2022年2022年流量的PLC控制系统设计 .pdf

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1、1 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 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 29 页 - - - - - - - - - 2 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

2、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

3、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控制名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 29 页 - - - - - - - - - 3 目录摘要 . 2第一章引言 . 41.1 设计目的 . 41.2 设计主要过程. 41.3 设计主要内容. 51.3.1 硬件模块设计. 51.3.2 组态软件的应用设计. 51.3.3

4、基于 STEP-7的程序设计 . 51.3.4 综合设计 . 6第二章系统的硬件选型. 72.1 硬件选型 . 72.2 选型的步骤 . 82.3 选型的结果 . 82.4 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. 13 第四章系统软件设计. 15 4.1 软件设计整体构架. 15 4.1.1 杰控组态软件设计. 15 4.1.2 组态设计 . 16 4.1.3 PLC程序设计流程图.

5、 22 4.1.4 程序设计梯形图. 22 4.2 问题及其解决方法. 25 4.3 调试过程及方法. 25 4.4 软件调试结果. 26 第五章设计总结 . 28 参考文献 . 29 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 29 页 - - - - - - - - - 4 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

6、 S7-300 编程进而对整个过程进行控制；学会使用 AD、DA 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

7、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

8、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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 29 页 - - - - - - - - - 5 调试，最终实现我们的设计要求。

9、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

10、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

11、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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 29 页 - - - - - - - - - 6 1.3.4 综合设计完成了上述各个模块之后，

12、再进行综合设计，整个过程控制系统就是由硬件外围电路和设备加软件控制部分控制的。我们通过 PLC编程，再与组态软件进行链接，实现一个控制界面，继而控制物理设备的完整控制系统。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 29 页 - - - - - - - - - 7 第二章系统的硬件选型2.1 硬件选型本设计硬件主要包括，过程控制系统设备一套（包括三个流动水箱、一个储水水箱、若干水管、开关若干、抽水泵一个等）、流量计一个、电动阀一个、变频器一套等。考虑到流量的精度和准确

13、度，本设计采用上海艾特自动化仪表有限公司的MLF-1流量计，基本参数有：流量精度为0.5 级，输出信号为4-20 毫安，量程范围为 0.3 立方米，口径 10 毫米等变频器采用西门子全新一代标准变频器MicroMaster420, 它是全新一代模块化设计的多功能标准变频器。 它友好的用户界面， 让你的安装、 操作和控制象玩游戏一样灵活方便。全新的IGBT技术、强大的通讯能力、精确的控制性能、和高可靠性都让控制变成一种乐趣。水泵电动机采用浙江松久电机有限公司的A02-7112 系列三项异步电动机， 功率为 370W ，额定电压 380 伏，额定电流 1.0A，额定频率 50HZ ，转速 2780

14、r/min ，绝缘等级 B，噪声 65dB 硬件组态采用可编程控制器CPU 314C-2 PN/DP ，CPU 314C-2 DP 是紧凑型 CPU ，适合安装在分布式结构中。 通过其扩展工作存储器， 该紧凑型 CPU 也适用于中等规模的应用。 集成的数字量和模拟量输入和输出可与过程信号直接连接。集成的的 PROFIBUS DP 主站 / 从站以及 PROFINET IO 控制器 /I-设备接口，用于PROFIBUS 和 PROFINET 的分布式连接。这使得 CPU 314C-2 PN/DP 可作为进行快速处理的分布式单元使用， 也可作为 PROFIBUS 和 PROFINET 系统中具有低

15、端现场总线系统的上位控制器。采用西门子电源模块PS307/5A ，6ES7307-1EA01-0AA0西门子 PS307/5A/10A电源模块单元为S7-300/ET 200M 提供电源，将 120/230 伏交流电压转变到所需要的 24 伏直流工作电压输出电流2 安、5 安或 10 安 。S7-300 需要 24伏直流电源。PS 307负载电源模块将120 或 230 伏交流电压转变为24 伏直流工作电压。24 伏直流电源用来为SIMATIC S7-300和传感器及执行元件供电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名

