過程控制實(shí)習(xí)報(bào)告

1、學(xué)過程控制工程 實(shí)習(xí)報(bào)告院:機(jī)械與控制工程班級(jí):自動(dòng)化10-3班學(xué)號(hào):姓名:傅指導(dǎo)老師：周日期：年 月目錄1 緒論過程控制系統(tǒng)的概述過程控制是指根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)， 采用測量儀表、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī) 等自動(dòng)化工具，應(yīng)用控制理論，設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程 自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)過程的連續(xù)化、大型化和不斷強(qiáng)化， 隨著對過程內(nèi)在規(guī)律的 進(jìn)一步了解，以及儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)過程控制技術(shù)近年來發(fā)展異常迅速 .所謂生產(chǎn)過程自動(dòng)化 , 一般指工業(yè)生產(chǎn)中 （如石油、化工、冶金 、煉焦、造紙、建材、陶瓷及熱力發(fā)電等 ）連續(xù)的或按一定程序周期進(jìn)行的生產(chǎn) 過程的自動(dòng)控制 .凡是采用模擬或

2、數(shù)字控制方式對生產(chǎn)過程的某一或某些物理參 數(shù)（如溫度、壓力、流量等 ）進(jìn)行的自動(dòng)控制統(tǒng)稱為過程控制， 隨著科學(xué)技術(shù)的飛 速前進(jìn)，過程控制也在日新月異地發(fā)展。它不僅在傳統(tǒng)的工業(yè)改造中，起到了提 高質(zhì)量，節(jié)約原材料和能源，減少環(huán)境污染等十分重要的作用。生產(chǎn)過程自動(dòng)化 是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、減少成本、改善勞動(dòng)條件、保證安全和提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率重要手段，在社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)起著極其重要的作用。2西門子PLC的介紹S7-300PLC 介紹S7-300是通用可編程控制器，它廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域， 涉及多個(gè)行業(yè)， 可用于組建集中式或分布式結(jié)構(gòu)的測控系統(tǒng)， 重點(diǎn)在于為生產(chǎn)制造工程中的系統(tǒng) 解決方案提供一個(gè)

3、通用的自動(dòng)化平臺(tái)，性能優(yōu)良，運(yùn)行可靠。S7-300PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，模塊種類的品種繁多，功能齊全，應(yīng)用范圍十 分廣泛，可用于集中形式的擴(kuò)展，也可用于帶 ET200腕布式結(jié)構(gòu)的配置。S7系 列PLC用 DIN標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，各模塊用總線連接器連接在一起，系統(tǒng)配置靈活、 維護(hù)簡便、易擴(kuò)展。CPU莫塊是PLC的核心，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)并執(zhí)行用戶程序，存取其 他模塊的數(shù)據(jù)， 一般還具有某種類型的通信功能。 信號(hào)模塊用來傳送數(shù)字量及模 擬量信號(hào)，通信模塊可提供 PROFIBUS以太網(wǎng)等通信連接形式。S7-3O0 主要功能模塊介紹1、導(dǎo)軌（Rail ）S7-300的模塊機(jī)架（起物理支撐作用，無背板總線），西門子提

4、供五種規(guī)格 的導(dǎo)軌。2、電源模塊（ PS）將市電電壓（AC120/230V轉(zhuǎn)換為DC24V為CPU和24V直流負(fù)載電路（信 號(hào)模塊、傳感器、執(zhí)行器等）提供直流電源。輸出電流有2A、5A、10A三種*正常：綠色LED燈亮*過載：綠色LED燈閃*短路：綠色LED燈暗（電壓跌落，短路消失后自動(dòng)恢復(fù)）*電壓波動(dòng)范圍： 5%3、CPU模塊各種CPU有不同的性能，例如有的CPU®成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點(diǎn)， 有的CPU集成有PROFIBUSDP等通信接口。CPU前面板上有狀態(tài)故障指示燈、 模式開關(guān)、24V電源端子、電池盒與存儲(chǔ)器模塊盒（有的 CPU沒有）4、信號(hào)模塊（SM數(shù)字量（開關(guān)量）輸入

5、模塊：24V DC，120/230V AC數(shù)字量（開關(guān)量）輸出模塊：24V DC，繼電器模擬量輸入模塊：電壓，電流，電阻，熱電偶模擬量輸出模塊：電壓，電流5、功能模塊（FM）功能模塊主要用于對時(shí)間要求苛刻、存儲(chǔ)器容量要求較大的過程信號(hào)處理任 務(wù)。*計(jì)數(shù)：計(jì)數(shù)器模塊*定位：快速/慢速進(jìn)給驅(qū)動(dòng)位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)定位模塊、伺服電動(dòng)機(jī)定位模塊等*閉環(huán)控制：閉環(huán)控制模塊*工業(yè)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)：接口模塊、稱重模塊、位置輸入模塊、超聲波位置解碼器 等。6、接口模塊（IM）接口模塊用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架（CR和擴(kuò)展機(jī)架（ER。S7 300 通過分布式的主機(jī)架和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，最多可以配置

