過程控制實習(xí)報告

1、過程控制工程實習(xí)報告 學(xué) 院： 機械與控制工程 班 級： 自動化10-3班 學(xué) 號： 姓 名： 傅 指導(dǎo)老師： 周 日 期： 年 月1目 錄1 緒論11.1 過程控制系統(tǒng)的概述12 西門子PLC的介紹12.1 S7-300PLC介紹22.2 S7-3O0主要功能模塊介紹23 基于PLC的雙容量水箱控制系統(tǒng)硬件組成33.1硬件模塊33.2 雙容量水箱控制系統(tǒng)實驗裝置43.3雙容量水箱對象組成44 基于PLC的雙容量水箱控制系統(tǒng)的編程設(shè)計54.1 控制原理54.2 STEP 7簡介54.3 SEP7硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)置54.4 SETP7程序設(shè)計75 控制系統(tǒng)程序編寫及調(diào)試、運行75.1 S7-30

2、0_PLC模擬量輸入輸出量程轉(zhuǎn)換模塊FC105簡介75.2 系統(tǒng)的I/O地址分配85.3 雙容量水箱控制系統(tǒng)程序86 實習(xí)結(jié)語131 緒論1.1 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，采用測量儀表、執(zhí)行機構(gòu)和計算機等自動化工具，應(yīng)用控制理論，設(shè)計工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動化。隨著生產(chǎn)過程的連續(xù)化大型化和不斷強化, 隨著對過程內(nèi)在規(guī)律的進一步了解,以及儀表計算機技術(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行的生產(chǎn)過程的自動控制.凡是采用模擬或數(shù)字控

3、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)進行的自動控制統(tǒng)稱為過程控制，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速前進，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)過程自動化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、減少成本、改善勞動條件、保證安全和提高勞動生產(chǎn)率重要手段，在社會生產(chǎn)的各個行業(yè)起著極其重要的作用。2 西門子PLC的介紹2.1 S7-300PLC介紹S7-300是通用可編程控制器，它廣泛地應(yīng)用于自動化領(lǐng)域，涉及多個行業(yè)，可用于組建集中式或分布式結(jié)構(gòu)的測控系統(tǒng)，重點在于為生產(chǎn)制造工程中的系統(tǒng)解決方案提供一個通用的自動化平臺，性能優(yōu)

4、良，運行可靠。  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展，也可用于帶ET200M分布式結(jié)構(gòu)的配置。S7系列PLC用DIN標準導(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、維護簡便、易擴展。CPU模塊是PLC的核心，負責(zé)存儲并執(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。信號模塊用來傳送數(shù)字量及模擬量信號，通信模塊可提供PROFIBUS、以太網(wǎng)等通信連接形式。2.2 S7-3O0主要功能模塊介紹1、導(dǎo)軌（Rail）S7-300的模塊機架（起物理支撐作用，無背板總線），西門子提供五種規(guī)格的

5、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直流負載電路（信號模塊、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，短路消失后自動恢復(fù)）*電壓波動范圍：5%3、CPU模塊各種CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點，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、電池盒與存儲器模塊盒（有的CPU沒有）4、信號模塊（SM）數(shù)字量（開關(guān)量）輸入模塊：24V DC，120/2

6、30V 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間要求苛刻、存儲器容量要求較大的過程信號處理任務(wù)。*計數(shù)：計數(shù)器模塊*定位：快速/慢速進給驅(qū)動位置控制模塊、電子凸輪控制器模塊、步進電動機定位模塊、伺服電動機定位模塊等*閉環(huán)控制：閉環(huán)控制模塊*工業(yè)標識系統(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)接口模塊用于多機架配置時連接主機架（CR）和擴展機架（ER）。S7300通過分布式的主機架和3個擴展機架，最多可以配置32個信號模塊、功能模塊和通信處

7、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 、兩層機架，電纜最大長度可達1米；采用IM 360 / 361 、多層機架，機架之間電纜最大長度10米。7、通訊處理器(CP)擴展中央處理單元的通訊任務(wù)，提供以下的連網(wǎng)能力：*點到點連接*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3.1硬件模塊名稱型號備注數(shù)量中央處理器模塊（CPU）CPU315-2 DP2AF03-0AB0v1.2內(nèi)存擴展到32K1數(shù)字量輸入模塊（DI）SM321 DI16*24V1BH01-0AA0處理2點輸入信號1數(shù)字量輸

