基于s7-200plc纸浆浓度控制系统设计毕业论文

基于s7-200plc纸浆浓度控制系统设计毕业论文内容摘要：

..........................................................................13 图 310 PLC 的配置 ..............................................................................................................14 图 41 程序流程图 ................................................................................................................18 图 51 由矩形脉冲响应确定的阶跃响应 ............................................................................21 图 52 切线法 ........................................................................................................................22 图 53 SIMULINK 中纸浆浓度控制系统的系统模 型 .......................................................23 图 54 阶跃响应曲线 ............................................................................................................24 图 61 系统人机界面 ............................................................................................................26 图 62 定义数据变量 ............................................................................................................26 图 63 动画组态属性设置 ....................................................................................................27 图 64 定义通道的类型与地址 ............................................................................................28 图 65 通道连接 ....................................................................................................................28 VI 表格清单 表 31 PLC 的 I/O 分配 ........................................................................................................14 表 41 PID 调节规律的模拟与离散形式 ............................................................................16 表 42 内存地址分配 ...........................................................................................................18 表 43 PID 指 令回路表 ........................................................................................................19 1 引 言 现今，中国已成为世界造纸产品的主要生产国和主要消费国，同时也是世界造纸产品的主要进口国。 在造纸行业中，纸浆浓度是一项重要的参数，对纸张的质量有着很大的影响。 因此，让纸浆浓度稳定的保持在一 定数值上成为一项重要的工作。 传统的纸浆浓度控制是采用人工控制，但是采用人工测控的合格率只在 60%左右：采用仪表检测同时配合人工测控的合格率也只在 80%左右，因定量问题引起的产品质量下降和消耗增高所造成的损失是巨大的，因此需要一种能自动稳定浆料浓度的可靠装置来控制生产。 本文正是基于以上问题，设计了一种基于西门子 PLC S7200 的自动控制系统用来控制和稳定纸浆的浓度。 在本设计中控制器采用的是西门子公司的 S7200 系列产品。 其具有可靠性高，抗干扰能力强，功能完善，使用、维修方便等众多优点。 变送器采用的是 内旋式纸浆浓度变送器，内旋式纸浆浓度变送器是一种闭环仪表，虽然结构较为复杂造价成本高，但其测量精度、灵敏度、稳定性都很高，适合用于计量等需要高精度的场合。 执行器采用的是电动执行器来控制阀门的开度，以调节稀释白水的进水量，进而用以控制纸浆浓度。 此外，本设计中还采用了工控组态软件 MCGS 建立了人机界面用来对纸浆浓度进行实时监控。 