雙容水箱液位串級(jí)控制

1、滄州師范學(xué)院過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)任務(wù)書屆機(jī)電工程系專業(yè)題目：串級(jí)控制系統(tǒng)子題： 雙容水箱液位串級(jí)控制學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師（簽章）：所在教研室：下達(dá)日期：2012年11月5日完成日期：2012年11月20日i實(shí)訓(xùn)簡(jiǎn)介過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)是電氣自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)中重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它是在學(xué)生具有了基本的過(guò)程 控制技術(shù)與自動(dòng)化儀表知識(shí)以后，為強(qiáng)化學(xué)生所學(xué)的知識(shí)和提高學(xué)生的初步設(shè)計(jì)能力及實(shí)際動(dòng)手 能力而開設(shè)的實(shí)踐教學(xué)。具體任務(wù)、內(nèi)容及要求(包括設(shè)計(jì)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)分析、繪圖質(zhì)量各類圖紙張數(shù)、外文翻譯、參 考文獻(xiàn)及撰寫外文摘要等要求)一.實(shí)訓(xùn)內(nèi)容：過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)就是根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，綜合考慮工藝、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面因素，科學(xué)地制定

2、出控制方案，優(yōu)化確定各工藝參數(shù)的大小和變化范圍，合理選擇自動(dòng)化裝置，并經(jīng)合理、規(guī)范安 裝與配接線后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，使整個(gè)生產(chǎn)達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、安全的目的。二.實(shí)訓(xùn)要求： 樹立正確的設(shè)計(jì)思想，盡量結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，綜合考慮技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、可靠性、 安全性及先進(jìn)性等方面的要求，嚴(yán)肅認(rèn)真地進(jìn)行設(shè)計(jì)。 及時(shí)了解自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，查閱有關(guān)資料，做好設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作， 充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。 要求設(shè)計(jì)計(jì)算正確、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、圖面整潔、標(biāo)注齊全、圖樣及標(biāo)注符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。(4)實(shí)訓(xùn)報(bào)告要求文字通順、調(diào)理清楚、書寫工整。三.應(yīng)完成的項(xiàng)目 完成控制方案的論證及確定，并畫出控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 完成主

3、要設(shè)備與儀表的選型計(jì)算，并列出儀表清單。畫出主要儀表的安裝圖和控制系統(tǒng)的儀表圖。(4)完成系統(tǒng)的管路和電氣聯(lián)接工作，并做好相關(guān)儀表的校驗(yàn)工作。完成控制系統(tǒng)的調(diào)試工作。完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告的編寫，并裝訂成冊(cè)。時(shí)間進(jìn)度安排控制方案的確定1天控制系統(tǒng)圖繪制2天主要設(shè)備及儀表的選型計(jì)算3天平面安裝圖的繪制與配接線3天PLC程序的編寫、上位機(jī)組態(tài)6天調(diào)試運(yùn)行、考核3天實(shí)訓(xùn)報(bào)告的整理與編寫3天實(shí)驗(yàn)室主任簽章：32*系統(tǒng)總貌圖二而口F2-HI時(shí)口，阻打北功里目錄摘要1 串級(jí)控制系統(tǒng)概述1.1 串級(jí)控制系統(tǒng)概述1.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1.3 主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇1.4 主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇1.5

4、串級(jí)控制系統(tǒng)的整定方法2 生產(chǎn)工藝3 儀表選型3.1 液位變送器的認(rèn)識(shí)3.2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的認(rèn)識(shí)和校驗(yàn)3.3 電磁流量計(jì)的認(rèn)識(shí)和校驗(yàn)3.4 變頻器的認(rèn)識(shí)和校驗(yàn)3.5 控制屏4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和方框圖5 雙容水箱特性測(cè)試6 調(diào)試說(shuō)明6.1 雙容水箱PID液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序6.2 PID 整定6.3 硬件調(diào)試、6.3.1 檢查線路6.3.2 排除故障6.3.3 通電調(diào)試6.4 MATLAB軟件介紹7 系統(tǒng)操作說(shuō)明事項(xiàng)8 小結(jié)參考文獻(xiàn)摘要雙容水槽是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的常見被控對(duì)象，對(duì)其液位的控制通常采用模擬儀表、計(jì)算機(jī)、PLC等單回路控制，但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程向著大型、連續(xù)和強(qiáng)化方向發(fā)展，對(duì)控制系統(tǒng)的控制

5、品質(zhì)提出了日益增長(zhǎng)的要求，加之，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的工藝過(guò)程日趨復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)的指標(biāo)要求也越來(lái)越高。在這種情況下，傳統(tǒng)的單回路液位控制已經(jīng)難以滿足一些復(fù)雜的控制要求。因此，本文采用了西門子S7-300系列PLC結(jié)合液位傳感器實(shí)現(xiàn)雙容液位串級(jí)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能有效克服又象的容量滯后，提高控制精度，減小系統(tǒng)超調(diào)。本文闡述了 PLC實(shí)現(xiàn)雙容液位串級(jí)控制系統(tǒng)的的工作原理，并從系統(tǒng)硬件組成、PLC工作流程、I/O 口分配、控制方式以及工控組態(tài)人機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了詳細(xì)論述，具有較強(qiáng)的實(shí)用性關(guān)鍵詞：西門子S7-300;串級(jí)控制；液位；PID整定1串級(jí)控制概述8.1 串級(jí)控制系統(tǒng)概述圖是串級(jí)控制系統(tǒng)的方

