基于上位机IFIX下位机S7-300的液位控制系统_开题报告

文献综述3-7

^范文提纲8

参考文献9

文献综述

国内外研究现状进展情况和存在问题

1985年，国际电工委员会(IEC)对PLC作出如下定义： 可编程控制器PLC是 一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻缉运算、顺序控制、定时、计数与算术运算 等操作指令，并通过数字、模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程；可编程控制器及其有关外围设备的设计，都要按照“易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则”进行。 由该定义可知：PLC是一种由“事先存贮的程序”来确定控制功能的工控类计算机。

20世纪60年 代，汽车生产线的自控系统基本上由继电器控制装置构成。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的 周期变短，因而继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，这不仅费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，希望用新的控制装置来取代继电器控制装置，并提出了以下10项招标指标： ①编程方便，现场可修改程序； ②维修方便，采用模块化结构； ③可靠性高于继电器控制装置； ④体积小于继电器控制装置； ⑤数据可直接送入起管理作用的(上位)计算机； ⑹成本可与继电器控制装置竟争； ⑺输入可以是交流115V(注：我们中国是AC220V)； ⑻输出为(交流115V，2A以上)，能直接驱动电磁阀、接触器等； ⑼在扩展时，原系统只需要进行很小的变更； ⑽用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。

1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出第一台PLC，并在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业里得到推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等行业。

这一新型的工控装置的出现，受到世界上许多国家的高度重视。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了他们的第1台PLC。1973年，西欧国家也研制出他们的第1台PLC。我国从1974年始研制，到1977年开始应用于工控领域。

早期的PLC，一般称为“可编程逻辑控制器”(Programmable Logic Controller)。这时的PLC基本上是(硬)继电器控制装置的替代物，主要用于实现原先由继电器完成的顺序控制、定时、计数等功能。它在硬件上以“准计算机”的形式出现，在I/O接口电路上做了改进以适应工控现场要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，并采用磁芯存储器。另外，还采取了一些措施，以提高抗干扰能力。在软件编程上，采用类似于电气工程师所熟悉的继电器控制线路的方式——梯形图(Ladder)语言。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点是简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障显示、能重复使用等。其中PLC特有的编程语言——梯形图语言一直沿用至今。

20世纪70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨变。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的CPU(中央处理单元)，这样使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持原有的逻缉运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理、网络通信、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块，并扩大了存储器的容量，而且还提供一定数量的数据寄存器。

到了20世纪80年，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。早期的PLC一般采用8位的CPU，现在的PLC一般采用16位或32位的CPU。另外，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂还纷纷研制开发出专用的逻辑处理芯片，这就使得PLC的软、硬件功能有了巨变。

目前，世界上约有200家PLC生产厂商，其中，美国的Rockwell、GE，中国的奥越信，德国的西门子(Siemens)，法国的施耐德(Schneider)，日本的三菱、欧姆龙(Omron)，他们掌控着全世界80%以上的PLC市场份额，他们的系列产品从只有几十个点(I/O总点数)的微型PLC到有上万个点的巨型PLC，应有尽有。

经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但尚未形成颇具规模的生产能力，国内PLC应用市场仍然以国外产品为主，如：Siemens的S7-200小系列、S7-300中系列、S7-400大系列，三菱的FX小系列、Q中大系列，0mron的CPM小系列、C200H中大系列等。

