基于PLC和组态王的温度控制系统设计完整毕业论文
基于PLC和组态王的温度控制系统设计完整毕业论文日录第一章前言…1.1项日背景、意义1.2温控系统的现状1.3项目研究内容…第二章PLC和HM工基础……..2.1可编程控制器其础2.1.1可编程訇器的产生和应用………2.1.2可编程制器的组成和工作原理……2.1.3可编程控制器的分类及特点.2人机界面基础..2.2.1人机界面的定义……2.2.2人机界面产品的组成及工作原理889922.3人机界面产品的特点…第三章PLC控制系统硬件设计中审…103.1PLC控制系統设计的基本原则和步骤3.1.1PLC控制系统设计的基本原则103.1.2PLC控制系统设计的一般步骤.…111-111111132PLC的选型与砭件配置….…133.2.1PC型号的选择3.2.2S7-200CPU的近择143.2.3EM231模拟量输入模坎…1432.4热电式传感器1633I/O点分及电气连接图173.4PC控制器的设计173.4.1控制系统数学模型的建立……173.4.2PID控制及参数整定…19第四章PLC控制系统软件设计…4.1PLC程序设计方法·=·“““:·····““·:··“:4*·:::·ss·s····4.2编程钦件STEP7-- MICRO/WIN模述4.2.1STEP7- Micro/W|N简单介绍234.2.2梯形图语言特点,4.2.3STEP7- Micra/WN参数设置(通讯设置)54.3程序设计274.3.1设计思路274.3.2控制程斥流程图..……274.3.3梯形图程序.284.34PID指令向导的运用4.3.5语句表(STL)程序35第五章基于组态王的HMI设计…5.1人机界面(HMI)设计375.1.1监控主界面量++·++++分什分++f++b世+,."+++子量++-晋++++出±“++++““++世“+++++++牙++土++量世““++世世385.1.2实时趋势由线…395.1.3历史趋势曲线!1:1t!405.1.4报警窗一5.1.5设定画面5.2变量以置425.3动画连接…第六章系统运行结果及分析……466.1系统运行….466.2运行结果分析…476.2.1温度趋势曲线分析……47622报警信息分析…49第七章总结香音看量音重量重量套音音音音音量量音音音音盘量晋牙量雷看宙曲连自尝普套套50参考文献…5致谢·…如一哪物物自回.错误!木定义书签第一章前言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、参效多变、运行惯性大、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、炉等烘千生产线,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,造成装备运行成木费用高,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、臼适应控制等,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、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,用于薮据采集与处理、逻辑判断、输出控制;而上位机则是利用HI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、分忻和存储等功能。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PC的下位机和完成IMI功能的上位杌相结合,构建成分布式控制系统,实现了浧度自动控制。PLC不仅具有传统继电器控制系统的控制功能,而且能扩展输入输岀模块,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λ输岀控制和现代控制方法融为一体,实现智能控制、闭环控制、多控訇功能一体的综合控制。现代PC以集成度皛、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、⊥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妟的作用,尤其逅合温度控制的要求此外,随着Tν自动化水平的迅速提高,用户对控制系统的过程监控要求越来越高,人机界面(HMⅠ的出现正好满足了用户这一求ε人机界面可以对控制系统进行全面睑控,包括参薮监测、信息处理、在线优化、报警提示、数据记录等功能,从而使控制系统变得简单易懂、搀作人性化,深受广大用户的喜欢。人机界面(HMI)在自动控制领域的作用日益显著。HM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,HI系统必须有几项基本的能力:实吋的资料趋势显示——把撷取的资料立即显示在屏幕上。白动记录资料——自动将资料储存至数据库中,以便日后査看历史资料趋势显示—把数据库中的资料作可视化的旱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公产生警报,通知作业员处理。