毕业设计-基于plc的液位控制系统(共41页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 毕 业 设 计(论文)题 目:基于PLC的液位控制系统-下位机设计学生姓名: 学 号: 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 1126班 指导教师: 2015年 5 月 22 日 专心-专注-专业摘 要随着当今社会科学技术的迅猛发展,各类监测并调控液位系统对自动化程度的要求也越来越高,原有的水位控制系统,已远远不能满足当前高度自动化的需要。本课题是研究通过PLC系统来控制水位,监控组态来模拟监控界面,实现生产的自动化,可视化。本课题首先设计PLC控制系统,根据要求实现的功能分配IO口,接线,然后编制通过V4.0 step 7软件进行梯形图的编辑、运行,并把现场的水
2、塔水位状况实时传送给上位机,上位机采用力控组态软件进行监控。监控组态界面是通过ForceContro7.0进行监控界面的编写、运行。首先设计监控界面,设置通信参数和IO口,使得上下位机能够可靠通信。本水位控制系统以PLC为控制核心,具备开始和停止功能,这是一种PLC控制的自动调节控制系统。应用此控制系统能显著提高劳动效率,减少劳动强度。关键词:PLC 监控组态 STEP7 力控AbstractWith the rapid development of science and technology in todays society.All kinds of monitoring and con
3、trol system of liquid level of automation are increasingly high requirements.The original control system of water level, can not meet the current needs of the highly automated.This project is to research through the PLC system to control water level monitoring, configuration simulation monitoring in
4、terface, realizing production automation, visualization.In this paper, the design of PLC control system, according to the functional requirements to achieve the distribution of I/O, then the preparation of wiring, editing, operation ladder through V4.0 step 7 software, and the water level scene of t
5、he real-time transmission to the PC, PC monitoring using ForceContro7.0 configuration software.The configuration, operation monitoring interface is edited by ForceContro7.0 software. First, the monitoring interface design, communication parameters setting and I/O port, the computer can reliable comm
6、unication. The water level control system using PLC as the control core, have open and all stop function, this is a kind of automatic control system PLC control. The application of this control system can significantly improve the work efficiency, reduce labor intensity.Keys words:PLC configuration
7、step7 forcecontrol目 录第一章 绪论1.1设计的意义及目的基于PLC的水位控制系统可以实现生产的自动化,使实际操作简单容易,省时省力。对于降低运行成本,充分利用资源,更大的获得利益,是有重要意义的。本设计目的在于:(1) 培养我们分析并解决本专业实际工程问题的反应速度和独立思考的能力,增长实际工作经验。(2) 使学生能正确的运用科学技术资料,国家标准手册、图册等工具研究开发工业项目。(3) 了解液位控制系统的工作原理,设计理念和现实意义。(4) 了解控制系统上位机的后台开发过程,熟知控制系统下位机的硬件选型,连接,程序的编写等详细过程。掌握数据的交换的内容及信息的接收发送。(
8、5) 学会利用I/O设备驱动完成上位机对下位机的实时监控。1.2 课题的发展现状从最初的理念上来讲,逻辑控制上普遍应用PLC,并且数量巨大,占有主导地位。适合在相对较简单,过程不复杂的简易控制上应用,例如顺序控制和时序控制等场合。当今工业生产对于脱离人力生产的需要飞速提升,计算机领域的发展也突飞猛进,尤其是CPU也飞速发展,不断更新换代,包括微型计算机同类的芯片都可以用作新一代PLC的核心处理器的选择对象,PLC在今后的发展当中必将失去一部分市场份额。但换个角度去思考,现如今一些规模庞大,技术先进,市场占有率高的大工业控制器厂商,也迅速的尝试将微机业的一些最新的软件技术移植到现代的PLC当中,