8、出模塊（DO）SM321 DO16*24V/0.5A1BH01-0AA0處理6個輸出信號1監(jiān)控軟件通訊（SIMATIC NET）343-1EX11-0XE01SIMATIC ET200IM153-1AA03-0XB01模擬量輸入模塊（AI）SM331DI 2*12Bit7KB02-0AA0處理2點輸入信號。1模擬量輸出模塊（AO）SM332AO 4*12Bit5HD01-0AB0處理1點輸出信號1電源模塊PS-3075A，24V DC1自吸水泵MDBZ650-4.6-501電磁閥YQZD-1000A輸入信號：420mA輸出壓力：0.02-0.1MPa氣源壓力：0.14MPa13.2 雙容量水箱

9、控制系統(tǒng)實驗裝置雙容水箱是兩個串聯(lián)在一起的水箱，整個系統(tǒng)有上水箱、下水箱、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h1，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的標準電信號，在由I/O接口的A/D轉(zhuǎn)換成二進制編碼的數(shù)字信號后，送入計算機端口。經(jīng)計算機算出的控制量通過D/A轉(zhuǎn)換成15V的控制電信號。3.3雙容量水箱對象組成1、被控對象 過程控制裝置是一個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，

10、測量量程為0500m，壓力的測量采用壓力變送器，測量量程為0100kPa。測量流量采用的是渦輪流量計和數(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。變送器輸出標準的420mA電流信號，在送顯示儀表顯示的同時，送入PLC的模擬量輸入模塊。3、執(zhí)行器 系統(tǒng)在進行液位、壓力、流量控制時。執(zhí)行機構(gòu)為西門子MM420型變頻器和單相水泵。變頻器接收控制器所給信號后會輸出不同的信號，以改變?nèi)嚯姍C的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)水泵出口流量。在溫度控制中執(zhí)行機構(gòu)為可控硅，通過改變移相觸發(fā)角進而改變加熱圈兩端的電壓來實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)。4 基于PLC的雙容量水

11、箱控制系統(tǒng)的編程設(shè)計4.1 控制原理系統(tǒng)由雙容水箱作為控制對象，上水箱的液位傳感、下水箱的溫度、壓力作為被控量。當下水箱壓力低于設(shè)定值時，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。到達設(shè)定壓力值后，上水箱停止放水，并驅(qū)動加熱模塊，使下水箱開始加熱。由溫度傳感器轉(zhuǎn)換成420mA的標準電信號，在由I/O接口的A/D轉(zhuǎn)換成二進制編碼的數(shù)字信號后，送入計算機端口。經(jīng)計算機算出的控制量通過D/A轉(zhuǎn)換成15V的控制電信號。當?shù)竭_溫度后，停止加熱，水泵開始驅(qū)動，使得上水箱往下水箱抽水，同時報警燈亮和蜂鳴器鳴響。當上水箱液位到達液位傳感器位置時，停止抽水。4.2 STEP

12、7簡介STEP7是用于SIMATIC S7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標準軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表。它是SIMATIC工業(yè)軟件的組成部分。STEP 7以其強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。4.3 SEP7硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)置 1、創(chuàng)建項目 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目名和存儲地址。 2）點亮剛新建的項目名，右擊選擇“inset new object/simatic 300 station”將生成300的項目。

13、 2、硬件組態(tài) 1）完成新建項目后，雙擊項目名稱雙擊，選中simatic 300（1），選擇“Hardware” 進入硬件組態(tài)窗口。 2）雙擊simatic 300/rack-300，將導(dǎo)軌（rail）拖入左邊空白處，生成機架。 3）選擇cpu模塊。CPU 315-2 DP2AF03-0AB0 v1.2 4）雙擊“DP”，出現(xiàn)DP屬性對話框。點擊“Properties”按鈕，新建一個，PROFIBUS（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)。點擊IM153-1模塊，在其中分別添加模擬量輸入模塊AI

14、2x12Bit (6ES7331-7KB02-0AB0)、 模擬量輸出模塊AO4x12Bit(6ES7 332-5HD01-0AB0)。 6）回到0號機架，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/0.5A-1BH01-0AA0)。3、下載組態(tài) 組態(tài)結(jié)束后，在CPU為STOP模式下點擊下載，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紅色硬件或軟件錯誤BF紅色總線錯誤（只適用于部分帶DP和PN接口的PLC）DC5V綠色S7-300

15、的CPU和內(nèi)部總線的5V電源正常FRCE黃色強制作業(yè)有效RUN綠色CPU處于RUN狀態(tài)；LED燈以2HZ閃亮，表示重新啟動；LED以0.5 HZ 閃 亮,表示HOLD。STOP黃色CPU處于STOP或HOLD或重新啟動狀態(tài)；LED以0.5HZ閃亮，存儲器在復(fù)位請求狀態(tài)；LED燈以2HZ閃亮，存儲器在復(fù)位期間。注意： 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模塊配置。 3、插槽3為多機架擴展接口模塊配置，在單機架配置時為空。 4、擴展模塊必須從插槽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，0-1