6、框圖。 該系統(tǒng)有主、副兩個(gè)控制回路，主、副調(diào)節(jié)器相串聯(lián)工作， 其中主調(diào)節(jié)器有自己獨(dú)立的給定值 R,它的輸出m作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出 m2控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù) G。串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖R-主參數(shù)的給定值；G-被控的主參數(shù)；Q-副參數(shù)；fi(t)-作用在主對(duì)象上的擾動(dòng)；f2(t)-作用在副對(duì)象上的擾動(dòng)。8.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)及其副回路對(duì)系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響已在有關(guān)課程中介紹，在此將有關(guān)結(jié)論再簡(jiǎn)單歸納一下。1、改善了過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性;2、能及時(shí)克服進(jìn)入副回路的各種二次擾動(dòng)，提高了系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力；3、提高了系統(tǒng)的魯棒性；4、具有一定的自適應(yīng)能力。8.3 主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律

7、的選擇在串級(jí)控制系統(tǒng)中， 主、 副調(diào)節(jié)器所起的作用是不同的。 主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，它的控制任務(wù)是使主參數(shù)等于給定值 （無(wú)余差） ， 故一般宜采用 PI 或 PID 調(diào)節(jié)器。 由于副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)， 它的輸出要求能快速、 準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的變化規(guī)律， 對(duì)副參數(shù)的動(dòng)態(tài)性能和余差無(wú)特殊的要求，因而副調(diào)節(jié)器可采用 P 或 PI 調(diào)節(jié)器。8.4 主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇如在單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所述， 要使一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)能正常工作， 系統(tǒng)必須采用負(fù)反饋。 對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 主、 副調(diào)節(jié)器的正、 反作用方式的選擇原則是使整個(gè)系統(tǒng)構(gòu) 成負(fù)反饋系統(tǒng)，即其主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性

8、乘積必須為正值。各環(huán)節(jié)的放大系數(shù)極性是這樣規(guī)定的： 當(dāng)測(cè)量值增加， 調(diào)節(jié)器的輸出也增加， 則調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)Kc為負(fù)（即正作用調(diào)節(jié)器），反之，Kc為正（即反作用調(diào)節(jié)器）；本裝置所用 氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)Kv 恒為正；當(dāng)過(guò)程的輸入增大時(shí)，即調(diào)節(jié)閥開度增大，其輸出也增大，則過(guò)程的放大系數(shù)Ko為正，反之Ko為負(fù)。8.5 串級(jí)控制系統(tǒng)的整定方法在工程實(shí)踐中，串級(jí)控制系統(tǒng)常用的整定方法有以下三種：（1） 逐步逼近法所謂逐步逼近法， 就是在主回路斷開的情況下， 按照單回路的整定方法求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)， 把副調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置在所求的數(shù)值上， 然后使主回路閉合， 仍按單回路整定方法求取主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。

9、爾后，將主調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置在所求得的數(shù)值上，再進(jìn)行整定，求取第二次副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值， 然后再整定主調(diào)節(jié)器。依此類推， 逐步逼近， 直至滿足動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)要求為止。（2） 兩步整定法兩步整定法就是第一步整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)，第二步整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)。整定的具體步驟為：1、在工況穩(wěn)定，主回路閉合，主、副調(diào)節(jié)器都在純比例作用條件下，主調(diào)節(jié)器的比例度置于 100% ，然后用單回路控制系統(tǒng)的衰減（如 4 ： 1）曲線法來(lái)整定副回路。記下相應(yīng)的 比例度8 2S和振蕩周期T2S。2、將副調(diào)節(jié)器的比例度置于所求得的S2S值上，且把副回路作為主回路中的一個(gè)環(huán)節(jié)，用同樣方法整定主回路，求取主回路的比例度 8 1S和振蕩

10、周期Tis。3、根據(jù)求取的Sis、Tis和8 2s、T2s值，按單回路系統(tǒng)衰減曲線法的整定公式，計(jì)算主、副調(diào)節(jié)器的比例度8、積分時(shí)間和微分時(shí)間Td的數(shù)值。4、按“先副后主”， “先比例后積分最后微分”的整定程序，設(shè)置主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，再觀察過(guò)渡過(guò)程曲線，必要時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，直到過(guò)程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)達(dá)到滿意為止。（3） 一步整定法由于兩步整定法要尋求兩個(gè)4： i 的衰減過(guò)程，這是一件很花時(shí)間的事。因而對(duì)兩步整定法做了簡(jiǎn)化， 提出了一步整定法。 所謂一步整定法， 就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先確定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，然后將副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)， 按單回路反饋控制系統(tǒng)的整定方法整定主調(diào)節(jié)器的參 數(shù)。具體的整定步驟為