值得一提的是，深圳市奥越信科技有限公司（ .oyesauto.com）的创新产品兼容西门子plc。

奥越信自动化产品事业部 的OYES 200/300系列PLC，产品齐全，技术在业内占绝对领先，质量稳定、精度高、速度好，CPU和模块与西门子S7-200/300系列CPU和模块完全 兼容，使用方法一样，简单方便，模块即插即用，OYES 200系列CPU使用西门子编程软件。产品全部通过了CE认证，现已广泛应用于水处理、冶金、石化、电力、环保、新能源、汽车、水泥等行业。我们可以按照 客户要求开发特殊用途的模块，也可以为纺织机械、包装机械、橡塑机械、波峰焊、回流焊、陶瓷机械、制药机械、工程机械、木工机械、中央空调等设备制造商提 供解决方案。伴随时代发展，进入21世纪崭新工业控制领域，PLC仍然能够引导自动化行业　的发展，主要是由于在最初其采用计算机的设计思想和适应各种现场应用，随着电子事业的飞速发展，PLC已经可以在各个领域去适应不同的客户要求。这就是PLC的生命力，具有一个非常灵活的大脑和可以随时变化和更新的身体部件。     控制现代化工生产中，传统的手动操作已远远不能获得好的控制品质。目前，在电气领域，国内外普遍采用PLC。特别是在高温高压、易燃易爆高危生产领域，PLC以其在工业恶劣环境下仍能高可靠性工作，及抗干扰能力强的特点而获得更为广泛的使用。PLC将电气、仪表、控制这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。由于PLC是专为工业控制而设计的，其结构紧密、坚固、体积小巧，是实现机电一体化的理想控制设备。随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断下降，而其功能却大大增强。在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备，应用几乎覆盖了所有工业企业，日益跃居现代工业自动化三大支柱（PLC，ROBOT，CAD/CAM）的主导地位。 　　一、PLC具有以下显着特点 　　1.极高的可靠性 　　由于工业生产的环境条件远比通用计算机所处的环境差，因此要求PLC具有很强的抗干扰能力，并且应能在比较恶劣的运行环境中（如高温、过电压、强电磁干扰和高湿度等）长期可靠地运行。 　　2.使用方便 　　（1）操作方便：对PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改的操作。更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号继电器编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。 　　（2）编程方便：PLC有梯形图、布尔助记符、功能表图多种程序控制设计语言可供使用。 　　（3）维修方便：当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的指示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。 　　3.灵活性高 　　PLC的灵活性表现在下列三方面。 　　（1）编程的灵活性：PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图等，只要掌握其中一种语言就可进行编程。 　　（2）扩展的灵活性：PLC根据应用的规模的不断扩展，它不仅可以通过增加输入、输出卡件增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可通过多台PLC的通信来扩大容量和功能。 　　（3）操作的灵活性：操作的灵活性指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。 　　4.机电一体化 　　PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，它的体积大大减小，功能不断完善，抗干扰性能增强，机械和电气部件被有机地结合在一个设备内，把仪表电子和计算机的功能综合在一起。 　　二、PLC应用中需要注意的问题 　　PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行。要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面，要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问题： 　　1.工作环境 　　（1）温度。PLC要求环境温度在0～55oC，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。 　　（2）湿度。为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。 　　（3）震动。应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为10～55Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。 　　（4）空气。避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。 　　（5）电源。PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。 　　2.控制系统中干扰及其来源 　　（1）干扰源及一般分类。影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏，这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。 　　（2）PLC系统中干扰的主要来源及途。PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。 　　控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。 　　接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。 　　主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。 　　                          三、总结 　　PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，才能够使PLC控制系统正常工作。随着PLC应用领域的不断拓宽，如何高效可靠的使用PLC也成为其发展的重要因素。21世纪，PLC会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，PLC作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业控制领域发挥越来越大的作用。

^范文提纲

前言

PLC不仅具有传统继电器控制系统的控制功能，而且能扩展输入输出模块，特别是可以扩展一些智能控制模块，构成不同的控制系统，将模拟量输入输出控制和现代控制方法融为一体，实现智能控制、闭环控制、多控制功能一体的综合控制。现代PLC以集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定受到普遍欢迎，在传统工业的现代改造中发挥越来越重要的作用。为此，设计了用西门子PLC作控制器，并通过PLC的以太网通信口与PC机连接，构成控制功能完善的液位控制系统。

在本课题中着重介绍了西门子S7-300PLC与IFIX组态软件在液位控制系统中的应用，详细阐述了控制系统的设计方案，硬件设计、软件设计。在硬件设计中主要介绍了S7-300PLC的外部结构。在软件设计中主要介绍STEP7软件与IFIX组态软件的应用。在调试过程中介绍了如何把STEP7软件程序下载到PLC硬件中，PLC和IFIX在调试过程中遇到的问题和如何解决问题，调试达到液位控制系统设计的要求。从而可以看出S7-300PLC及IFIX在工业上的应用。

关键词： iFIX；S7-300PLC；STEP7软件； 液位控制； 工业 

Level IFIX PC to PC control system based on S7-300

Abstract

PLC control system not only has the traditional relay control functions, and to extend input and output modules, in particular a number of intelligent control module can be extended, constitute a different control system, analog input and output control and modern control methods of integrated, intelligent control, closed loop control, multiple control functions integrated control. Modern PLC to highly integrated, feature strong anti-interference ability, configuration flexibility, job security was generally welcomed in the modern transformation of traditional industries play an increasingly important role. 

Highlighted in this issue in the Siemens S7-300PLC and IFIX configuration software in liquid level control system, control system described in detail design, hardware design, software design. In the hardware design introduces the S7-300PLC external structure. Software design are introduced in the STEP7 software with IFIX configuration software. So you can see S7-300PLC and IFIX in industrial applications.

Key words: iFIX; S7-300PLC; STEP7 software; level control; Industry提纲

液位控制系统的要求及其设计方案

S7—300PLC介绍

1.S7-300 PLC的概况

2.S7-300 PLC的系统组成与结构特点

三．硬件组态

1硬件组态的步骤

2.CPU模块的参数设置

3.I/O扩展模块的建立

四．iFIX 画面制作

1.概述

2.报表及趋势图制作

五．PID控制

1.PID控制的原理和特点

2.公式计算得到PID控制器的参数

程序设计以及组态调试

1.程序分析

2.调试

3.调试问题解决

参考文献

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