16、师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 29 页 - - - - - - - - - 8 模拟量输入采用SM331,命令地址为6ES7 331-7KF02-OABO ，标称型号是AI8*12Bit ，光电隔离， U/I/ 热电偶 / 电阻中断，诊断；分辨率9、12、14 位，八位模拟量输入。模拟量输出采用SM332 ，命令地址为6ES7 332-5HD01-OABO ，标称型号是AO4*12Bit，光电隔离， U/I 诊断；分辨率 11、12 位，四位模拟量输出。数字量模块 SM 323 数字量输入 / 输出模块 ,8 输入， 8 输出。 24VDC ；8 出，24VDC ，0

17、.5A，晶体管输出，光电隔离，扩展温度范围PS 307 5A AI8*12Bit 6ES7 331-7KF02-OABO AO4*12Bit 6ES7 332-5HD01-OABO DI8/DO8*DC24V/0,5A 6ES7 323-1BH01-0AA0 2.2 选型的步骤硬件的选型是从本设计的核心去实现的，硬件方面要符合标准输入电压、电流、频率等。因此选型的步骤可以分为如下几步来进行：1、了解设计所提供的硬件资源，根据所有的设备进行实践选型；2、确定流量最大时流量计的最大值，以确定所选AD采集设备符合要求；3、确定电源模块是否符合设备的规格；4、确定变频器所能设置的最大频率值；5、确定

18、DA采集到的数据值是否符合设备要求；2.3 选型的结果最终确定采用的硬件设备主要有，上海艾特自动化仪表有限公司的MLF-1流量计，变频器采用西门子全新一代标准变频器MicroMaster420 ，水泵电动机采用浙江松久电机有限公司的A02-7112 系列三项异步电动机，硬件组态采用可编程控制器 CPU 314C-2 PN/DP 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 29 页 - - - - - - - - - 9 2.4 选型技术参数一、MLF-1流量计基本参

19、数有：流量精度为0.5 级，输出信号为4-20 毫安，量程范围为0.3立方米，口径 10 毫米等。二、变频器 MicroMaster420 200V-240V 10% ，单相 / 三相，交流， 0.12kW-5.5kW；380V-480V 10% ，三相，交流， 0.37kW-11kW ；模块化结构设计，具有最多的灵活性；标准参数访问结构，操作方便。三、可编程控制器西门子可编程控制器6ES7314-6EH04-0AB0SIMATIC S7-300, CPU 314C-2PN/DP COMPACT CPU WITH 192 KBYTE WORKING MEMORY, 24 DI/16 DO, 4

20、AI, 2AO, 1 PT100, 4 FAST COUNTERS (60 KHZ), 1. INTERFACE MPI/DP 12MBIT/S, 2. INTERFACE ETHERNET PROFINET, WITH 2 PORT SWITCH, INTEGRATED 24V DC POWER SUPPLY, FRONT CONNECTOR (2 X 40PIN) AND MICRO MEMORY CARD REQUIRED，四、电源模块PS 307电源模块是西门子公司为S7-300 专配的 DC24V 电源， PS 307 系列模块除输出额定电流不同外(有 2、5、10A)，其工作原理和

21、参数都一样。系统选用5A的电源模块。PS 307 5A 模块基本电路如图2-1 所示。 PS 307 5A 模块的输入接单相交流系统，输入电压 120/230V，50/60HZ，在输入和输出之间有可靠的隔离。输出电压允许范围 20(%5)V，最大上升时间 2.5s ，最大残留纹波 150mV ，PS 307可安装在导轨上，除了给S7-300 供电，也可给 I/O 模块提供负载电源。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 29 页 - - - - - - - - -

22、 10 图 2.1 PS 307电源模块 (10A)基本电路图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 29 页 - - - - - - - - - 11 第三章系统的硬件结构设计3.1 整体结构设计系统整体硬件设计可以用图3.1.1 所示 :，其主要组成模块下图已经标识清楚。过程控制设备硬件整体设计构架电磁阀流量计变频器AD采集流量值DA输出阀度值DA输出频率值PLC 控制设备图 3.1.1 硬件整体结构设计3.2 硬件连接图所用到的过程控制设备如下图3.2.1