1.2温控系统的现状自70年代以来,由于工业过程控制的需要,特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发晨的推动下,国内外温度控制系统发展迅速,并在职能化、自适应、参数自整定等方面取得成果,在这方面,以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先,都生产山了“批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表,并在各行各业广泛应用凹。它们主要具有如下特点:1)适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。2)能适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。3)能适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。4这些温度控制系统普遍采用自遹应控制、自校正控制、模糊控制、人工职能等理论及计算机技术,运用先进的算法,适应的范围广泛。5)温度控制器旾遍具有参数自整定功能。借助计算杌软件技八,温控器具有对控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能,它能够根据历史经验炇控制对象的变化情况,自动调整相关控制参数,以保证控制效果的最优化。6)温度控系统既冇控制精度高、抗干扰能υ强、鲁棒性好的特点。目前,国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能话、小型化等方面快速发展l温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。目前,我国在这方面总体水平处于20世纪80年代中后期水平,成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主,它只能适应一般温度系统控制,难于控制滞后、复杂,时变温度系统控制。而适应于较髙控制场合的智能化、自适应控制仪表,国内技术还不十分成熟。形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面,国外已有较多的成熟产品,但由丁国外技术保密及我国开发工作的滞后,还没开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及我国现场调试来确定。这些差距,是我们必须努力克服的。随着我国加入WTO,我国政府及企业对此非常重视,对相关企业资源进行了重组,相继建立了一些国家、企业的研发中心,并通过合资、技术合作等方式,组建了一批合资、合作及独资企业,使我国温度仪表等工业得到迅速的发展。随着科学技术的不断发展,人们对温度控制系统的要求愈来愈高,因此,高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国內外必然发展趋势1.3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亼领域,并已成为工业自动化的三大支柱(PLC、工业机器人, CAD/CAM之。PLC的应用己成为·个世界潮流,在不久的将米PC技术在我国将得到更全面的推和应用。本论文研究的是PLC技术在温度监控系统上的应用。从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、电路图的设训、程序设讣,控淛对黎效芓模型的建立、控制算法的选择和参数的整定,人机界面的设计等。本论文通过德国西门子公司的S7-200系列PC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星信号并送到PLC中进行PI调节,PID控制器输出量转化成占空比,通过同态缢电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。同时利用平控公司的组态软件“组态王”设计一个人机界面(HMⅠ),通过串行口与可编程控制器通信,对控訇系统进行全面监控,从而使用户操作更方便。总体上包括的技术路线:硬件设计,软件编程,参数整定等。全论文分七章,各章的主要内容说明如下。第一章,对温度控制系统应用的背景及国内外的发展状况进行了阐述,指出了本文的研究意义所在。第二章,简单概述了PLC和人杌界面的基本概念以及结构功能等基础内容。第三章,主要从系统没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、妒部电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整第四章,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STE7- Micro/WIN的介绍以及本项目稈序设第五章.详细介绍了如何在亚控公司的组态软件“组态王”的基础上进行人札界面的设计。第六章,展示了系统运行结果,然后对其分析得出结论。