【正文】 態(tài)軟件支持多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備無(wú)關(guān)”，用戶不必因外部設(shè)備的局部改動(dòng)，而影響整個(gè)系統(tǒng)。同時(shí)。實(shí)時(shí)性強(qiáng)，有良好的并行處理性能和豐富生動(dòng)的多媒體畫面。它能夠在基于Microsoft 的各種32 位Windows 平臺(tái)上運(yùn)行,通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理,以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案,在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 特別在那些對(duì)實(shí)時(shí)性要求高，對(duì)成本敏感，對(duì)尺寸敏感的場(chǎng)合，嵌入式PLC大有可為。 基于PLC的壓力過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展前景近10年來(lái)，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 PLC控制在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展近況20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開(kāi)關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。上海理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文基于PLC的壓力過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄第一章 緒論 1 PLC控制在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展近況 1 基于PLC的壓力過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展前景 2 2 設(shè)計(jì)目的和要求 2 第二章 基于PLC的壓力過(guò)程控制系統(tǒng)方案 4 設(shè)計(jì)方案 4 設(shè)計(jì)方案 4 控制閥的選擇 5 控制方式的選擇 6 控制算法 7 控制算法的選擇 7 PID控制的原理和特點(diǎn) 8 PID控制器的參數(shù)整定 9 第三章 軟件部分的實(shí)現(xiàn) 11 MCGS組態(tài)軟件 11 　組態(tài)軟件的介紹 11 國(guó)內(nèi)組態(tài)軟件的比較與選擇 11 組態(tài)軟件的應(yīng)用 13 MCGS軟件編程 13 MCGS軟件連接設(shè)置 15 FX2N編程軟件的應(yīng)用 21 PLC編程指令 21 控制程序的編寫 22 第四章 硬件部分實(shí)現(xiàn) 26 PLC特點(diǎn) 26 FX2N特殊功能模塊的應(yīng)用 27 FX2N4AD模擬量轉(zhuǎn)換模塊 27 FX2N4DA 模擬特殊模塊 32 PLC與計(jì)算機(jī)連接通訊 35 第五章 調(diào)試 36 調(diào)試步驟 36 調(diào)試結(jié)果與常見(jiàn)故障分析 36 調(diào)試 36 常見(jiàn)故障分析 36 第六章 結(jié)論 38 參考文獻(xiàn) 39 謝辭 40 第一章 緒論自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 同時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是采用集中監(jiān)測(cè)、集中控制、集中顯示、集中管理、集中保存的系統(tǒng)，融合了較先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、故障診斷技術(shù)和軟件技術(shù)，廣泛應(yīng)用在化工、供暖、機(jī)械、供水、水處理等多個(gè)領(lǐng)域，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮越來(lái)越顯著的作用。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開(kāi)放開(kāi)始的。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用?？梢灶A(yù)期，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國(guó)將有更廣闊的應(yīng)用天地。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司開(kāi)發(fā)的MCGS (Monitor andControl Generated System ,通用監(jiān)控系統(tǒng)) 是用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。MCGS組態(tài)軟件具有全中文、面向窗口的可視化操作界面。MCGS組態(tài)軟件的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)擁有廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。提供良好的安全機(jī)制，為多個(gè)不同級(jí)別用戶設(shè)定不同的操作權(quán)限。MCGS組態(tài)軟件由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成。 設(shè)計(jì)目的和要求 基于PLC的壓力過(guò)程控制系統(tǒng)要求首先辨識(shí)壓力的數(shù)學(xué)模型,然后用PLC進(jìn)行智能控制設(shè)計(jì)。而本課題采用可編程控制器（PLC）對(duì)壓力進(jìn)行監(jiān)控，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動(dòng)化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強(qiáng)，可直接運(yùn)用于鍋爐壓力控制中,也可用于恒壓供水系統(tǒng)中。壓縮空氣經(jīng)過(guò)兩路進(jìn)入壓力容器中，經(jīng)過(guò)兩個(gè)流量調(diào)節(jié)閥，在單回路控制過(guò)程中，可以把一路作為主回路，另一路作為干擾回路。 