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控制目录摘要 (2)第一章引言 (4)1.1 设计目的 (4)1.2 设计主要过程 (4)1.3 设计主要内容 (5)1.3.1 硬件模块设计 (5)1.3.2 组态软件的应用设计 (5)1.3.3 基于STEP-7的程序设计 (5)1.3.4 综合设计 (6)第二章系统的硬件选型 (7)2.1 硬件选型 (7)2.2 选型的步骤 (8)2.3 选型的结果 (8)2.4 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 (14)第四章系统软件设计 (16)4.1 软件设计整体构架 (16)4.1.1 杰控组态软件设计 (16)4.1.2 组态设计 (17)4.1.3 PLC程序设计流程图 (23)4.1.4 程序设计梯形图 (24)4.2 问题及其解决方法 (26)4.3 调试过程及方法 (26)4.4 软件调试结果 (27)第五章设计总结 (29)参考文献 (30)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S7—300编程进而对整个过程进行控制；学会使用A\D、D\A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。
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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调试，最终实现我们的设计要求。
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3 设计主要内容1。
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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。
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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。
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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.1。
3.4 综合设计完成了上述各个模块之后，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.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2780r/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,0.5A，晶体管输出，光电隔离，扩展温度范围PS 307 5AAI8＊12Bit 6ES7 331-7KF02-OABOAO4＊12Bit 6ES7 332-5HD01—OABODI8/DO8＊DC24V/0，5A 6ES7 323-1BH01—0AA02.2 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。
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4 选型技术参数一、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.二、变频器MicroMaster420200V —240V ±10％，单相/三相，交流，0.12kW-5。