，用戶不能修改；而用戶程序是隨PLC的控制對(duì)象而定的，由用戶根據(jù)對(duì)象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。3) 輸入