設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)方案“基于PLC的壓力過(guò)程控制系統(tǒng)”利用工業(yè)控制計(jì)算機(jī) (IPC) 作為上位機(jī)，利用MCGS軟件作為程序開(kāi)發(fā)平臺(tái)，下位機(jī)采用可編程序控制器 (三菱FX2N—16M PLC)，組成一個(gè)壓力過(guò)程控制監(jiān)控系統(tǒng)（）。兩個(gè)個(gè)壓力罐的壓力信號(hào)分別由檢測(cè)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，然后將被測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)經(jīng) A/ D 轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)采集到的信號(hào)情況，計(jì)算機(jī)將控制信號(hào)經(jīng) D/ A 轉(zhuǎn)換后輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)氣泵和控制閥進(jìn)行通斷控制，從而形成計(jì)算機(jī)控制的閉環(huán)控制方案。當(dāng)氣壓大于或小于壓力罐的氣壓范圍時(shí)，通過(guò)PLC控制閥以達(dá)到減壓或者加壓的目的，實(shí)現(xiàn)壓力罐內(nèi)氣壓保持在恒定范圍內(nèi)。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥動(dòng)作分氣開(kāi)型和氣關(guān)型兩種。反過(guò)來(lái)，當(dāng)空氣壓力減小時(shí)，閥門向關(guān)閉方向動(dòng)作，在沒(méi)有輸入空氣時(shí)，閥門全閉。當(dāng)空氣壓力增加時(shí)，閥門向關(guān)閉方向動(dòng)作；空氣壓力減小或沒(méi)有時(shí)，閥門向開(kāi)啟方向或全開(kāi)為止。 氣開(kāi)氣關(guān)的選擇是根據(jù)工藝生產(chǎn)的安全角度出發(fā)來(lái)考慮。比如：一個(gè)加熱爐的燃燒控制，調(diào)節(jié)閥安裝在燃料氣管道上，根據(jù)爐膛的溫度或被加熱物料在加熱爐出口的溫度來(lái)控制燃料的供應(yīng)。如果氣源中斷，燃料閥全開(kāi)，會(huì)使加熱過(guò)量發(fā)生危險(xiǎn)。壓力罐控制閥采用氣關(guān)型。在事故狀態(tài)下保持閥門全開(kāi)。總體而言，用氣關(guān)型比較安全。鑒于其能夠提高系統(tǒng)的放大系數(shù)、抗干擾能力以及有一定的自適應(yīng)能力等優(yōu)點(diǎn)。1．串級(jí)系統(tǒng)的組成 壓力變送器2壓力變送器1V控制器 2P1P2控制器1 SP1 SP2 dF1 dF2 + + + + _ _ PV PV 串級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)2．采用串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)系統(tǒng)由主、副兩個(gè)控制回路組成，主、副調(diào)節(jié)其相串聯(lián)工作。②能及時(shí)克服進(jìn)入副回路的各種二次擾動(dòng)，提高了系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力串級(jí)控制系統(tǒng)由于比單回路控制系統(tǒng)多了一個(gè)副回路，當(dāng)二次擾動(dòng)進(jìn)入副回路，由于主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)大于副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，因而當(dāng)擾動(dòng)還沒(méi)有影響到主控參數(shù)時(shí)，副調(diào)節(jié)器就開(kāi)始動(dòng)作，及時(shí)減小或消除擾動(dòng)對(duì)主參數(shù)的影響。至于作用在主對(duì)象上的一次擾動(dòng)對(duì)主參數(shù)的影響，一般通過(guò)主回路的控制來(lái)消除。由于副回路的存在，它對(duì)副對(duì)象（包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)）特性變化的靈敏度降低，即系統(tǒng)地魯棒性得到提高。朱調(diào)節(jié)器能按照負(fù)荷和操作條件的變化，不斷地自動(dòng)改變副調(diào)節(jié)器的給定值，使副調(diào)節(jié)器的給定值能適應(yīng)負(fù)荷的操作條件的變化。PID控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。其輸入e (t)與輸出u (t)的關(guān)系為因此它的傳遞函數(shù)為：其中,kp為比例系數(shù)； TI為積分時(shí)間常數(shù)； TD為微分時(shí)間常數(shù)它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（Kp， Ki和Kd）即可。PID應(yīng)用范圍廣。PID參數(shù)較易整定。如果過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。 PID控制器的參數(shù)整定PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來(lái)有兩大類：一是理論計(jì)算整定法。這種方法所得到的計(jì)算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過(guò)工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整和修改。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。但無(wú)論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)行最后調(diào)整與完善。衰減比例法是指：在閉環(huán)系統(tǒng)中，在純比例的情況下，按比例度從大到小的變化規(guī)則，對(duì)于某一值做小幅度的設(shè)定值階躍干擾，直至出現(xiàn)4：1的衰減為止。記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和衰減周