基于PLC和组态王的温度控制系统设计.docx
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1、附表一、毕业论文开题报告论文(设计)题目:基于PLC和组态王的温度控制系统设计研究背景、意义:以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、能耗低等优点深受许多用户的青睐,在工业温度控制场合得到了广泛的应用。同时,人机界面的出现设计方法:PLC控制器,温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号,经过模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节,PID控制器输出量转化成占空比,通过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。组态软件组态王设通过串行口与可编程控制器通信,预期成果:在西门子工控产品PLC和组态王的基础上,我们设计出反应迅速,控制精度高、抗干扰能力强、稳定可靠
2、的温度控制系统。结合人机界面,系统美观易懂,操作简单快捷。设计进度:预计5个月可完成:第1个月:重点学习西门子PLC和组态软件的使用方法。第2个月:PLC控制系统和控制器的设计。第3个月:人机界面的设计。第4个月:对整个系统进行全方位的调试及完善。第5个月:论文写作。学生签名: 年 月 日指导教师意见: 1、同意开题( ) 2、修改后开题( ) 3、重新开题( ) 指导教师签名: 年 月 日附表二、毕业论文过程检查情况记录表指导教师分阶段检查论文的进展情况(要求过程检查记录不少于3次):第1次检查学生总结:控制系统硬件设计。在掌握了可编程控制器(PLC)的组成、工作原理以及充分了解被控对象的基
3、础上,选择了西门子S7-200系列PLC CPU226为控制器,K型热电偶作为温度检测传感器,再加上固态继电器和烤炉组成了温度控制系统。根据硬件连接图完成控制系统实际的硬件连接。指导教师意见:第2次检查学生总结:控制系统软件设计。认真学习PLC的功能指令,在掌握系统硬件工作过程的基础上画出控制程序流程图,然后利用编程软件STEP7-Micro/WIN 编写了梯形图程序。编程时应用了编程软件自带的PID指令向导模块,使得程序结构简单,更容易理解。指导教师意见:第3次检查学生总结:人机界面设计。在比较了西门子公司的Wincc、罗克韦尔公司的RsView及国产的组态王等组态软件后,发现组态王更容易操
4、作且能达到我们的要求,所以我们用组态王做出了控制系统监控界面,包括主界面、设定画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和报警窗口等画面。这样,整个系统操作简单,控制方便,大大提高了系统的自动化程度和实用性。指导教师意见:第4次检查学生总结: 对整个系统进行多次测试后得出结果,完成了整个论文的撰写。指导教师意见: 学生签名: 年 月 日指导教师签名: 年 月 日总体完成情况指导教师意见:1、按计划完成,完成情况优( )2、按计划完成,完成情况良( )3、基本按计划完成,完成情况合格( )4、完成情况不合格( )指导教师签名: 年 月 日附表三、毕业论文答辩情况答辩人专 业论文(设计)题目答辩小组成员答辩
5、记录:记录人签名: 年 月 日摘 要 自动控制领域的作用日益显著。本文主要介绍了基于西门子公司S7-200系列的可编程控制器和亚控公司的组态软件组态王的炉温控制系统的设计方案。编程时调用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自带的PID控制模块,使得程序更为简洁,运行速度更为理想。利用组态软件组态王设计人机界面,实现控制系统的实时监控、数据的实时采样与处理。实验证明,此系统具有快、准、稳等优点,在工业温度控制领域能够广泛应用。关键词: 可编程控制器 人机界面 组态王AbstractProgrammable Logic Controller (PLC) is a kind of auto
6、matic control equipment which is widely used in the industrial manufacture. It merges the traditional control technology, computer and communication technologies with a strong ability to control, flexible operation, high reliability and suitable for long-term characteristics of continuous work. It i
7、s very suitable for temperature control requirements.In the industrial field, with the rapid increase in the degree of automation, it is more and more important to monitor the process of control system for the users. The emergence of human-machine interface meets the needs of users. Man-machine inte
8、rface can comprehensively monitor the control system, including process monitoring, alarm, data logging and other functions, so that the control systems have become user-friendly operation, the process of visualization and it will play more and more important part in the field of automatic control.T
9、his essay mainly introduces a design of temperature control system with SIMATIC programmable logic controller (PLC) and configuration software Kingview which is developed by Beijing Yakong Company. When programming, we use the PID control arithmetic software module which is contained in the program
10、software STEP 7 -Micro WIN so that the program looks easier and operates more quickly. In order to monitor the control system and process data in actual time, we designed Human Machine Interface(HMI)with the configuration software Kingview. The result of experiment proves that this temperature contr
11、ol system could run quickly, accurately and have good stability, which is the advantage of the control system. This control system has been widely used in the industrial temperature control field. With the continuous development of automatic science and technology, high-precision, intelligent, user-
