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论文基于PLC的纺纱模拟实验控制系统设计.doc
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论文基于PLC的纺纱模拟实验控制系统设计.doc
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******大学
毕 业 设 计(论 文)
题 目:基于 PLC 的防砂模拟试验
控制系统设计
专 业: 电气工程及其自动化
学生姓名:
班级学号:
指导教师: *******
指导单位: **********************
日期:*************************
摘 要
PLC 是 Programmable Logical Controller 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 SIMATIC S7-300 PLC 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;SIMATIC S7-300;STEP7 编
程 软 件 ; S7-PLCSIM
ABSTRACT
The PLC is the brief name of the Programmable Logical Controller, which is widely used in
the metallurgy, petroleum, chemical engineering, transportation extensively conveyance, light
work, electric power, automobile, general use machine, the intelligence building etc. It’s currently
a kind of the most situation applied industry controller,and rises a prominent role in industry
automation area. This topic research the design of Emulation Control System for the sand-defend
machine device of the oil well in the process in petroleum mines, based on the SIMATIC S7-300
PLC, which require the calculation pump, sand –add electric motor, and it’s adding and mixing of
sands, the mud pump, and some of the other equipments , of which the start and stop and the
multiple control be achieved in the STEP7 environment. The design process well considered the
craft control request, designed the feeling machine to collect the state signal. Then the PLC
handles the signal and creates control signal output. The state control signal outputs to converter to
coordinate the related electric motor and regulate its speed, and cooperated with equitable
algorithm as well. The design obtain good result in the specification of hardware installation and
organization, realization in program, and the simulation in S7- PLCSIM emulator.
Key words: Programmable Logical Controller; the petroleum sand-defend experimental system;
the multiple control; SIMATIC S7-300; STEP7; S7-PLCSIM Emulator
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
5.1.1 I/O 点数的确定
[11]
..............................................18
5.1.2 PLC 选型 .......................................................18
5.2 PLC 软件编程 .......................................................19
5.2.1 STEP7 的特点 ...................................................19
5.2.2 梯形图程序 ...................................................20
5.3 PLC-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)
-1-
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
(Programmable Logic Controller),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 110 V, 220V 交流和 5 V, 24 V, 48 V 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
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