11、：1、在工況穩(wěn)定，系統(tǒng)為純比例作用的情況下，根據(jù)K02/8 2= 0.5這一關(guān)系式，通過(guò)副回路的放大系數(shù)K02,求取副調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)8 2或按經(jīng)驗(yàn)選取，并將其設(shè)置在副調(diào)節(jié)器上。2、按照單回路控制系統(tǒng)的任一種參數(shù)整定方法來(lái)整定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。3、改變給定值，觀察被控制量的響應(yīng)曲線。根據(jù)主調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Ki 和副調(diào)節(jié)器放大系數(shù) K2 的匹配原理，適當(dāng)調(diào)整調(diào)節(jié)器的參數(shù)，使主參數(shù)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)最佳。4、如果出現(xiàn)較大的振蕩現(xiàn)象，只要加大主調(diào)節(jié)器的比例度8或增大積分時(shí)間常數(shù)Ti,即可得到改善。2 生產(chǎn)工藝人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問(wèn)題，例如飲料、食品加工，居民生活用水的供應(yīng)， 溶

12、液過(guò)濾， 污水處理， 化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過(guò)程， 通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要維持合適的高度，太滿容易溢出造成浪費(fèi)，過(guò) 少則無(wú)法滿足需求。因此，需要設(shè)計(jì)合適的控制器自動(dòng)調(diào)整蓄液池的進(jìn)出流量，使得 蓄液池內(nèi)液位保持正常水平，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效益。這些不同背景的實(shí)際問(wèn) 題都可以簡(jiǎn)化為某種水箱的液位控制問(wèn)題。因此液位是工業(yè)控制過(guò)程中一個(gè)重要的參 數(shù)。特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)、控制，能收到很好的 生產(chǎn)效果。水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用非常長(zhǎng)廣泛，可以把一個(gè)復(fù)雜的液位控制系 統(tǒng)簡(jiǎn)化成一個(gè)水箱液位控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以就選擇了該題目的設(shè)計(jì)。由于液位檢測(cè) 應(yīng)用領(lǐng)域

13、的不同，性能指標(biāo)和技術(shù)要求也有差異，但適用有效的測(cè)量成為共同的發(fā)展 趨勢(shì)，隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液位檢測(cè)的自動(dòng)控制成為其今后的發(fā)展趨 勢(shì)，控制過(guò)程的自動(dòng)化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上 能根據(jù)控制效果及時(shí)修運(yùn)行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過(guò) 程的實(shí)時(shí)性、安全性。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價(jià)格的下降, 液位檢測(cè)的PID控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。3儀表選型3.1液位變送器的認(rèn)識(shí)了解壓力、液位變送器的結(jié)構(gòu)、 明確各部件的作用，鞏固和加深壓力、液位變送器的工作原理及其特性的理解，熟悉壓力、液位變送器的安裝及使用方法。1、液位變送

14、器的主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍0100Kpa輸出電流4 20mA負(fù)載能力250 300 a工作電源24 (1 )V DC2、注意事項(xiàng)：(1)本實(shí)驗(yàn)采用的壓力、 液位變送器是兩線制儀表，應(yīng)串入 24伏直流電源(內(nèi)部已經(jīng) 接好)。接線時(shí)，注意電源極性。接線完畢后，應(yīng)檢查接線是否正確，并請(qǐng)指導(dǎo)教師確認(rèn)無(wú) 誤后，方能通電。(2)沒通電、不加壓；先卸壓、再斷電。(3)進(jìn)行量程調(diào)整時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整電位器的調(diào)整方向。(4)小心操作，切勿生扳硬擰，嚴(yán)防損壞儀表。(5) 一般儀表應(yīng)通電預(yù)熱 15分鐘后再進(jìn)行校驗(yàn)，以保證校驗(yàn)的準(zhǔn)確性。(6)如果壓力、液位變送器的安裝位置與取壓點(diǎn)不在一個(gè)水平位置上，應(yīng)對(duì)壓力變送器進(jìn)行零點(diǎn)

15、遷移。3、調(diào)試(1)校驗(yàn)液位變送器。(2)液位變送器的零點(diǎn)及量程調(diào)校(1)零點(diǎn)調(diào)整在水箱水極少時(shí)如10mm,觀察WINCC軟件上的顯示值，如果不對(duì)，則調(diào)整調(diào)零 電位器，直至讀數(shù)正確。- mA-24V液位變送器調(diào)節(jié)器圖2-1液位變送器測(cè)試框圖(2)滿量程調(diào)整零點(diǎn)調(diào)好后，給水箱加水，液位增加到水箱滿刻度處。在水箱滿量程時(shí)如450mm,觀察 WINCC軟件上的顯示值，如果不對(duì)，則調(diào)整量程電位器，直至讀數(shù) 正確。(3)滿量程調(diào)整后會(huì)影響零點(diǎn)，因此零點(diǎn)、滿量程需反復(fù)多次調(diào)整。直至滿足要求為 止。4、儀表校驗(yàn)記錄單1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算被校儀表的各項(xiàng)誤差，確定精度等級(jí)，完成儀表校驗(yàn)記錄單。表液位變送器實(shí)驗(yàn)