第七章,总结全文第二章PLC和HMI基础可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机,简称PLC( Programmable logicController),它使用了可编程序的记忆以存储指令,用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能,并通过数字或模拟的输入和输出,以控制各种机械或生产过程。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⊥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堉等原因,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、功能史齐全、响应速度更快的新型下业控制器,并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件,立即引发了开发热潮。1969年美国数字设备公司(DFC)根据美国通用汽车公司的这种要求,研制成功了世界上第一台可编程控制器,并在通用汽车公司的自动装配线上试用,取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。随着PLC功能的不断完善,性价比的不断提高,PLC的应用面也越来越广。目前,PLC在国内外已经广泛应用于铟铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PC的应用范围通常可分为厂关逻辑控制、运动控制、过程控制、机楲加工中的欻字控制、机器人控制、通信和联网等52.1.2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CP、存储器、L/0接口单汇攴扩展接口和扩展部件、外设接口歧外设和电涼等部分组成,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:存储单元中央处理单元输入接CPU输出接电源图21PLC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,并存入规定的备存器中,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PC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薮据,并送入用户程序存储器存储(2)监视电源、FLC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淏,对用户程序进行编译。(4)在PC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口6)按稈斥进行处珅,根椐运算结果,更新有关标志位的状态和输岀状态或数据寄存器的内容。(7)根据输岀状态或数据寄存器的有关内容,将结果送到输岀接口。8)响应中断和各种外围设备(如编程器、打印机等)的任务处理谓求。2)1/接口∏LC是通过各种I/O接口模块与外界联系的,按Ⅰ0点数确定模块规格及数量,I0模块可多可少,但其最大数受CFU所能管理的基本配置能力的限制,即受最大的底板或机架糟数限制。I/O嫫块集成了PC的I/电路,其输入暂存器
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基于MATLAB复调制ZOOM-FFT算法的分析和实现
基于MATLAB复调制ZOOM-FFT算法的分析和实现2006年第4期舰船电子工程121滤波;使用函数来实现傅立叶变换次复数乘法。设数字滤波器的阶数为K,滤波器系数离线生成,则滤波需要DNK次复数乘法,则总4 Matlab仿真和验证的运算量为为验证上述算法及分析过程的正确性,在MatZFFTNloN+2N+DN·K(3)中产生一个正弦组合信号3随着细化倍数的增加,基带FFT和ZFFT的运算量x(t)=30cos(2m110t)+30cos(2x11145t)都会大幅度增加;zFF只有当细化频带较窄(此时+25cos(2x112.3t)+48cos(2m113.8t)无需数字滤波)或长序列的情况下,与基带FT相+50co(2x114.5t)比才具有运算量上的优势。分别利用基带FT和ZT对其进行谱分析ZFT算法存在自身的局限性,其存在的问题仿真条件:f=2048H,F点数N=1024,细化倍数D=50。基带FFT的频率分辨率4f=2H,历如下:(1)需要存放中间数据的内存空间巨大限制ZF的频率分辨率△f=0.04H。仿真结果如图了最大细化倍数2和图3所示。(2)采用具有线性相位的FIR数字滤波器实igure(n现抗混叠滤波,由于有限阶滤波器的吉布斯效应( Gibbs effect),滤波器截止频率处的频谱不可避免020040060080010001200会出现局部失真。(3)细化倍数越高,重釆样的选抽比越高,则细化带宽越窄。当需要细化的带宽较大时,必须进5行多次细化,这势必会增加计算量。Figure(4)频率成分调整较复杂。将FT和谱分析105110115130得到的频率成分调整到所选频带的频率成分式较Frequency(Hz复杂的过程,特别是为了避免低通抗混滤波器的边图3FF幅值频谱缘误差造成的频率混叠为了比较频率细化的效果,对图中谱线作了归化处理。