2 第 1 章 绪论 论文研究背景 研究背景 在造纸行业中 ,由于木材资 源短缺，环境保护的压力和能源消耗等因素，生产效率高，污染少，能源消耗低的制浆方法已经成为制浆造纸工业迫切需要解决的问题。 而在制浆造纸生产过程中，稳定地调节纸浆浓度是实现工艺目标，达到质量标准，减少污染和能耗的一个重要因素。 纸浆浓度是指在一定重量 (或体积 )纤维的悬浮液中，绝干纤维的百分比含量。 造纸生产工艺一般包括三个工序：备料、制浆和抄纸，其中在制浆和抄纸过程中都需要用水稀释原浆。 而在稀释原浆的过程中，纸浆浓度总是不断变化的。 要使其稳定在一个定值上是很困难的一件事。 例如：在造纸机抄前成浆池内，纸浆浓度总是在不 断变化。 因此，无论纸机车速、干燥等其余指标控制的再好，也会造成纸定量不断波动，质量大幅度下降。 传统的控制制浆浓度的方法是采用人工测控的方法，这种方法不仅耗费人力，而且调节效果也不好，浓度变化幅度也比较大。 为此，本文设计了一种基于 PLC S7200 的纸浆浓度自动控制系统来稳定上浆的浓度。 纸浆浓度变送器的发展趋势 目前，国内外有些厂家和院校针对不同两相流的在线浓度测量对象研究出了多种不同的测量方法，主要有：用γ射线法、用阻抗法、密度法、电容法、流动成像法、超声波法、光学法和力学法。 这其中力学法（也叫机械法）是目前能很好的应用在工程中的在线测量两相流浓度的方法。 它是一种利用流体粘度的性质的测量纸浆浓度行之有效的间接测量方法。 按照变送器的结构不同可以分为：静刀式浓度变送器、外旋式浓度变送器、动刀式浓度变送器、内旋式浓度变送器。 这其中又以动刀式产品的性价比最高，但其只是中档产品，不适合用于生产过程中的计量和要求精度很高的场合。 内旋式纸浆浓度变送器是一种闭环仪表，虽然结构较为复杂造价成本高，但其测量精度、灵敏度、稳定性都很高，适合用于计量等需要高精度的场合。 PLC 的发展趋势 向高速度、大容量方向发展。 想超大型、超小型两个方向发展。 PLC 大力开发智能模块，加强联网通讯能力。 增强外部故障的检测与处理能力。 编程语言多样化。 控制算法的发展趋势 目前在造纸行业中普遍采用传统 PID 算法，传统 PID 算法虽然具有结构简单、实现方便、适应性强等特点，但在实际运行过程中不能满足实际生产的要求，其主要表现在：1）在纸浆浓度调节中，由于电动执行器属于惯性环节，采用传统 PID 调节必产生严重的滞后效应，很难使系统取得良好的 控制效果； 2）由于过程参教在生产过程中变化很大，加之设备的老化和来自其它方面的干扰，因此，一般的固定参数控制器无法适应这些变化，不能始终保持最优运行，有时甚至出现稳定性问题。 间单地说，也就是调节缓慢、抗干扰能力弱、稳定性差等。 因此，近年来控制专家提出了专家 PID 控制，人工神经网路 PID 控制等等。 3 主要研究内容 本论文主要是利用 PLC S7200 采用 PID 控制技术做了一个纸浆浓度自动控制系统，并采用 MCGS 工控组态软件对纸浆浓度控制系统建立了人机监控界面来实时监控纸浆浓度的变化。 第一 章主要介绍了论文提出的背景，当前研究的发展现状以及研究的意义。 第二章主要确定了系统的总体技术方案，介绍了系统的结构图，控制方框图，介绍了各模块的功能。 第三章主要确定了系统各个硬件的选型，硬件的使用，以及硬件的连接电路图。 第四章主要是根据要求利用 Step 7Micro/win 编写出系统控制的主程序及子程序。 第五章主要是主要介绍了怎样利用 MCGS 工控组态软件建立系统的人机监控界面。 第六章对全文进行了总结。 研究的意义 在制浆造纸生产过程中，稳定地调节纸浆浓度是实现工艺目 标，达到质量标准，减少污染和能耗的一个重要因素。 要想达到稳定纸浆浓度的目的，就必须设计出一种能自动调节纸浆浓度的控制系统。 本设计就是基于这样一种目的设计出了一种能自动调节稳定纸浆浓度的控制系统。 设计思路 本设计使用内旋式纸浆浓度变送器测量实际纸浆浓度，将浓度信号转换成 420mA标准信号，然后通过 A/D 转换后反馈到 PLC 控制器，与给定值进行比较，得到偏差。 对得到的偏差按 PID 算法进行计算，以此调节白水入口电动阀的开度，从而实现对纸浆浓度的调节。 并利用组态软件 MCGS 设计人机界面，实现控制 系统的实时监控。 研究工作与成果 在本次毕业设计中，主要做了以下工作： 查找了大量关于纸浆浓度控制的资料，对当前纸浆浓度控制的发展有了一个认识。 熟悉西门子 PLC S7200 系列的基本构成，工作原理。 对纸浆浓度控制系统进行了硬件选型，并完成了硬件电路的连接。 熟悉了西门子 PLC 编程的基本指令和程序设计，并利用 Step 7Micro/Win 对纸浆浓度系统进行程序的编制。 熟悉了 MCGS 工控组态软件的基本使用方法，并建立出了纸浆浓度控制系统的人机监控界面。 完成了毕业设计（论文）正文的编写，对自 己的设计进行了完整的阐述。 4 第 2 章 总体技术方案 纸浆浓度工艺描述及系统结构图 制浆造纸生产是一个十分复杂的工业过程系统，也是当前我国自动化程度较高的制造行业之一，其大体由制浆和造纸两个过程组成。 制浆过程一般包括蒸煮、漂白、打浆、抄纸、蒸发、燃烧、苛化等工段。 造纸过程一般指纸浆经过浓度、流量调节后被送入流浆箱，再通过流浆箱将纸浆均匀地喷射到网上，网将大部分水滤掉，经压榨进一步去水，再经多段高温烘缸将之烘干，在此过程中，根据纸种不 同，还要对纸张进行表面施胶及涂布、压光等，最后在卷纸机上卷成纸圈。 在本文中我们只关注纸浆浓度调节部分。 以下图 21 为纸浆浓度控制系统工艺流程图： 图 21 纸浆浓度控制工艺流程图 系统各组成模块及控制方框图 纸浆浓度控制系统包括：检测变送器，控制器，执行器。 控制方框图如图 22： 图 22 系统控制方框图 5 方案的确定 方案一：采用动刀式 纸浆浓度浓度变送器在线检测出纸浆浓度，然后信号经 A/D模数转换器转换后送到单片机中，经与给定值比较后，经过一定算法输出信号到 D/A 数模转换器，然后经 D/A。