23、 所示图 3.2.1 过程控制设备连接图主要控制部分硬件连接图可见图3.2.2 所示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 29 页 - - - - - - - - - 12 PC客户端磁力泵流量计储水箱电动阀阀门蓄水箱阀门AD 模块DA 模块PLC变频器图 3.2.2 设备硬件连接图3.3 系统 I/O 分配表控制系统的输入 /输出信号的名称、代码及地址编号如下表所示：符号地址备注FC105_IN PIW262 模拟量输入FC105_OUT MD102 模拟

24、量输出BIPOLAR I8.0 启动转换模式SP_INT MD200 初始给定值PV_IN MD102 反馈输入GAIN DB1.DBD14 比例值TI MD160 积分时间LMN MD150 PID 调节输出FC106_IN MD150 数字量输入FC106_OUT MW250 数字量输出PQW276 MW250 变频器给定值PQW278 27648 电动阀给定值名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 29 页 - - - - - - - - - 13 3.4

25、 硬件组态和变频器参数3.4.1 硬件组态配置在硬件组态完毕后， 进行程序装载时， 发现无法建立连接， 此时说明 PLC 的IP 地址与主机地址不在一个网络上，需要进行修改，修改方法，在组态中双击PN-IO 点击属性进行修改，如下图3.3.1所示。在实验进行过程中，会出现SF灯亮现象，说明硬件组态与实际仪器的型号不符，此时需要进行硬件组态检查) 图 3.3.1 PLC硬件组态配置3.4.2 变频器参数设定电动机的额定参数：功率0.37KW 电压 380V 电流 1.0A 转速 2780r/min 快速调试：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

26、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 29 页 - - - - - - - - - 14 步骤参数名设定值参数说明备注1 P0010 1 进入快速调试2 P0100 0 电网频率3 P0304 380 额定电压4 P0305 1.8 额定电流5 P0307 0.37 额定频率6 P0310 50 额定频率7 P0311 2780 额定转速8 P0700 2 内控 1；外控 2 内控 /外控选择9 P1000 1 内控 1；外控 2 10 P1080 0 最小频率11 P1082 50 最大频率12 P1120 10 斜坡上升时间13 P1121

27、10 斜坡下降时间14 P3900 1 结束快速调试电机类型修改为异步电机步骤：步骤参数名设定值参数说明备注1 P0010 1 进入快速调试2 P0003 2 设置访问级别3 P0300 1 异步， 2 同步异步 /同步选择异步4 P1300 0 线性， 2 抛物线控制方式选择线性5 P0003 1 设置访问级别6 P3900 1 结束快速调试（注意：必须选择外控选项）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 29 页 - - - - - - - - - 15 第

28、四章系统软件设计4.1 软件设计整体构架流量的 PLC控制系统设计其软件设计部分包含两个部分，分别为控制界面组态软件的设计和基于STEP7的 PLC程序设计。大概设计构架如下图4.1.1 所示：图 4.1.1流量 PLC控制软件设计4.1.1 杰控组态软件设计FameView组态软件系统是北京杰控公司集多年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; 已经被成功应用于冶金、机场、化工、电力、

29、配电、环保、筑路、核辐照、烟草、啤酒、铁路、煤炭、楼宇、水处理、锅炉、码头输送等各个行业, 经实践证实适合所有的大中小型自动化项目应用。本系统设计主要用的功能主要有，项目管理、设备通讯、画面制作、画面显示等部分。具体细分如下图4.1.2 所示图 4.1.2杰控组态界面设计杰控组态界面设计STEP7控制程序设计流量 PLC 控制软件设计杰控组态界面设计项目管理设备通讯画面制作新建项目项目备份项目调入运行项目安装驱动添加驱动启动驱动定义数据表启动画面制作画面制作平台画面属性参数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心

30、整理 - - - - - - - 第 15 页，共 29 页 - - - - - - - - - 16 4.1.2 组态设计一、项目管理1、新建项目点击新建项目图标 , 出现下面图4.1.3所示对话框 : 项目内容缺省在组态软件系统目录及相应子目录下, 新建项目就是清除或更新系统目录下有关内容; 所以在创建新项目时 , 应先备份当前项目到其他目录下( 缺省为“我的项目备份” 子目录 ); 如果当前项目还没有备份保存, 建议先进行备份 , 否则当前的项目会丢失 ; 按下按钮, 会两次出现确定清除当前项目的提示。之后便开始创建新的项目。图 4.1.3 新建项目2、项目备份备份项目就是将当前项目形成