12、friendly temperature control system is the inevitable trend of development at home and abroad.Keywords: Temperature Control PLC HMI Kingview目 录1123555588899101010111313141416171717192222232324252727272831353737383940404242444646474749505152 第一章 前言1.1 项目背景、意义温度控制在电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。由于其具有工况复杂、参数多变、运行
13、惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求极高。目前,仍有相当部分工业企业在用窑、炉等烘干生产线,存在着控制精度不高、炉内温度均匀性差等问题,达不到工艺要求,造成装备运行成本费用高,产出品品质低下,严重影响企业经济效益,急需技术改造。 近年来,国内外对温度控制器的研究进行了广泛、深入的研究,特别是随着计算机技术的发展,温度控制器的研究取得了巨大的发展,形成了一批商品化的温度调节器,如:职能化PID、模糊控制、自适应控制等,其性能、控制效果好,可广泛应用于温度控制系统及企业相关设备的技术改造服务。在工业自动化领域内,PLC(可编程控制器)以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、
14、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。目前的工业控制中,常常选用PLC作为现场的控制设备,用于数据采集与处理、逻辑判断、输出控制;而上位机则是利用HMI软件来完成工业控制状态、流程和参数的显示,实现监控、管理、分析和存储等功能。这种监控系统充分利用了PLC和计算机各自的特点,得到了广泛的应用。在这种方式的基础上设计了一套温度控制系统。以基于PLC的下位机和完成HMI功能的上位机相结合,构建成分布式控制系统,实现了温度自动控制。PLC 不仅具有传统继电器控制系统的控制功能,而且能扩展输入输出模块,特别是可以扩展一些智能控制模块,构成不同的控制系统,将模拟量输入输出控制和现代控
15、制方法融为一体,实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制。现代PLC 以集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定受到普遍欢迎,在传统工业的现代化改造中发挥越来越重要的作用,尤其适合温度控制的要求。人机界面(HMI)在自动控制领域的作用日益显著。HMI正在成为引导工业生产制造走向成功的重要因素,因为这些系统越来越多的用于监控生产过程,让过程变得更加准确、简洁和快速。 HMI其实广义的解释就是“使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口”。举个例子来说,在一座工厂里头,我们要搜集工厂各个区域的温度、湿度以及工厂中机器的状态等等的信息透过一台主控器监视并记录这些参数,并在一些意外
16、状况发生的时候能够加以处理。这便是一个很典型的SCADA/HMI的运用,一般而言,HMI系统必须有几项基本的能力:实时的资料趋势显示把撷取的资料立即显示在屏幕上。自动记录资料自动将资料储存至数据库中,以便日后查看。历史资料趋势显示把数据库中的资料作可视化的呈现。报表的产生与打印能把资料转换成报表的格式,并能够打印出来。图形接口控制操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。 警报的产生与记录使用者可以定义一些警报产生的条件。比方说温度过度或压力超过临界值,在这样的条件下系统会产生警报,通知作业员处理。1.2 温控系统的现状1.3 4项目研究内容 可编程控制器(PLC)是集计算机技术、自动控制技术
17、和通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越,已被广泛应用于工业控制的各个领域,并已成为工业自动化的三大支柱(PLC、工业机器人、CAD/CAM)之一。PLC的应用已成为一个世界潮流,在不久的将来PLC技术在我国将得到更全面的推广和应用。PLC控制器,温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号,经过模拟量输入模块转换成数字量信号并送到PLC中进行PID调节,PID控制器输出量转化成占空比,通过固态继电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。组态软件“组态王”设通过串行口与可编程控制器通信,主要从系统设计结构和硬件设计角度,介绍该项目的PLC控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、外部电路设计
18、以及PLC控制器的设计和参数的整定。在硬件设计的基础上,详细介绍了本项目软件设计,主要包括软件设计的基本步骤、方法,编程软件STEP7-Micro/WIN的介绍以及本项目程序设计。第二章 PLC和HMI基础2.1 可编程控制器基础2.1.1 可编程控制器的产生和应用20世纪60年代,计算机技术开始应用于工业领域,由于价格高、输入电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因,未能在工业控制领域获得推广。1968年,美国通用汽车公司(GM)为了适应生产工艺不断更新的需要,要求寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器,并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件,立
19、即引发了开发热潮。可编程控制器的组成和工作原理PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种,但在逻辑结构上基本相同。无论是整体式还是模块式,从硬件结构看,PLC都是由CPU、存储器、I/O接口单元及扩展接口和扩展部件、外设接口及外设和电源等部分组成,各部分之间通过系统总线连接。PLC的基本结构如图2-1所示:输入接口中央处理单元CPU输出接口电源存储单元 图2-1 PLC基本结构图1) CPU(中央处理器) CPU是PLC的核心,由运算器、控制器、寄存器、系统总线,外围芯片、总线接口及有关电路构成。它的功能是接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的
20、寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等,是PLC不可缺少的组成单元。主要功能包括以下几个方面。(1)接收从编程器或者计算机输入的程序和数据,并送入用户程序存储器存储。(2)监视电源、PLC内部各个单元电路的工作状态。(3)诊断编程过程中的语法错误,对用户程序进行编译。(4)在PLC进入运行状态后,从用户程序存储器中逐条读取指令,并分析、执行该指令。(5)采集由现场输入装置送来的数据,并存入指定的寄存器中。(6)按程序进行处理,根据运算结果,更新有关标志位的状态和输出状态或数据寄存器的内容。(7)根据输出状态或数据寄存器的有关内容,将结果送到输出接口。(8)响
21、应中断和各种外围设备(如编程器、打印机等)的任务处理请求。2) I/O接口 PLC是通过各种I/O接口模块与外界联系的,按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置能力的限制,即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。PLC的对外功能主要是通过各种I/O接口模块于外界联系来实现的。输入模块和输出模块是PLC与现场I/O装置或设备之间的连接部件,起着PLC与外部设备之间的传递信息的作用。I/O模块分为开关量输入、开关量输出、模拟量输入和模拟量输出等模块。3)存储器 存储器(
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