6、32個(gè)信號(hào)模塊、功能模塊 和通信處理器。連接：IMS 360發(fā)送、IMR 361接收；對于雙層組態(tài)，常用硬連線的IM 365接口模 塊距離：采用IM 365、兩層機(jī)架，電纜最大長度可達(dá) 1米；采用IM 360 / 361、多層機(jī)架，機(jī)架之間電纜最大長度 10米。7、通訊處理器（CP）擴(kuò)展中央處理單元的通訊任務(wù)，提供以下的連網(wǎng)能力：*點(diǎn)到點(diǎn)連接*PROFIBUS*工業(yè)以太網(wǎng)3基于PLC的雙容量水箱控制系統(tǒng)硬件組成硬件模塊名稱型號(hào)備注數(shù)量中央處理器模塊(CPUCPU315-2 DP2AF03-0AB0內(nèi)存擴(kuò)展到32K1數(shù)字量輸入模塊(DI)SM321DI16*24V1BH01-0AA0處理2點(diǎn)輸入

7、信號(hào)1數(shù)字量輸出模塊(DOSM321DO16*24V/1BH01-0AA0處理6個(gè)輸出信號(hào)1監(jiān)控軟件通訊343-1EX11-0X1(SIMATIC NET)E0SIMATIC ET200IM153-1AA03-0XB01模擬量輸入模塊(AI)SM331DI 2*12Bit7KB02-0AA0處理2點(diǎn)輸入信號(hào)。1模擬量輸出模塊(AQSM332AO 4*12Bit5HD01-0AB0處理1點(diǎn)輸出信號(hào)1電源模塊PS-3075A, 24V DC1自吸水泵M1電磁閥YQZD-1000A輸入信號(hào)：420mA1輸出壓力：氣源壓力：雙容量水箱控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置雙容水箱是兩個(gè)串聯(lián)在一起的水箱，整個(gè)系統(tǒng)有上水箱、下

8、水箱、水管、閥門、抽水泵組成。本系統(tǒng)由雙容水箱作為控制對象，上水箱的液位高度hi,下水箱水溫、壓力作為被控量。下水箱里液位的變化，由壓力、溫度傳感器轉(zhuǎn)換成 420mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，在由I/O接口的A/D轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼的數(shù)字信號(hào)后， 送入計(jì)算機(jī)端口。經(jīng)計(jì)算機(jī)算出的控制量通過D/A轉(zhuǎn)換成15 V的控制電信號(hào)。雙容量水箱對象組成1、被控對象過程控制裝置是一個(gè)以溫度液位壓力流量為過程受控變量水泵轉(zhuǎn)速可控硅 移相觸發(fā)角為過程操作變量的過程控制系統(tǒng)，被控對象為充分模擬工業(yè)現(xiàn)場的小 型電熱液位鍋爐。2、測量傳感器液位的測量采用液位傳感器，測量量程為0500m壓力的測量采用壓力變送器，測量量程為0100kP

9、a測量流量采用的是渦輪流量計(jì)和數(shù)顯流量變送儀， 測量量程為0600L/h。溫度的測量采用 PT100鉑電阻溫度傳感器和數(shù)顯溫度變 送儀，測量量程為0100度。變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)的420mA電流信號(hào)，在送顯示儀 表顯示的同時(shí)，送入PLC的模擬量輸入模塊。3、執(zhí)行器系統(tǒng)在進(jìn)行液位、壓力、流量控制時(shí)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為西門子 MM42（型變頻器和 單相水泵。變頻器接收控制器所給信號(hào)后會(huì)輸出不同的信號(hào)， 以改變?nèi)嚯姍C(jī)的 轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)水泵出口流量。在溫度控制中執(zhí)行機(jī)構(gòu)為可控硅，通過改變移相觸發(fā)角進(jìn)而改變加熱圈兩端 的電壓來實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。4基于PLC的雙容量水箱控制系統(tǒng)的編程設(shè)計(jì)控制原理系統(tǒng)由雙容水箱作為控制對象，上