16、數(shù)據(jù)記錄表輸入輸入信號(hào)刻度分值0%25%50%75%100%輸出輸出/勺標(biāo)準(zhǔn)值IO標(biāo)/mA輸出信號(hào)實(shí)測(cè)值Io 實(shí)/mA正行程反行程實(shí)測(cè)基本誤差/%實(shí)測(cè)精度等級(jí)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：(1)實(shí)驗(yàn)前擬好實(shí)驗(yàn)記錄表格，見表格 2-1。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)一定等現(xiàn)象穩(wěn)定后再讀數(shù)、記錄。否則因滯后現(xiàn)象會(huì)給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)較大 的誤差。(3)誤差計(jì)算公式絕對(duì)誤差A(yù) = O實(shí)一Io標(biāo)引用誤差=A4 Io上一Io下）刈?；菊`差=ax / （Io上一Io下）刈。變差=| Io正-Io 反 |max / （Io 上一Io 下）M00%Io標(biāo)某點(diǎn)輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)值，單位 mA。Io實(shí)某點(diǎn)輸出信號(hào)的實(shí)際值，單位mA。加ax

17、各校驗(yàn)點(diǎn)絕對(duì)誤差的最大值，單位mA。Io上-Io下儀表的輸出量程，單位 mA。|Io正-Io反|max 各檢驗(yàn)點(diǎn)正反行程實(shí)測(cè)值的最大絕對(duì)差值，單位mA。2、分析液位變送器的靜態(tài)特性，畫出液位變送器的輸入-輸出靜態(tài)特性曲線。3 .整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算被校儀表的各項(xiàng)誤差，確定精度等級(jí)，并填入儀表校驗(yàn)記錄單。4 .分析液位變送器的靜態(tài)特性，畫出液位變送器的液位-輸出電流靜態(tài)特性曲線。3.2、 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的認(rèn)識(shí)一、目的（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，熟悉電動(dòng)執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)組成，了解其工作過(guò)程。（2）通過(guò)對(duì)電動(dòng)執(zhí)行器的測(cè)試和校驗(yàn)，掌握?qǐng)?zhí)行器的校驗(yàn)方法，理解其相關(guān)特性及性 能指標(biāo)含義。（3）通過(guò)對(duì)閥門定位器和執(zhí)行器的聯(lián)校，了解

18、定位器的功能。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、水泵I、壓力變送器、電流表、調(diào)節(jié)器三、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)：（一）預(yù)備知識(shí)1、電動(dòng)執(zhí)行器的功能。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器起著手腳”的作用，它接受控制器的輸出信號(hào)，改變自身開度，進(jìn)而調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的大小， 實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各種變量的控制。2、主要性能技術(shù)指標(biāo)基本允許誤差%變差1.0%靈敏限0.1%輸入信號(hào)4 20mA（二）實(shí)驗(yàn)步驟1、連接各儀器設(shè)備的線路。注意電源的極性、防止短路。2、流量特性的測(cè)試有兩種測(cè)試方法，其一手動(dòng)測(cè)試。執(zhí)行器流量特性是指在閥前后壓力差不變的情況下， 介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與閥芯行程的對(duì)應(yīng)關(guān)系。測(cè)試方法是分別記錄閥體在不同時(shí)開度時(shí)流量計(jì)的

19、流量。分別取閥體的開度為5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%相對(duì)應(yīng)的流量。繪制開度-流量關(guān)系曲線，即可得到執(zhí)行器的流量特性。完成 2-5實(shí)驗(yàn)表格。表2-5調(diào)節(jié)閥的特性測(cè)試數(shù)據(jù)記錄開度5%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容一實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄的結(jié)果，繪制調(diào)節(jié)閥開度-流量曲線。2、分析曲線，得出閥體的特性。3.3、 電磁流量計(jì)的認(rèn)識(shí)1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，熟悉流量計(jì)的結(jié)構(gòu)組成，了解其工作過(guò)程，認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)形式。2、通過(guò)對(duì)流量計(jì)的測(cè)試和校驗(yàn)，掌握流量計(jì)校驗(yàn)方法，理解其相關(guān)特性及性能指標(biāo)含 義。3、了解電磁流量

20、計(jì)的基本工作原理。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：電磁流量傳感器、電磁流量轉(zhuǎn)換計(jì)、調(diào)節(jié)閥、水泵I、電流表、相應(yīng)的管道配件。三、實(shí)驗(yàn)步驟:（一）實(shí)驗(yàn)原理1、傳感器是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理工作的，當(dāng)導(dǎo)電液體沿流量管在交變磁場(chǎng)中作與 磁力線成垂直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)， 導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。在與測(cè)量管軸線和磁場(chǎng)磁力線相互垂直的管壁上安裝了一對(duì)檢測(cè)電極，將這個(gè)感應(yīng)電勢(shì)檢出。若感應(yīng)電勢(shì)為巳則有：E=BVD .（1）式中：B磁感應(yīng)強(qiáng)度。D 電極間的距離，與測(cè)量管內(nèi)徑相等。V 測(cè)量管內(nèi)被測(cè)流體在截面上的平均流速。式（1）中磁場(chǎng)B是恒定不變值，D是一個(gè)常數(shù)，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E與被測(cè)流體流速 V成 正比。通過(guò)測(cè)量管恒截面上的體積流

