管道流量比值控制PLC系统设计

1 信息与电气工程学院 课程设计说明书

（2013 /2014 学年 第 2 学期）

课程名称 ： 《可编程序控制器应用》课程设计 题 目 ： 管道流量比值控制PLC系统设计 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 ： 设计周数 ： 2 周

设计成绩 ： 2014 年 6 月 26 日 2

目 录 1.课程设计目的.................................................................................1 2.课程设计正文..................................................................,,.............1 2.1设计主要任务...........................................................................1 2.2技术要求...................................................................................1 2.3硬件方面设计.......................................................................... 2 2.3.1方案设计........................................................................... 2 2.3.2 I/O地址分配表.................................................................2 2.4软件方面设计..........................................................................2 2.4.1系统分析（程序流程图）..................................................3 2.4.2系统设计（源程序）..........................................................3 2.4.3程序分析与计算................................................................4 2.4.4系统实施与调试................................................................8 3.课程设计总结.................................................................................8 4.参考文献.........................................................................................9 5.课程设计评语表...........................................................................10 3

1.课程设计目的 (1)掌握S7-200系列可编程控制器硬件电路的设计方法。 (2)熟练使用S7-200系列可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法。 (3)掌握S7-200系列可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法。 (4)在完成可编程控制器为下位机的相关控制程序的基础上，用组态软件编程实现上位机的控制及其相关监控界面。 (5)通过课程设计使学生能熟练掌握数据的查询（图书、网络），PLC课程所获知识在工程设计工作中综合地加以应用，使理论知识和实践结合起来。 2.1课程设计主要任务 (1)了解管道流量比值控制系统的物理结构、闭环调节系统的数学结构和PID控制算法。 (2)逐一明确各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理、连接方法、信号种类、信号调理电路、引入PLC的接线以及PLC中的编址。 (3)逐一明确从PLC到各执行机构的输出通道，包括各执行机构的种类和工作原理，驱动电路的构成，PLC输出信号的种类和地址。 (4)绘制出流量控制系统的电路原理图，编制I/O地址分配表。 (5)编制PLC程序，结合过程控制实验室现有设备进行调试，要求能在实验设备上演示控制过程。 2.2技术要求 (1)此系统有两路供水系统。第一路由异步电动机（不具备调速功能）和和水泵构成动力系统，由涡轮流量计检测流量，电动调节阀控制流量。第二路由变频器、电动机和水泵构成动力系统，依靠动力系统的变频调速控制流量，用电磁流量计检测流量。 (2)流量比值控制就是由可编程控制器控制两路供水系统的流量保持设定的比例。本设计假设第一路的流量由其他系统控制或手动控制，本系统把第一路的流量（检测值）乘以设定的比例系数后的值作为流量给定值，控制第二路供水管道的流量。控制器采用PID算法决定变频器的给定值，从而实现两路流量的按比例控制。 (3)流量比值控制是后续工艺的需要，如化学反应的需要，实际工业中两路是不同的液体或气体，这里为了能在实验室实现，两路管道都用同样的水。 2.3硬件系统 4

2.3.1方案设计 模拟量输入由涡流流量传感器和电磁流量传感器组成，PLC选西门子S7—200系列中的226，上位机和下位机的电缆采用RS—458通讯电缆。第一路由异步电动机和水泵构成动力系统，第二路由变频器、电动机和水泵构成动力系统。 2.3.2 I/O地址分配表 输入端 输出端 地址号 信号名称 说明 1 AIW0 涡流流量传感器输入 16位 2 AIW2 电磁流量传感器输入 16位 1 AQW0 变频器控制输出 16位 2.4软件系统 2.4.1程序流程图

跳转到子程序1 运行子程序1 PID参数初始化 设定定时器0的时间间隔为0.1s 中断连接入口为INT_0 允许全局中断 运行INT_0 主回路涡流流量计数据处理 设定定时器0的时间间隔为0.1s 中断连接入口为INT_1 副回路电磁流量计数据处理

处理后的值送到PID即为设定值

运行PID指令

处理后的值送到PID即为过程变量

PID输出值处理

变频器

运行主程序运行INT_1 5

2.4.2内存变量分配表 序号 名称 地址 说明 1 涡流流量传感器 AIW0 16位 2 电磁流量传感器 AIW2 16位 3 变频器 AQW0 16位 4 PID表地址 VB100 8位 5 过程变量PV VD100 32位 6 设定值SP VD104 32位 7 输出M VD108 32位 8 增益K VD112 32位，设定为1.3 9 采样时间Ts VD116 32位，设定为0.1秒 10 积分时间Ti VD120 32位，设定为0.1分 11 微分时间Td VD124 32位，设定为0分 12 积分前项 VD128 32位 13 过程变量前值 VD132 32位 14 定时中断0时间间隔 SMB34 8位，设定为100毫秒

2.4.3程序分析与计算 程序分析： 管道流量比值控制系统要求的是无论一管道的流量如何变化，二管道的流量能够按照比例进行变化，即两个管道的流量能够保持一定的比值不变。因此，需要检测两个管道的流量变化。一回路中的流量的变化通过涡流流量传感器输出，二回路中的流量变化通过电磁流量计输出。两路传感器的输出信号作为PLC的输入信号，即接AIW0与AIW2。当两路的流量信号在PLC程序中进行比较与调节以后，PLC将程序调节的结果作为输出信号（AQW0输出）来作为变频器的输入信号，输出信号通过调节变频器来调节二回路的电机的转速，从而控制二回路的流量的大小，最终结果使两个管道的流量比保持不变。 程序中应包含一个子程序，用以完成PID回路中的参数的初始化；两个中断子程序，设置中断程序的目的是采集两个管道中的传感器的输出信号（AIW0与AIW2 ），并且输出相应的控制信号（AQW0）。 6

计算： 涡流流量传感器、电磁流量计输出信号为1－5V，变频器的输入信号为4－20mA，AQW0的输出信号对应的也应为4-20mA。 当流量为0时，对应的AIW0的值为(32000/20)*4=6400；当流量值为最大时，对应的AIW0的值为32000。因此，涡流流量传感器及电磁流量计的相应的输出信号转化为PLC内部程序值为： Mn----第n个采样时刻PID计算值 MPn ----第n个采样时刻比例项值 MIn ----第n个采样时刻积分项值 MDn ----第n个采样时刻微分项值 TS为采样周期 TI为积分时间常数 TD为微分时间常数 SPn第n个采样时刻的给定值 PVn第n个采样时刻过程变量值 MX第n-1个采样时刻积分项的值

2.4.4源程序

1SDnCnnCnnCnnISTTMKSPPVKSPPVMXKPVPVTT