10、水箱的液位傳感、下水箱的溫度、壓力作 為被控量。當(dāng)下水箱壓力低于設(shè)定值時(shí)，上水箱往下水箱放水，通過改變調(diào)節(jié)閥 的開度向下水箱加水來控制下水箱里的液位高度。到達(dá)設(shè)定壓力值后，上水箱停 止放水，并驅(qū)動(dòng)加熱模塊，使下水箱開始加熱。由溫度傳感器轉(zhuǎn)換成420mA的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，在由I/O接口的A/D轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制編碼的數(shù)字信號(hào)后，送入計(jì)算機(jī)端口。經(jīng)計(jì)算機(jī)算出的控制量通過 D/A轉(zhuǎn)換成15V的控制電信號(hào)。當(dāng)?shù)竭_(dá)溫度 后，停止加熱，水泵開始驅(qū)動(dòng)，使得上水箱往下水箱抽水，同時(shí)報(bào)警燈亮和蜂鳴 器鳴響。當(dāng)上水箱液位到達(dá)液位傳感器位置時(shí)，停止抽水。STEP 7簡介STEP7是用于SIMATIC S7-300/400站創(chuàng)

11、建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件， 可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表。它是SIMATICX業(yè)軟件的組成部分。STEP 7以其強(qiáng)大的功能和靈活的編程方式廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，STEP7提供了幾種不同的版本以適應(yīng)不同的應(yīng)用和需求。SEP7硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)置1、創(chuàng)建項(xiàng)目1 ）雙擊SIMATIC Manager在SIMATIC管理器中選擇菜單命令“ File/New ”， 在彈出的對話框輸入項(xiàng)目名和存儲(chǔ)地址。2 ）點(diǎn)亮剛新建的項(xiàng)目名，右擊選擇“ in set newobject/simatic300 station ”將生成300的項(xiàng)目。2、硬件組態(tài)1 ）完成新建項(xiàng)目后，雙擊項(xiàng)目名稱雙擊，選中sim

12、atic 300 （ 1），選擇“ Hardware”進(jìn)入硬件組態(tài)窗口。2 ）雙擊simatic 300/rack-300，將導(dǎo)軌（rail ）拖入左邊空白處，生成機(jī)架。3 ）選擇 cpu 模塊。CPU 315-2 DP2AF03-0AB04 ）雙擊“ DP，出現(xiàn)DP屬性對話框。點(diǎn)擊“ Properties ”按鈕，新建一個(gè)， PROFIBU&1）網(wǎng)絡(luò)，其他的都不變。5 ）在剛建立，PROFIBUS（ 1 ）網(wǎng)絡(luò)上添加通信模塊IM153-1（6ES7 153-1AA03-0XB0）。點(diǎn)擊IM153-1模塊，在其中分別添加模擬量輸入模塊 AI2x12Bit （6ES7331-7KB02-

13、0AB0）、 模 擬量輸 出模塊 AO4x12Bit（6ES7 332-5HD01-0AB0）。6 ）回到0號(hào)機(jī)架，加入數(shù)字量輸入（6ES7 323DO16*DC24V-1BH02-0AA0 數(shù)字量輸出模塊（6ES7 323-DO16*DC24V。3、下載組態(tài)組態(tài)結(jié)束后，在CPU為STOP模式下點(diǎn)擊下載，將PLC的硬件組態(tài)下載到PLC 中。觀察是否有異樣指示燈亮。表1指示燈及其信息表示名稱顏色表示的系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)信息SF紅色硬件或軟件錯(cuò)誤BF紅色總線錯(cuò)誤（只適用于部分帶 DP和PN接口的PLCDC5V綠色S7-300的CPU和內(nèi)部總線的5V電源正常FRCE黃色強(qiáng)制作業(yè)有效RUN綠色CPU處于R

14、UN犬態(tài)；LED燈以2HZ閃亮，表示重新啟動(dòng)；LED以HZ 閃亮，表示HOLDSTOP黃色CPU處于STOP或 HOLD或重新啟動(dòng)狀態(tài)；LED以閃亮，存儲(chǔ)器在復(fù)位請求狀態(tài)；LED燈以2HZ閃亮，存儲(chǔ)器在復(fù)位 期間。1、 插槽1為電源模塊配置，電源模塊如果不選用西門子專用電源模塊，插槽1 配置為空。2、插槽2為CPU莫塊配置。3、插槽3為多機(jī)架擴(kuò)展接口模塊配置，在單機(jī)架配置時(shí)為空。4、擴(kuò)展模塊必須從插槽4開始配置。5、AI輸入通道選擇2線傳感，4-20mA6 AO輸出通道選擇1-5V，0-10V。最后組態(tài)結(jié)果圖：圖1組態(tài)SETP7程序設(shè)計(jì)1 )編程時(shí)在所添加的模塊中進(jìn)行，首先打開組織塊OB12