21、量Q與流速V之間的關(guān)系為：(.2)將（1）式帶入（2）式得:DVE4B二KE.式中：K儀表常數(shù)。由式（3）可知，當(dāng)儀表常數(shù) K確定后，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E與流量Q成正比。E通常為流量信號(hào)，將流量信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換計(jì)，經(jīng)過(guò)處理，輸出與流量成正比的420mADC信號(hào)，可與單元組合儀表配套，對(duì)流量進(jìn)行顯示、記錄、計(jì)算、調(diào)節(jié)等。四、注意事項(xiàng)：1、電磁流量計(jì)為貴重儀器，接線正式投入運(yùn)行之前，應(yīng)嚴(yán)格檢查安裝、接線是否正確。2、將傳感器前后閥門打開，讓傳感器測(cè)量管內(nèi)沖滿被測(cè)介質(zhì)，調(diào)節(jié)閥門開度，觀察流 量的變化。3.4、 變頻器的認(rèn)識(shí)和校驗(yàn)一目的（1）熟悉變頻器的結(jié)構(gòu)組成，了解其工作過(guò)程，認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)形式。（2）通過(guò)對(duì)變頻

22、器的測(cè)試和校驗(yàn)，掌握流量計(jì)校驗(yàn)方法，理解其相關(guān)特性及性能指標(biāo)含義。（3） 了解變頻器的基本工作原理。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：變頻器、水泵I三、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線正確連接（本設(shè)備已經(jīng)內(nèi)部已經(jīng)連接）。2、讓水泵I中充滿介質(zhì)。3、將變頻器開到外控狀態(tài)，通電預(yù)熱15分鐘。4、打開水泵I ,改變變頻器的頻率，分別記錄變頻器顯示頻率數(shù)據(jù)。完成表格2-7,畫出壓力-頻率曲線圖。表2-7壓力-頻率線性測(cè)試壓力(mA)4618 0121146-802頻率（Hz）5、觀察曲線可看出變頻器控制水壓的工作情況。6、變頻器內(nèi)部參數(shù)大部分都和變頻器說(shuō)明書一樣，只有一小部分改動(dòng)， 改動(dòng)參數(shù)如下。P1000P700=1=1調(diào)節(jié)變

23、頻器頻率設(shè)定用按鈕，改變頻率的大小。按下STOP鍵變頻器停止工作。具體請(qǐng)事項(xiàng)請(qǐng)參見變頻器使用手冊(cè)。四、實(shí)驗(yàn)完成：根據(jù)實(shí)驗(yàn)完成表2-7壓力-頻率線性測(cè)試，判斷變頻器工作的線性情況。3.5控制屏SA-01電源控制屏面板：圖2.1為電源控制屏示意圖。 合上總電源空氣開關(guān)及鑰匙開關(guān)， 此時(shí)三只電壓表均指示 380V左右，定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀數(shù)顯亮，停止按鈕燈亮。此時(shí)打開 照明開關(guān)、變頻器開關(guān)及24V開關(guān)電源即可提供照明燈，變頻器和24V電。按下啟動(dòng)按鈕,停止按鈕燈熄，啟動(dòng)按鈕燈亮，此時(shí)合上三相電源、單相I、單相H、單相比空氣開關(guān)即可 提供相應(yīng)電源輸出，作為其他設(shè)備的供電電源。SA-11交流變頻控制掛件采

24、用日本三菱公司的FR-S520S-0.4K-CH(R)型變頻器，控制信號(hào)輸入為420mADC或05VDC ,交流220V變頻輸出用來(lái)驅(qū)動(dòng)三相磁力驅(qū)動(dòng)泵4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串級(jí)控制結(jié)構(gòu)圖5雙容水箱特性測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .熟悉雙容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。2 .根據(jù)由實(shí)測(cè)雙容液位的階躍響應(yīng)曲線，確定其傳遞函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 . FCS型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置。2 .計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件。三、原理說(shuō)明雙容水箱對(duì)象特性測(cè)試系統(tǒng)原理圖如圖2-8手帶曲卜麗而上所示。(a)結(jié)構(gòu)圖(b)方框圖圖2-8雙容水箱對(duì)象特性測(cè)試系統(tǒng)由圖2-8可知，被測(cè)對(duì)象由兩個(gè)水箱相串聯(lián)組成，故稱其為雙容對(duì)