9、使其不断完善与改进,增加了更强大的功能,也大大提高了设备的性能。PLC也早已不只是逻辑控制这么简单的设备了。对于这些现代的PLC已经远远不能再简单的理解为过去的“可编程逻辑控制器”。显而易见,这些新的PLC必将会在以后的制动化领域大有作为。PLC是一个与时俱进的产品,它最初是受到计算机设计思想的启发而研发的,经历了几十年的发展历程,各个生产厂商在竞争中不断的创新、完善,使其更符合自动化的发展,更适应自动化的实际要求。PLC始终屹立不倒,昂首挺立于工业领域靠的就是它无论在怎样的环境下都能正常准确的发挥作用。微型计算机适应艰苦恶劣的周边环境的能力太差,很难适应工业生产现场,所以他是远远不能取代PL
10、C的。因此工业生产中离不开PLC,是没有争议的。目前中国PLC市场本土品牌几乎没有,最受国人青睐的品牌有三菱、欧姆龙、西门子、罗克韦尔、施耐德、GE-Fanuc等国际知名公司。大中型PLC欧美品牌市场份额最大,小型PLC日本品牌也实力雄厚,另外,中国台湾与韩国也有一小部分市场。网络化、微型化、电脑化和开放性是PLC未来发展的主要趋势。在PLC自动化的最初时期,其体积庞大而且价格不菲。但近些年以来,微型PLC(小于32 I/O口)已经问世,价格也只有几百美元。现如今我们使用PLC的同时还要必须使用单独的监控组态软件作为辅助工具,PLC以后的发展趋势就是在自身的系统里自带有与自身硬件相匹配的监控组
11、态软件,这样会更受到广大用户的喜欢,也更符合市场的需求,也是新的商机,更是一种趋势。1.3 本设计主要工作选取西门子S7-200系列PLC来主要控制变频器及水泵等设备达到自动调节液位的目的,主要实现方法:(1) 利用投入试液位测量器捕捉水箱液位信息,将水位传达给输入输出模块;(2) 经A/D转换后,进行数据比较,来控制变频器的输出频率变化,于此同时,显示水位具体信息;(3) 本系统设计有自动报警功能,当液位异常超过警戒水位或是低于最低水位就会传递预警;(4) 根据上位机的要求还可以水位的PID闭环控制,同时把水位数据传送给上位机,实现水位数据的实时显示和状态监控。具体任务如下:(1) 以PLC
12、为控制核心的硬件电路设计;(2) 根据所提功能完成硬件接线;(3) 软件设计,实现水位的采集和传输以及越限报警;(4) 可以实现水位的PID闭环控制。第二章 PLC及SIEMENS S7-2002.1 PLC概述2.1.1 PLC的产生及发展可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC,1969年第一台可编程序控制器问世。如今PLC已成为工业现代化生产中必不可少的,利用率最高的,应用最普及的,市场占有率最高的的工业生产控制器。(1) PLC的产生PLC产生之前,控制电气装置主要依靠继电器,接触器等电子元件来实现操作,并用导线按一定顺序连接。由于其装置庞
13、大,生产费时费力,灵活性差,复杂,事故率高,等诸多不便,人们对于自动控制有了更高的要求。68年美国通用汽车公司(GM)招标要求:“软连接代替硬接线 维护方便 可靠性高于继电器控制柜 体积小于继电器控制柜 成本低于继电器控制柜 有数据通讯功能 输入115V 可在恶劣环境下工作 扩展时,原系统变更要少 用户程序存储容量可扩展到4K”。其核心思想是用程序代替硬件接线,输入/输出电平可与外部装置直接相连,结构易于扩展。这便是PLC理念的雏形。次年美国DEC公司根据这一理念开发出世界上第一台PLC(PDP-14),并成功的应用在通用汽车公司的生产线上。(2) PLC的发展微处理器诞生于20世纪70年代初
14、。微处理器问世后人们很快将其引入PLC,使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能,使其真正成为具有计算机特征的工业控制设备。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。随着个人计算机的普遍利用后,为了更加便捷和凸显可编程控制器的功能以及特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller。20世纪70年代中晚期,PLC进入了一个更加贴近实际应用化的发展阶段,可编程控制器大规模吸收并采纳计算机技术扩展和改进自身功能功能,使其功能发生了翻天覆地的变化。越来越小的体积及更美的外观,越来越高的运算速度、更可靠越来越稳定的工业抗干扰设计、越来越精准的模拟量运算
15、以及更完善的PID功能及越来越低的市场价格更加巩固了它在现代工业领域的地位。20世纪80年代初,西方先进工业国已经大量的使用PLC为工业生产实现了高度的自动化。世界上生产可编程控制器的国家日益增多,产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期,一个东西正以不可思议的超高速度在飞速发展,那就是PLC。之所以它如此的发展迅速,全要归结于当时工业的超高速发展,因此,PLC的产量有了质的飞跃,始终稳定在30%以上。也正是在此过程中,PLC在某些领域撼动了处于统治地位的DCS系统。因为PLC在处理模拟量、数字量的运算方面,人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐
16、渐进入过程控制领域。到上世纪末,可编程控制器朝着更适合现代工业发展的特点不断完善与改进。超大型PLC和超小型PLC都相继出现,为了迎合不同控制要求的工业场合。特殊功能单元也种类繁多,扩展了PLC的功能。人机交互界面单元、通信单元更加方便人们的使用,PLC的这些变化,给工业生产自动化增添了强大的动力。2.1.2 PLC的组成PLC基本组成简单明了,分为几大部分,每一部分又有各自不同功能的模块,具体包括中央处理器(CPU)、存储器、接收发出信息的端口、对外另外连接的仪器的编程器及提供电能的部分这几大部分。其中对外接收和发送信息的端口又分为好几类,具体的形式见图2-1。PLC分管不同功能的每个东西通
17、过总线连起来,对外的连接需要按照实际的被控对象连接与之对应的设备,使之构成一个完整的PLC控制系统。图2-1 PLC基本组成(1)中央处理器其简称CPU,是PLC的最高级指挥中心。相当于我们的大脑。(2)存储器PLC的存储器组成主要有三部分,分别是系统程序存储器,用户程序存储器和数据存储器。系统程序存储器系统程序存储器是存放PLC生产厂家编写的系统程序的地方,并且锁定在ROM内,个人用户不能随意的擦出及写入。它使PLC具有基本功能,能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏很大程度上决定了PLC的性能。用户程序存储器及数据存储器用户存储器又分为用户程序存储器(程序区)和数据存储器(
18、数据区)这两个存储器,分别负责不同的存储任务。用户程序存储器是专门存放用户根据实际控制情况具体编写的程序的地方,程序要采用PLC编程语言编写。这个存储器当中的存储单元类型又分为多种,有RAM(随机存取存储器)、EPROM(可擦除可编程序存储器)和EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)。存储器中的内容可读可写可修改,用户可以根据自己的需要自行发挥。用户数据存储器是保存运行程序中器件所使用的开关量以及运算过程中产生的数据的空间。程序容量的大小靠的就是用户存储器的大小,存储器越大,能开发的程序就能越大,这就说明PLC性能也就越好。判断PLC的优劣,很重要的指标就是看用户程序存储器的大小。为了方便用
19、户程序的读写,更改,检验,也为了更安全有效的保护用户程序的信息,防止程序因断电等意外丢失,因此,一般用RAM用作程序存储器,并备有后备电源。由于RAM的抗干扰能力稍差,在程序已经运行并且无误的情况下,通常将其固化在只读存储器中。如今电可擦除可编程只读存储器正逐步成为用户存储器的首选,直接将程序写进EEPROM中已成为时下流行的潮流。工作数据指的是在PLC运行时一直都在变化、一直都在存取的一些数据。工作数据需要随即存取,因此存放在RAM中最恰当。开发人员需要通过编写程序来设定这些器件的初始状态,以便更好的完成自动控制的目的。在管理数据的区域中,有这样一个数据保持区,它是能在一些数据在掉电时用后备
20、电池保持原有状态的时刻,可以将这些数据保存下来的存储区。用户在开发使用PLC的过程中是不会触及系统程序及工作数据的,PLC产品说明书或使用手册中所标明的存储器的说明,包括其形式以及存储器的容量都指的是用户程序存储器。功能不强大的PLC往往用户存储器容量小,用户在开发使用的过程中也会出现信息超出用户存储器的容量的情况,为了解决这种情况带来的不便,许多PLC还有存储器扩展功能。常见的存储器主要有1.RAM,可读可写的随机存储器;2.ROM,只读存储器。ROM又有PROM 、EPROM等多种形式可供用户根据需要来自行选择,但他们均为可擦除可编程的只读存储器。(3)接口要想利用PLC进行完整的控制任务
21、,PLC就必须与外界建立联系,接收和发送各种信号就需要输入输出接口。负责接收信息的端口是用来接收程序正常运转时所产生的各种变量的。接收的不同变量在PLC中经过特定的程序计算处理产生被控信息,这些信息由输出口送出PLC。执行设备接收到输出口传递的信号后,带动被控器件动作,最终完成控制。PLC控制好坏的评判很大程度上取决于接口接收和发送信号的能力。由于工业生产现场情况复杂多变,干扰也比较强烈,所以接口要有抗干扰的能力。另外,工业控制信号种类繁多,类型不一,所以接口还必须有处理不同类别信号的能力,满足各类信号的匹配能力。输入接口可编程序控制器因需求不同有不同的接口。数字量输入接口:一般传感器传递给P
22、LC的信号如果是数字量,那么这些数字量就需要由数字量输入接口接收,并把他们转化成能用作PLC内部处理的标准信号。数字信号可能由交流电传递也可能用直流电传递,因为这个缘故,接口只能又分成接收直流信号的直流输入接口和接收交流信号的交流输入接口。如图2-1、图2-2、图2-3所示。图2-1 直流输入接口电路图2-2 交/直流输入接口电路图2-3 交流输入电路由上图可以看到输入接口的电源部分画在了虚线框以外,这说明这类接口是分体式数字量输入接口。但现如今的PLC一般不采用这种接法,另提供电源既不节能又不便捷,现在的输入接口都采用本机直流电源直接供电。模拟量输入接口:顾名思义,模拟量输入接口就是能将输入
23、到PLC的模拟量转化成PLC可处理的信号。凡是模拟量,不论是电压的模拟信号还是电流的电信号,只要是标准的模拟信号,接口都能自动匹配。输出接口数字量输出接口:它的作用是把可编程内部的标准信号转换成现场执行机构所需的数字(开关)量信号。模拟量输出接口:它的作用是将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号转换为响应的模拟量信号输出,以满足生产过程现场连续控制信号的需求。智能接口为了适应较复杂的控制工作的需要,可编程控制器还有一些智能控制单元。如PID工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。这类单元大多是独立的工作单元。它们和普通输入输出接口的区别在于其一般带有单独的CPU,有专门的处理能力。在
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