15、)選擇編程語言，可選 STL、LAD FBD3 )程序編寫完后，要對程序進(jìn)行編譯。保證程序無誤。下載程序，將PLC置于RUN莫式，運(yùn)行程序，再次確認(rèn)程序是否有誤。5控制系統(tǒng)程序編寫及調(diào)試、運(yùn)行S7-300_PLC模擬量輸入輸出量程轉(zhuǎn)換模塊 FC105簡介實(shí)際的工程量，如壓力、溫度、流量、物位等要采用各種類型傳感器進(jìn)行測量。傳感器將輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流、溫度、或電阻信號(hào)供PLC采集，PLC的模擬量輸入模板將該電壓、電流、溫度、或電阻信號(hào)等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量一一整 形數(shù)(INTEGER。在PLC程序內(nèi)部要對相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行比較、運(yùn)算時(shí)，常需將該 信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際物理值(對應(yīng)于傳感器的量程)。而經(jīng)程序運(yùn)算

16、后得到的結(jié)果要 先轉(zhuǎn)換成與實(shí)際工程量對應(yīng)的整形數(shù)， 再經(jīng)模擬量輸出模板轉(zhuǎn)換成電壓、電流信號(hào)去控制現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這樣就需要在程序中調(diào)用功能塊完成量程轉(zhuǎn)換。SCALE( FC105功能將一個(gè)整形數(shù)INTEGER IN)轉(zhuǎn)換成上限、下限之間的 實(shí)際的工程值(LO_LIM and HI_LIM)，結(jié)果寫到OUT公式如下：OUT = (FLOAT (IN) - K1)/(K2 - K1) * (HI_LIM - LO_LIM) + LO_LIM 常數(shù)K1和K2的值取決于輸入值(IN)是雙極性BIPOLAR還是單極性UNIPOLAR 雙極性BIPOLAR即輸入的整形數(shù)為-27648到27648,此時(shí)K1

17、= -，K2 =+ 單極性UNIPOLAR即輸入的整形數(shù)為0到27648，此時(shí)K1 = 。 K2 = + 如果輸入的整形數(shù)大于K2，輸出(OUT)限位到HI_LIM,并返回錯(cuò)誤代碼。如果輸入的整形數(shù)小于 K1,輸出限位到LO_LIM并返回錯(cuò)誤代碼。 反向定標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是通過定義 LO_LIM > HI_LIM來實(shí)現(xiàn)的。反向定標(biāo)后的輸出值 隨著輸入值的增大而減小。系統(tǒng)的I/O地址分配表2系統(tǒng)I/O地址分配名稱地址名稱地址啟動(dòng)運(yùn)行指示燈停止停止加熱器PQW256報(bào)警燈下限位傳感器蜂鳴器溫度檢測PIW258水泵壓力檢測PIW256電磁閥雙容量水箱控制系統(tǒng)程序1 、按下啟動(dòng)按鈕，開始啟動(dòng)，運(yùn)行燈亮并

18、自鎖。按下停止按鈕，停止運(yùn)行， 停止等亮并自鎖。在兩程序段相互穿入常閉點(diǎn)，起到互鎖作用。2 、運(yùn)行指示燈得電，所以常開觸點(diǎn)得電，從而繼電器得電vENC為使能輸出； 當(dāng)壓力轉(zhuǎn)換器PIW256采集下水箱壓力信號(hào)，通過 FC105莫塊轉(zhuǎn)換后，將壓力轉(zhuǎn) 換后的結(jié)果輸出到MD40K2 、因?yàn)槔^電器得電，從而使常開觸點(diǎn)閉合。當(dāng) MD40的值小于100Pa時(shí)，電 磁閥得電并置為。3 、當(dāng)MD40勺值大于等于100Pa時(shí)，繼電器得電；電磁閥失電并復(fù)位。4 、因?yàn)槔^電器得電，所以常開觸點(diǎn)閉合，加熱器 PIW256得電并對水進(jìn)行加 熱。5、 由于繼電器得電，從而常開觸點(diǎn)閉合，繼電器得電。 PQW25是對下 水箱的溫度采集信號(hào)，用FC105模塊轉(zhuǎn)換信號(hào)，存入MD3C中。上限值為100， 代表100 C,下限為0C。6、 由于繼電器得電，從而常開觸點(diǎn)閉合。當(dāng)MD30的值大于等于30E 時(shí)，繼電器失電并復(fù)位；水泵得電并置位，同時(shí)向上水箱抽水；加熱器PQW256 清零從而停止加熱。7、上水箱進(jìn)水到達(dá)所在的液位時(shí)，停止抽水（），報(bào)警器（）、蜂鳴 器（）、電磁閥（）開始工作。8 、按下停止按鈕，整個(gè)系統(tǒng)過程全部復(fù)位，程序停止工作。當(dāng)手動(dòng)按開 始按鈕時(shí)，可重復(fù)進(jìn)行上述過程，再進(jìn)行循環(huán)操作。6實(shí)習(xí)結(jié)語對于S7-300的實(shí)訓(xùn)就是要我們親自編好程序，并讓設(shè)備動(dòng)起來。對于這個(gè) 我們