25、象。自衡是指對(duì)象在 擾動(dòng)作用下，其平衡位置被破壞后，不需要操作人員干預(yù)，依靠其自身重新恢復(fù)平衡的過(guò)程。 根據(jù)本章第一節(jié)單容水箱特性測(cè)試的原理，可知雙容水箱的數(shù)學(xué)模型是兩個(gè)單容水箱數(shù)學(xué)模型的乘積，即雙容水箱的數(shù)學(xué)模型可用一個(gè)二階慣性環(huán)節(jié)來(lái)描述：kik2KG(s)=G1(s)G2(s尸 百 十 二(TiS 1)(T2s 1)(2-7)式中K=k1k2,為雙容水箱的放大系數(shù)，T1、T2分別為兩個(gè)水箱的時(shí)間常數(shù)。液位變化曲線如圖 2-9所示。由圖2-9可見，上水箱液位的響應(yīng)曲線為一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)(圖2-9 (a);而中水箱液位的響應(yīng)曲線則呈S形曲線(圖2-9 (b),即中水箱液位的響應(yīng)(a)上水箱

26、液位有滯后，其滯后的時(shí)間與閥F1-10和F1-11的開度大小密切相關(guān)。(b)中水箱液位2-10所示的階躍響應(yīng)曲圖2-9雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線雙容對(duì)象兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)可按下述方法來(lái)確定。在圖線上求取:h2(t) |t=t1=0.4 h2(oo)時(shí)曲線上的點(diǎn) B和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1；(2) h2(t)%t2=0.8 h2( 8)時(shí)曲線上的點(diǎn) C和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t2。hl(t)h2 ()Q. 8HJ ()圖2-10雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線然后，利用下面的近似公式計(jì)算式h2(：)K -XO輸入穩(wěn)態(tài)值階躍輸入量(2-8)Ti T2(2-9)t1t2X2. 1 6T1T22(Ti T2)一 ti c

27、、：(1.740.55)(2-10)t20.32t1/t20.46由上述兩式中解出 T1和T2,于是得到如式（2-7）所示的傳遞函數(shù)。在改變相應(yīng)的閥門開度后，對(duì)象可能會(huì)出現(xiàn)滯后特性，這時(shí)可由S形曲線白拐點(diǎn)P處作一切線，它與時(shí)間軸的交點(diǎn)為 A, OA對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為對(duì)象響應(yīng)的滯后時(shí)間 丁。于是得到 雙容滯后（二階滯后）對(duì)象的傳遞函數(shù)為：KG(S)=(T1S+1)(T2S+1) e(2-11)四、實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)流程圖本實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的流程圖如圖2-11所示?？刂葡到y(tǒng)流程圖圖2-11實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的流程圖中水箱液位檢測(cè)信號(hào) LT2為標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，直接傳送到SIEMENS的模擬量輸入模塊SM331 , SM

28、331和分布式I/O模塊ET200M 直接相連，ET200M掛接到PROFIBUS-DP總線 上，PROFIBUS-DP 總線上掛接有控制器 CPU315-2 DP （CPU315-2 DP 為 PROFIBUS-DP 總線上的DP主站），這樣就完成了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量信號(hào)到CPU的傳送。本實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為帶 PROFIBUS-PA通訊接口的閥門定位器，掛接在 PROFIBUS-PA 總線上，PROFIBUS-PA總線通過(guò) LINK和COUPLER組成的DP鏈路與PROFIBUS-DP總 線交換數(shù)據(jù)，PROFIBUS-DP總線上掛接有控制器 CPU315-2 DP ,這樣控制器 CPU315-2 DP

29、發(fā)出的控制信號(hào)就經(jīng)由 PROFIBUS-DP總線到達(dá)PROFIBUS-PA總線來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥門定 位器。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟本實(shí)驗(yàn)選擇中水箱作為凝?對(duì)象股晶慵講弄魅泮軍瓶之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量,項(xiàng),6.0態(tài),然后甲埒進(jìn)水閥門全開,II口控1、勺PC機(jī)，點(diǎn)擊“開始2、菜單中的C資源膏理器，打開組態(tài)好的上接L進(jìn)入WI3、將上水箱出友閥門和中高出樂(lè)麗至適當(dāng)開度,IffiMo _箍臺(tái)的一相夫電源，并啟動(dòng)磁力驅(qū)動(dòng)泵和I.D亞，進(jìn)入的實(shí)驗(yàn)I主界面如本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)鼠標(biāo)左鍵苴擊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)其余SIMATICLCENTER目11 “二階雙睿水箱對(duì)2-書看三耳示。|象特（驗(yàn)I號(hào)系麒常的測(cè)試狀圖2-12實(shí)驗(yàn)界面在實(shí)驗(yàn)界面的

30、左邊是實(shí)驗(yàn)流程圖，右邊是參數(shù)整定，下面一排六個(gè)切換鍵的功能同實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)第二章第一節(jié)所描述的功能相同。4.在上位機(jī)實(shí)驗(yàn)界面窗口給定閥門開度值（既可拉動(dòng)輸出值旁邊的滾動(dòng)條，也可直接 在輸出值顯示框中輸入閥門開度值），使輸出值設(shè)置為一個(gè)合適的值（一般為最大值的4070%,不宜過(guò)大，以免水箱中水溢出），經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，水箱的液位處于某一平衡位置。5、液位平衡后，突增（或突減）輸出值的大小，使其輸出有一個(gè)正（或負(fù)）階躍增量 的變化（即階躍干擾，此增量不宜過(guò)大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開原平記錄下此時(shí)的輸出值和液位值，液衡狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，水箱液位進(jìn)入新的平衡狀態(tài),位的響應(yīng)過(guò)程曲線將如圖