图2中fgme(a)为原始信号,fgme(c)6小结为基带FYT处理后的幅值谱线,fgre(d)为移频后ZFT算法的关键在于利用傅立叶变换的移频基带FFT处理后的幅值谱线。由此图可以看出,基特性将感兴趣的高频段频率移至频谱原点,降低采带FFT的几个谱峰叠加为一个谱峰,各频率成分不可分辨。图3中fge(g)为重新采样后F处理样率重新釆样,从而获取较高的频率分辨率。它对后的幅值谱线,gure(h)为频率调整到实际频率处于获得某些特殊频段而不是整个带宽的信号细微的幅值谱线。此图中,因频率分辨率降低了D倍谱结构十分有用。该算法在实际工程技术中有较zF的幅值谱线中5条谱线清晰可见,说明ZF广泛的应用效果明显。参考文獻5ZF运算量和局限性讨论[1]胡广书.数字信号处理-理论、算法与实现[M]北京:清华大学出版社,1997当采用时域抽取FFT算法时,N点DT的复数[2] Vinay K ingle, John g proakis.数字信号处理及其乘法次数为l2N,复数加法次数为NN。为MATLAB实现[M].北京:电子工业出版社,1998[3]赵霞,熊小伏,郭珂.用细化频谱技术分析断路器简单起见,仅比较两种算法的复数乘法次数。操动机构振动信号[J.电力系统自动化,2003,(12):37设频率分辨率4f=fN,细化倍数D=△/404」f。要获得4/的分辨率,基带FFT的运算量为[4]丁康,谢明,张彼德等.基于复解析带通滤波器的FrTdN)lo复调制细化谱分析原理和方法[J.振动工程学报,2001,62(D14(1):30~35采用ZF算法,在复调制时只计算重采样的[5]宗孔德.多抽样率信号处理[M].北京:清华大学点,需N次复数乘法。同样,调制系数的计算也需N出版社,19基于 MATLAB复调制Z00M-FT算法的分析和实现旧WANFANG DATA文献链接作者:王力,张冰,徐伟, Wang li, Zhang bing, Xu Wei作者单位:王力,张冰, Wang Li, Zhang bing(江苏科技大学,镇江,212003),徐伟, Xu Wei(船舶系统工程部,北京,100036)刊名:舰船电子工程英文刊名SHIP ELECTRONIC ENGINEERING年,卷(期)2006,26(4)被引用次数:次参考文献(5条)1.宗孔德多抽样率信号处理19962.丁康;谢明;张彼德基于复解析带通滤波器的复调制细化谱分析原理和方法[期刊论文]振动工程学报2001(013.赵霞;熊小伏;郭珂用细化频谱技术分析断路器操动机构振动信号[期刊论文]电力系统自动化2003(12)4.陈怀琛数字信号处理教程- MATLAB释义与实现19985.胡广书数字信号处理一理论、算法与实现1997本文读者也读过(6条江波.唐普英基于复调制的ZooⅷFFT算法在局部频谱细化中的研究与实现[期刊论文]-大众科技2010(7)2.丁康.谢明.张彼德.赵玲.张晓飞. Ding Kang. Xie ming. Zhang bide. Zhao ling. ZHANG Xiaofei基于复解析带通滤波器的复调制细化谱分析原理和方法[期刊论文]-振动工程学报2001,14(1)3.罗利春. LUo Lic- hun zoom-FFT的改进、频谱反演与时-频局部化特性[期刊论文]-电子学报2006,34(1)4.戴振华.纪海林.徐运涛.DAⅠZhen-hua. JI Hai-1in.ⅫUYun-taoZ00MFFT算法在数字音频分析仪中的实现[期刊论文]-兵工自动化2007,26(10)5.黄镔.许婧.高峰.束洪春Z0OM-FFT在水电机组振动信号分析中的应用[期刊论文]-昆明理工大学学报(理工版)2002,27(5)6.王卫江改进的自适应Zoom-FFT算法研究[期刊论文]一电子技术应用2006,32(7)证文献(10条1.程兆刚.唐力伟.张淑琴.曹洪娜基于复调制Z0OM-FFT算法下阻尼比识别的研究[期刊论文]计算机与数字工程2012(1)2.刘树强.罗天.王宁.潘栋基于 Labview的异步电机转子断条检测[期刊论文]电子设计工程2011(3)3.王文森.邱宏安高精度超声流量检测系统设计[期刊论文]电声技术2011(2)4刘树强.罗天.谭兴文基于 Labview的笼型异步电动机转子断条故障在线检测系统[期刊论文]西南大学学报:自然科学版2011(9)5.王乐.苏小敏.杜林.李春化复白噪声中复正弦波频率估计方法硏究[期刊论文]火控雷达技术2011(36.周红霞.江佩勤.伍洲基于嵌入式系统的ZFFT移频轨道检测算法[期刊论文]通信技术2010(37.焦玮琦.陈特放基于局部频谱细化的轨道移频信号高精度检测[期刊论文]机车电传动2009(28.史瑞根.姚金杰基于 Labview的数字变频FFT设计[期刊论文]现代电子技术2009(7)9武中奇.杨世武丌FT算法在铁路移频信号分析中的应用及其DSP实现[期刊论文]铁道通信信号2008(7)10.时献江.张春喜.邵俊鹏异步电机断条故障诊断的细化包络方法[期刊论文]电机与控制学报2008(2)本文链接http://d.g.wanfangdata.com.cn/periodicaljcdzgc200604033.aspx
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