16、0V。最后組態(tài)結(jié)果圖：圖1 組態(tài)4.4 SETP7程序設(shè)計 1）編程時在所添加的模塊中進行，首先打開組織塊OB1。 2）選擇編程語言，可選STL、LAD、FBD。 3）程序編寫完后，要對程序進行編譯。保證程序無誤。下載程序，將PLC置于RUN模式，運行程序，再次確認程序是否有誤。5 控制系統(tǒng)程序編寫及調(diào)試、運行5.1 S7-300_PLC模擬量輸入輸出量程轉(zhuǎn)換模塊FC105簡介實際的工程量，如壓力、溫度、流量、物位等要采用各種類型傳感器進行測量。傳感器將輸出標準電壓、電流、溫度、或電阻信號供PLC 采集，PLC 的模擬量輸入模板將該電壓、電流、溫度、或電阻信號等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量整形數(shù)(INT

17、EGER)。在PLC 程序內(nèi)部要對相應(yīng)的信號進行比較、運算時，常需將該信號轉(zhuǎn)換成實際物理值（對應(yīng)于傳感器的量程）。而經(jīng)程序運算后得到的結(jié)果要先轉(zhuǎn)換成與實際工程量對應(yīng)的整形數(shù)，再經(jīng)模擬量輸出模板轉(zhuǎn)換成電壓、電流信號去控制現(xiàn)場執(zhí)行機構(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）功能將一個整形數(shù)INTEGER（IN）轉(zhuǎn)換成上限、下限之間的實際的工程值(LO_LIM and HI_LIM)，結(jié)果寫到OUT。公式如下：OUT = (FLOAT (IN) K1)/(K2K1) * (HI_LIMLO_LIM) + LO_LIM常數(shù) K1 和K2 的值取決于輸入值（IN）是雙極性BI

18、POLAR 還是單極性UNIPOLAR。 雙極性 BIPOLAR：即輸入的整形數(shù)為27648到27648，此時K1 = 27648.0，K2 =+27648.0 單極性 UNIPOLAR：即輸入的整形數(shù)為0到 27648，此時 K1 = 0.0。K2 = +27648.0 如果輸入的整形數(shù)大于 K2，輸出 (OUT) 限位到HI_LIM, 并返回錯誤代碼。 如果輸入的整形數(shù)小于K1，輸出限位到LO_LIM，并返回錯誤代碼。反向定標的實現(xiàn)是通過定義LO_LIM > HI_LIM 來實現(xiàn)的。反向定標后的輸出值隨著輸入值的增大而減小。5.2 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

19、名稱地址啟動I0.0運行指示燈Q4.0停止I0.1停止Q4.1加熱器PQW256報警燈Q4.2下限位傳感器I0.5蜂鳴器Q4.3溫度檢測PIW258水泵Q4.4壓力檢測PIW256電磁閥Q4.55.3 雙容量水箱控制系統(tǒng)程序 1、按下啟動按鈕I0.0，開始啟動，運行燈亮并自鎖。按下停止按鈕I0.1，停止運行，停止等亮并自鎖。在兩程序段相互穿入常閉點，起到互鎖作用。 2、運行指示燈Q4.0得電，所以Q4.0常開觸點得電，從而繼電器M1.0得電<ENO為使能輸出>；當壓力轉(zhuǎn)換器PIW256采集下水箱壓力信號，通過FC105模塊轉(zhuǎn)換后，將壓力轉(zhuǎn)換后的結(jié)果輸出到MD40中。 2、因為繼電器

20、M1.0得電，從而使常開觸點M1.0閉合。當MD40的值小于100Pa時，電磁閥Q4.5得電并置為。 3、當MD40的值大于等于100Pa時，繼電器M0.5得電；電磁閥Q4.5失電并復(fù)位。 4、因為繼電器M0.5得電，所以常開觸點M0.5閉合，加熱器PIW256得電并對水進行加熱。 5、由于繼電器M1.0得電，從而常開觸點M1.0閉合，繼電器M1.1得電。PQW258是對下水箱的溫度采集信號，用FC105模塊轉(zhuǎn)換信號，存入MD30中。上限值為100，代表100 ，下限為0。6、由于繼電器M1.1得電，從而常開觸點M1.1閉合。當MD30的值大于等于30時，繼電器M0.5失電并復(fù)位；水泵Q4.4得電并置位，同時向上水箱抽水；加熱器PQW256清零從而停止加熱。 7、上水箱進水到達I0.5所在的液位時，停止抽水（Q4.4），報警器（Q4.2）、蜂鳴器（Q4.3）、電磁閥（Q4.5）開始工作。 8、按下停止按鈕I0.1，整個系統(tǒng)過程全部復(fù)位，程序停止