31、2-13所示。h(t)f正階跣圖2-13雙容水箱液位階躍響應(yīng)曲線6、點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面下邊的按鈕，可切換到實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和數(shù)據(jù)報(bào)表。7、根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的曲線報(bào)表和記錄的數(shù)據(jù)，按公式(2-8)計(jì)算K值，再卞據(jù)圖2-10中的實(shí)驗(yàn)曲線求得 T1、T2值，寫出對(duì)象的傳遞函數(shù)。6調(diào)試說(shuō)明6.1 雙容水箱PID液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)程序清設(shè)定值、測(cè)量值和輸出值顯示單元MO.O6.2 PID整定、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解雙容水箱液位的特性。2、掌握雙容水箱液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運(yùn)方法。3、分析P、I、D三個(gè)參數(shù)分別對(duì)液位系統(tǒng)的控制作用。4、理解雙容液位定值控制系統(tǒng)采用FCS控制方案的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)

32、設(shè)備（同前）三、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)以上水箱與中水箱串聯(lián)作為被控對(duì)象，中水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。要求中水箱液位穩(wěn)定至給定量，將壓力傳感器LT2檢測(cè)到的中水箱液位信號(hào)作為反饋信號(hào)，在與給定量比較后的差值通過(guò)調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制中水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無(wú)靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定可采用本章第一節(jié)所述任意一種整定方法。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖3-10所示。圖3-10雙容液位定值控制系統(tǒng)6（a）結(jié)構(gòu)圖（b）方框圖四、實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)流程圖本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸路徑以及控制系統(tǒng)流程圖與本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第二

33、章第二節(jié)中所描述的相同。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟本實(shí)驗(yàn)選擇上水箱和中水箱串聯(lián)作為雙容對(duì)象（也可選擇中水箱和下水箱）。實(shí)驗(yàn)之前先將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將上水箱主回路進(jìn)水閥門全開，將上水箱出水閥門開至適當(dāng)開度，中水箱閥門開至適當(dāng)開度，下水箱出水閥門全開，其余閥門均關(guān)閉。然后接通控制系統(tǒng)電源，打開用作上位監(jiān)控的的PC機(jī)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面的操作和所打開的實(shí)驗(yàn)主界面與本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第二章第一節(jié)中所描述的相同。在實(shí)驗(yàn)主界面中選擇本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)即“串接雙容水箱液位 PID整定實(shí)驗(yàn)”，系統(tǒng)進(jìn)入正常的測(cè)試狀態(tài)， 呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)界面如圖 3-11 所示。圖3-11實(shí)驗(yàn)界面具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟可根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的目的與原理并參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第三

34、章第二節(jié)“上水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)”中的相應(yīng)步驟進(jìn)行。6.3 硬件調(diào)試、6.3.1 檢查線路安裝好控制柜后， 要再檢查電器件有無(wú)損壞， 還要檢查接線端有無(wú)少接、 漏接導(dǎo)線。要使用萬(wàn)用表檢查整個(gè)電路有無(wú)短路、 開路等故障。 可把所有的開關(guān)和閘刀閉合， 直接在電源進(jìn)線端測(cè)量是否有短路情況。 使用萬(wàn)用表的歐姆檔時(shí)， 要注意認(rèn)真進(jìn)行歐姆檔調(diào)零。應(yīng)檢查接線正確無(wú)誤， 并盡可能檢測(cè)電路的功能是否正確。 要充分利用萬(wàn)用表的歐姆檔的功能，結(jié)合原理圖的特點(diǎn)檢測(cè)電路的部分功能。對(duì)于接觸器和控制繼電器， 應(yīng)在主觸點(diǎn)不帶電的情況下， 先使吸引線圈通電分合數(shù)次，檢查其動(dòng)作是否可靠、無(wú)誤，然后才能投入使用。 對(duì)保護(hù)用繼電

35、器，如過(guò)電流繼電器及熱繼電器， 應(yīng)再次檢查其整定電流是否符合要求， 必須在符合要求后才能投入使用， 以保證其保護(hù)性能。要重點(diǎn)保證貴重的電器件的接線正確，特別是PLC和變頻器須保證連接的是單相電。6.3.2 排除故障發(fā)現(xiàn)故障，需分析原理圖的特點(diǎn)，確定故障所在位置，再利用萬(wàn)用表的歐姆檔查找。通電調(diào)試情況下發(fā)現(xiàn)故障，則根據(jù)現(xiàn)象判別故障所在位置，可使用靜態(tài)的歐姆檔法，或電壓法、替換法、直接法等確認(rèn)故障點(diǎn)。每次修改電路后， 都須再檢查電路有無(wú)短路、 開路等故障， 并盡可能檢測(cè)電路的功能后，才允許通電。6.3.3 通電調(diào)試通電前還須確認(rèn)電源的相線和零線，電源線連接時(shí)要正確無(wú)誤。按照調(diào)試要求進(jìn)行單項(xiàng)和綜合的

