论文基于PLC的纺纱模拟实验控制系统设计Word格式文档下载.doc
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摘要
PLC是ProgrammableLogicalController的简称,广泛应用于冶金、石油、化工、交通运输、轻工、电力、汽车、通用机械、智能建筑等各个领域,是目前一种应用场合最多的工业控制器,在工业自动化中起着举足轻重的作用。
本课题研究石油开采过程中,油井机械防砂实验系统基于SIMATICS7-300PLC的模拟控制系统设计。
模拟控制系统设计要求计量泵、加砂电机、加砂搅拌以及泥浆泵等设备的启/停以及联动控制在STEP7编程环境下的实现。
在模拟控制系统设计过程中,充分考虑了实验系统控制流程,设计传感器采集信号,PLC处理信号并产生控制信号,控制信号输出到变频器调节对应电机速度,并对信号的处理设计了合理的算法,这样的思路在具体硬件配置组态,编程实现和S7-PLCSIM模拟器仿真调试中获得了很好的效果,基本达到了实验系统的实际需求。
。
关键词:
可编程逻辑控制器;
石油防砂实验系统;
联动控制;
SIMATICS7-300;
STEP7编程软件;
S7-PLCSIM
ABSTRACT
ThePLCisthebriefnameoftheProgrammableLogicalController,whichiswidelyusedinthemetallurgy,petroleum,chemicalengineering,transportationextensivelyconveyance,lightwork,electricpower,automobile,generalusemachine,theintelligencebuildingetc.It’scurrentlyakindofthemostsituationappliedindustrycontroller,andrisesaprominentroleinindustryautomationarea.ThistopicresearchthedesignofEmulationControlSystemforthesand-defendmachinedeviceoftheoilwellintheprocessinpetroleummines,basedontheSIMATICS7-300PLC,whichrequirethecalculationpump,sand–addelectricmotor,andit’saddingandmixingofsands,themudpump,andsomeoftheotherequipments,ofwhichthestartandstopandthemultiplecontrolbeachievedintheSTEP7environment.Thedesignprocesswellconsideredthecraftcontrolrequest,designedthefeelingmachinetocollectthestatesignal.ThenthePLChandlesthesignalandcreatescontrolsignaloutput.Thestatecontrolsignaloutputstoconvertertocoordinatetherelatedelectricmotorandregulateitsspeed,andcooperatedwithequitablealgorithmaswell.Thedesignobtaingoodresultinthespecificationofhardwareinstallationandorganization,realizationinprogram,andthesimulationinS7-PLCSIMemulator.
Keywords:
ProgrammableLogicalController;
thepetroleumsand-defendexperimentalsystem;
themultiplecontrol;
SIMATICS7-300;
STEP7;
S7-PLCSIMEmulator
目录
第一章绪论 1
1.1可编程控制器概述 1
1.2组态软件STEP7概述 3
1.3本论文的研究意义和研究内容 7
第二章PLC控制系统设计要求 9
2.1系统设计的主要内容 9
2.2系统设计的基本步骤 9
2.3本章小结 11
第三章防砂模拟控制系统控制要求 12
3.1防砂模拟控制系统简介[7] 12
3.2机械防砂模拟实验系统流程 12
3.3防砂模拟控制系统要求[7] 12
3.4本章小结 14
第四章主要算法设计 15
4.1控制模型分析 15
4.2泥浆泵电机调节算法设计[16] 15
4.3栓塞泵电机调节算法设计 16
4.4本章小结 17
第五章防砂模拟PLC控制系统的设计 18
5.1硬件设计 18
5.1.1I/O点数的确定[11] 18
5.1.2PLC选型 18
5.2PLC软件编程 19
5.2.1STEP7的特点 19
5.2.2梯形图程序 20
5.3PLC-SIM模拟器仿真测试[15] 24
5.4本章小结 29
结束语 30
致谢 31
参考文献 32
附录1程序硬件组态 34
附录2程序设计梯形图 40
******************本科生毕业设计(论文)
第一章绪论
1.1可编程控制器概述
可编程控制器是60年代末在美国首先出现的,当时叫可编程逻辑控制器PLC(ProgrammableLogicController),目的是用来取代继电器,以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能[3]。