31、副本, 要养成经常备份项目的习惯, 避免项目内容丢失。使用菜单中“项目-备份”命令保存项目内容到指定目录下,项目备份的界面如下图4.1.4 所示。图 4.1.4 项目备份3、项目调入名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 29 页 - - - - - - - - - 17 没有打开项目的概念 , 因为项目管理器运行后, 所管理和使用的项目就是当前系统目录下的内容; 若需管理和运行另外的项目, 就需要清除当前项目 , 调入另外一个项目 (调入的目的是将备份的数据库

32、和画面等文件拷贝到系统的当前目录下 ); 调入项目之前 , 要先去备份项目 , 避免当前项目丢失 ; 调入某项目 , 请执行“项目 -调入”命令 , 界面如下 4.1.5 所示: 图 4.1.5 调入项目4、运行项目可以在两种方式下运行: 组态方式和运行方式; 项目管理器被单独启动后, 进入组态方式 , 通讯驱动和实时数据库不被启动, 只能对系统进行设置和组态; 通过“项目 -启动监控系统”菜单命令或单击工具条运行按钮, 可以使系统工作在“运行方式” 下, 在运行方式下的某些内容被修改后, 必须退出监控系统重新启动, 通过“项目 -退出监控系统”的菜单命令可实现。二、设备通讯1、安装驱动要使用

33、某个驱动程序, 首先进行选择安装, 才能在项目中使用; 可以同时最多安装 32 种驱动程序 ; 安装驱动程序的步骤如下 : 1. 选择功能; 2. 执行任务, 出现下面对话框 : 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 29 页 - - - - - - - - - 18 图 4.1.6安装驱动3. 从驱动列表中选择要使用的通讯驱动程序; 4. 选择列表中包含常用驱动程序, 如果其中没有包含要使用的驱动程序, 可以手动添加 ; 5. 驱动程序版本或参数常有更新,

34、通过执行 按钮进行更新6. 选择列表右边显示此驱动程序提供的数据类型, 不同设备驱动有不同数据类型, 只有被选择的数据类型才能真正被访问, 根据具体需求进行选择 , 最多可以支持 24 种数据类型 ; 7. 双击选择的驱动程序名称, 或执行 按钮 , 可以把当前选择的驱动程序安装到系统中 ; 8. 安装完所需驱动后 , 执行按钮结束安装 ; 9. 已被安装的驱动程序 , 如要修改 , 重新进行安装即可 ; 2、添加驱动安装驱动程序界面选择列表中只列出了最常用的主流驱动程序, 可以被直接安装使用; 手动添加驱动程序的步骤如下: 1. 需要添加的驱动程序多由开发商提供, 也可由高级用户根据公布的驱

35、动模板自行编写 ; 2. 串口驱动模板的内容参考用户编程章节; 3. 驱动程序由两个文件组成 , 即配置文件 (*.ini)和程序执行文件 (*.exe); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 29 页 - - - - - - - - - 19 3. 得到这两个文件 , 并拷贝到系统安装根目录下; 4. 选择功能; 5. 执行任务；6. 从选择列表中找到并选择 添加 双击 , ,并鼠标双击；7. 列出了允许添加的驱动程序, 选择其中的某个驱动程序, 执行按钮

36、; 8. 添加完成后 , 新的驱动程序会出现在驱动列表中; 3 、启动驱动如果某驱动程序被安装后且被选择, 则在系统启动过程中 , 自动启动此驱动程序 ; 1. 如果驱动程序被安装但没有被选择, 则在系统启动过程中, 不能启动此驱动程序, 但在这种情况下 , 通过设备数据表 , 可以进行仿真调试 ; 2. 选择功能, 执行任务；3. 显示在列表框中的驱动程序, 是被安装过的驱动程序 ; 4. 如果没有被选择 (), 则在系统启动过程中 , 不被启动 ; 5. 只有被选择以后 (), 才能在系统启动过程中被启动; 4、定义设备数据表选择功能, 执行任务, 出现设备表对话框 : 4.1.7 定义设