PLC的基本设计思想是把计算机的功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的商单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来,控制器的硬件是标准的、通用的[14]。
根据实际应用对象,将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。
控制器和控制对象连接方便。
可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机,具有许多明显的特点[1]。
(1)可靠性高,抗干扰能力强:
可编程控制器是专为工业控制而设计的,在硬件和软件两个方采用了屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施,使可编程控制器具有很强的抗干扰能力,使其平均无故障时间达到(3-5)万小时以上。
(2)编程直观、简单:
可编程控制器是而向用户、而向现场,考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点,它没有采用微机控制中常用的汇编语言,而是采用了一种而向控制过程的梯形图语言,梯形图语言与继电器原理图相类似,形象直观,易学易懂。
计算机技术和传统的继电器控制技术之间的隔阂在可编程控制器上完全不存在。
(3)功能完善,接口功能强:
目前的可编程控制器具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能,使设备控制水平大大提高。
接口功率极大地方便了用户,常用的数字量输入输出接口,就电源而言有110V,220V交流和5V,24V,48V直流等多种;
负载能力可在(0.5-5A)的范围内变化;
模拟量的输入输出有(-50-+5O)mV,(-10-+10)mV和(0-10)mA,(4-20)mA等多种规格。
可以很方便地将可编程控制器与各种小同的现场控制设备顺利连接,组成应用系统。
例如,输入接口可直接与各种开关量和传感器进于连接,输出接口在多数情况下也可直接与各种传统的继电器、接触器及电磁阀等相连接。
PLC采用循环扫描的工作方式,其扫描过程如图1.1所示。
这个工作过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。
全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。
内部处理阶段,PLC检查CPU模块的硬件是否正常,复位监视定时器等。
在通信操作服务阶段,PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容等,当PLC处于停(STOP)状态时,只进行内部处理和通信服务操作等内容。
在PLC处于运行(RUN)状态时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。
输入处理:
输入处理也叫输入采样。
在此阶段,顺序读入所有输入端子的通断状态,并将读入的信息存入内存中所对应的映像寄存器。
在此输入映像寄存器被刷新。
接着进入
图1-1PLC扫描过程
程序执行阶段。
在程序执行时,输入映像寄存器与外界隔离,即使输入信号发生变化,其映像寄存器的内容也不发生变化,只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。
程序执行:
根据PLC梯形图程序扫描原则,按先左后右先上后下的步序,逐句扫描,执行程序。
但遇到程序跳转指令,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址.从用户程序涉及到输入输出状态时,PLC从输入映像寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态,从输出映像寄存器读出对应映像寄存器的当前状态,根据用户程序进行逻辑运算,运算结果再存入有关器件寄存器中,对每个器件而言,器件映像寄存器中所寄存的内容,会随着程序执行过程而变化。
程序处理:
程序执行完以后,将输出映像寄存器,即器件映像寄存器中的Y寄存器的状态,在输出处理阶段转存到输出锁存器,通过隔离电路,驱动功率放大电洛,使输出端子向外界输出控制信号,驱动外部负载。
PLC的扫描既可按固定的顺序进行,也可按用广程序所指定的可变顺序进行。
这不仅因为有的程序不需要每扫描一次就执行一次,而且也因为在一些大系统中需要处理的I/O点数多,通过安排不同的组织模块,采用分时分批扫描的执行方法,可缩短循环扫描的周期和提高控制的实时响应性。
循环扫描的工作方式是PLC的一大特点,也可以说PLC是“串行”工作的,这和传统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别。
PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。
由于PLC是扫描工作过程,在程序执行阶段即使输入发生了变化,输入状态映像寄存器的内容也不会变化,要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。
暂存在输出映像寄存器中的输出信号,等到一个循环周期结束,CPU集中将这些输出信号全部输送给输出锁存器。
由此可以看出,全部输入输出状态的改变需要一个扫描周期。
换言之,输入输出的状态保持一个扫描周期.
扫描周期是PLC一个很重要的指标,小型PLC的扫描周期一般为十几毫秒到几十毫秒。
PLC的扫描时间取决于扫描速度和用户程序长短。
毫秒级的扫描时间对于一般工业设备通常是可以接受的,PLC的响应滞后是允许的。
但是对某些I/O快速响应的
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