37、备数据表名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 29 页 - - - - - - - - - 20 选中设备数据表的某个设备号, 用鼠标双击 , 会出现下面的设置对话框 : 4.1.8 定义设备号三、画面制作 1 、启动画面制作程序有 3 种方法可以启动画面制作程序: 1.选择功能, 执行,启动画面制作程序 ; 2. 通过工具栏中的图标 , 启动画面制作程序 ; 3. 选择功能 , 执行任务, 出现画面文件管理窗口, 可以启动画面制作程序 , 新建或修改某画面

38、; 2、画面制作平台画面制作程序启动之后 , 提供的制作界面如下图4.1.9 所示: 图 4.1.9画面制作平台名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 29 页 - - - - - - - - - 21 画面制作窗口主要由 7 部分组成，可以同时制作多幅画面, 并通过窗口进行切换。1. 制作窗口 , 是画面制作的台面 , 在上面可以放置所需要的任何图形组件; 2. 菜单, 提供了所有画面制作与操作的命令; 3. 滚动条 , 尺寸可以无限大 , 画面尺寸超出屏幕显

39、示范围时, 通过滚动条漫游画面; 4. 状态条 , 屏幕最下方是状态条 , 它显示状态提示 , 键盘状态及当前图形对象位置; 5. 工具箱 , 由多个操作按钮组成 , 实现了常用的菜单操作 , 是为了方便对画面进行操作 ; 当鼠标指向工具条上的按钮时, 会在其下方显示对应的功能提示; 6. 组件, 以分栏列表的方式提供所有可用组件; 3、画面属性 / 参数在画面窗口的空白区 , 鼠标双击 , 出现对话框设置画面属性如图4.1.10所示: 图 4.1.10 画面属性 / 参数设置可以定义如下参数：画面标题、画面颜色、高度、宽度、刷新间隔、编辑口令、动态只读、打开任务、关闭任务、初始脚本、关闭脚本

40、、循环脚本、自定义脚本、自适应分辨率、无级缩放。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 29 页 - - - - - - - - - 22 4.1.3 PLC 程序设计流程图本次基于 STEP7的程序设计主要包含了模数、数模转换模块、PID 调节模块几部分，其实现过程流程图如下图4.1.11 所示：否是图 4.1.11 PLC程序设计流程图4.1.4 程序设计梯形图整个设计过程中PLC软件部分主要包含三部分：A/D 采集部分、 PID 调节输出部分、 D/A转换

41、部分。一、A/D转换模块 FC105 模数转换部分由核心功能块FC105组成其梯形图模块如图4.1.12 所示。开始初始化FC105模数转换FB41 PID调节FC106数模转换启动结束名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 29 页 - - - - - - - - - 23 图 4.1.12 FC105功能块图模拟量输入值为当前流量计所测得的电流值，PIW262对应的地址为流量计I的电流值。之后，经过FC105 转换得出一个以工程单位表示的介于下限和上限(LO

42、_LIM和 HI_LIM)之间的实型值。将结果写入OUT即 MD102 中。二、PID调节模块 FB41 FB41称为连续控制的 PID 用于控制连续变化的模拟量，与FB42的差别在于后者是离散型的， 用于控制开关量， 其他二者的使用方法和许多参数都相同或相似。PID的初始化可以通过在OB100中调用一次，将参数COM-RST 置位，当然也可在别的地方初始化它， 关键的是要控制COM-RST；PID的调用可以在 OB35中完成，一般设置时间为200MS ，由于此设计采用的PID 控制方式为连续控制方式，故用 FB41来实现。程序中通过SP_INT ： PID 的给定值； PV_IN ： PID

43、 的反馈值（也称过程变量）和GAIN比例增益； TI 积分时间； TD微分时间；进行整个过程控制系统的调节。其梯形图块如下图4.1.13 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 29 页 - - - - - - - - - 24 图 4.1.13 PID调节模块 FB41 三、D/A转换模块 FC106 本设计数模转换模块的核心为FC106模块， PID 输出的值作为其输入值，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

44、结果写入OUT 。进行转换之后送给变频器，变频器的地址为PQW276，之后边通过变频器的输入电压控制流量的大小。FC106的梯形图如图 4.1.14 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 29 页 - - - - - - - - - 25 图 4.1.14 D/A转换模块 FC106 4.2 问题及其解决方法设计的初期，大部分功能都能如期完成，主要问题出在上位机与PLC程序的连接环节。主要出现组态设置变量时定义变量数据表设置有问题，其网络IP 地址有问题

45、，数据类型有问题，还有数据地址有问题等。经过朱老师的耐心指导和同学们之间的交流，最终这些问题都得以解决。首先，定义设备数据表时，其IP 地址要与主机 IP 地址和组态 IP 地址相对应；其次，数据的读写类型和起始地址也与STEP7 中的变量地址相对应， 变量名也必须一一对应。4.3 调试过程及方法调试过程主要包括硬件调试和软件调试部分，硬件调试主要通过电流表观察电流值是否与采集道德数据相对应，前提是变频器已经设置好为外控模式，各部分的线已经连接好。 流量计与模拟量输入模块短接， 电磁阀与相应的模拟量输出相对应，变频器的输入借口与模拟量输出的变频器接口连接。通过改变对应器件的输入电流值，调试观察

46、线路是否有问题。软件调试包括组态软件上位机调试和STEP7 程序调试， 组态软件调试主要是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 29 页 - - - - - - - - - 26 测试运行状态下变量窗口是否异常， 以及柱形图和曲线图变量设置是否正确。PLC编程调试分两步进行。第一、直接与硬件上设备之间联机调试，观察模数、数模转换是否正确，PID调节是否有作用等。 第二、通过上位机和硬件设备一起调试，通过上位机设置窗口设置PID 参数，观察 PID 调节之后的曲

47、线得出理想的PID参数。最终完成整个过程控制的系统设计。4.4 软件调试结果硬件调试基本没什么问题，调试过程也相对简单，再次不做详细介绍。组态软件设计上位机调试结果如下图4.4.1 所示：图 4.4.1 组态软件设计完成图梯形图程序与上位机和硬件设备联合调试，观察输出响应曲线的变化，判断系统的稳定性好不好， 最终确定一个稳定的PID 参数值。其最终的结果如下图所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 29 页 - - - - - - - - - 27 图 4

48、.4.2 给定值为 30 时调节曲线图 4.4.3 给定值为 50 时调节曲线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 29 页 - - - - - - - - - 28 第五章设计总结在大学的学习过程中， 特别是工科类学校， 课程设计是一个重要的实践环节，是我们步入社会参与实际项目的规划建设的一次极好的演示. 学期末的课程设计是对整个学期的总结和提高。 课程设计也有一定的学术价值和实用价值，它能反映出设计者所具有的专业基础知识和分析解决问题的能力。此次课程设计是

49、我们自动化专业最高水平的一次考核，实现一个完整的过程控制系统是我们自动化专业的核心所在。从最初的选题， 开题到分析题意、 硬件设计、软件设计、 调试直到完成设计。 本课题在选题及进行过程中得到朱俊林老师的悉心指导，其间，通过查找资料，朱俊林老师的指导，与组员交流，反复修改方案，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。课程设计期间也暴露出自己专业基础很多不足之处，比如缺乏综合应用所学专业知识的能力， 对 STEP7 中模数、数模转换模块以及PID 模块的不熟悉， 对具体设计涉及到的规范要求的不熟悉等等。因此在做的过程中需要去不断的翻阅各模块相关的资料， 这些都降低了设计的速度和设计的进程，但这

50、个过程对我来说是对自己知识的不足处的一个很好的补充和对已学过知识的一个巩固。这个过程虽然是有一定的难度但还是通过自己的慢慢的摸索和老师的指导下从熟悉到上手，经过这次努力对自己的信心很好的提高。通过这样的一个自己从开始到结束全程自己参与的设计来说对知识的了解和掌握是纯理论的学习远远达不到的效果。这次设计是对自己本学期所学知识进行的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，以后更应该在工作中学习， 努力使自己成为一个可以参与工作能独立完成设计的人。设计过程中， 朱老师多次帮助我分析思路， 开拓视角， 在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。朱老师严谨求实的治学态度， 踏实坚韧的工作精神，将使我