36、模擬調(diào)試。調(diào)試過(guò)程中須注意安全。 操作開關(guān)和按鈕時(shí)， 不得觸碰電器裸露可能帶電的金屬部分。且須在指導(dǎo)教師的監(jiān)護(hù)下進(jìn)行。調(diào)試成功后，還須把控制程序的某些參數(shù)更改回正常值。如PLC程序的定時(shí)器時(shí)間，變頻器的缺相自動(dòng)檢測(cè)功能。6.4 MATLAB 軟件MATLA歆件是由美國(guó) MathWorks公司開發(fā)的，是目前國(guó)際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科 學(xué)與工程計(jì)算軟件，它廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形圖象 處理、 語(yǔ)音處理、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程和航天工業(yè)等各行各業(yè)，也是國(guó)內(nèi)外高校和研究 部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具。MATLA撮早發(fā)行于1984年，經(jīng)過(guò)10余年的不斷改進(jìn)，現(xiàn)今已推出

37、基于Windows2000/xp 的 MATLAB 7.0版本。新的版本集中了日常數(shù)學(xué)處理中的各種功能，包括高效的數(shù) 值計(jì)算、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形生成等功能。在MATLA邸境下，用戶可以集成地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項(xiàng)操作。MATLAB提供了一個(gè)人機(jī)交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境， 該系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是復(fù)數(shù)矩陣， 在生成矩陣對(duì)象時(shí)， 不要求作 明確的維數(shù)說(shuō)明，使得工程應(yīng)用變得更加快捷和便利。MATLAB(統(tǒng)由五個(gè)主要部分組成：(1)MATALB語(yǔ)言體系 MATLAB是高層次的矩陣/數(shù)組語(yǔ)言.具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、 輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z(yǔ)言特性。 利用

38、它既可以進(jìn)行小規(guī)模編程， 完成算法 設(shè)計(jì)和算法實(shí)驗(yàn)的基本任務(wù)，也可以進(jìn)行大規(guī)模編程，開發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。(2)MATLAB工作環(huán)境這是對(duì)MATLABt供給用戶使用的管理功能的總稱.包括管理工作空間中的變量據(jù)輸入輸出的方式和方法，以及開發(fā)、調(diào)試、管理M文件的各種工具。(3)圖形圖像系統(tǒng)這是MATLA圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包括完成 2D和3D數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動(dòng)畫生成、圖形顯示等功能的高層MATLA瑜令，也包括用戶對(duì)圖形圖像等對(duì)象進(jìn)行特性控制的低層MATLA瑜令，以及開發(fā)GUI應(yīng)用程序的各種工具。(4)MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù) 這是對(duì)MATLAB1用的各種數(shù)學(xué)算法的總稱.包括各種初等函 數(shù)的算法，也包括

39、矩陣運(yùn)算、矩陣分析等高層次數(shù)學(xué)算法。(5)MATLAB應(yīng)用程序接口 (API)這是MATLA劃用戶提供的一個(gè)函數(shù)庫(kù)，使得用戶能夠 在MATLA廊境中使用c程序或FORTRAN序，包括從MATLAB調(diào)用于程序(動(dòng)態(tài)鏈接)，讀 寫MAT文件的功能。MATLA電具有根強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力，與它的主系統(tǒng)一起，可以配備各種各樣的工具箱， 以完成一些特定的任務(wù)。MATLAEM有豐富的可用于控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的函數(shù)，MATLAB勺控制系統(tǒng)工具箱(Control System Toolbox) 提供對(duì)線性系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和建模的各種算法；MATLAB勺系統(tǒng)辨識(shí)工具箱(System Identification To

40、olbox )可以對(duì)控制對(duì)象的未知對(duì)象 進(jìn)行辨識(shí)和建模。MATLAB勺仿真工具箱(Simulink )提供了交互式操作的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、 分析集成環(huán)境。它用結(jié)構(gòu)框圖代替程序智能化地建立和運(yùn)行仿真，適應(yīng)線性、非線性 系統(tǒng)；連續(xù)、離散及混合系統(tǒng)；單任務(wù)，多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。7 系統(tǒng)操作說(shuō)明及注意事項(xiàng)一 軟件介紹西門子 S7 系列 PLC 編程軟件：本裝置中 PLC 控制方案采用了德國(guó)西門子公司的 S7-300PLC ，而西門子S7-300PLC 采用的是 Step 7 編程軟件。利用這個(gè)軟件可以對(duì)相應(yīng)的PLC 進(jìn)行編程、調(diào)試、下裝、診斷。西門子 WinCC 監(jiān)控組態(tài)軟件： S7-300PLC

41、控制方案采用 WinCC 軟件作為上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件， WinCC 是結(jié)合西門子在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和 Microsoft 的強(qiáng)大功能的產(chǎn)物。作為一個(gè)國(guó)際先進(jìn)的人機(jī)界面(HMI) 軟件和 SCADA 系統(tǒng)， WinCC 提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報(bào)表的功能模板；并具有高性能的過(guò)程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)； WinCC 還為用戶解決方案提供了開放的界面， 使得將 WinCC 集成入復(fù)雜、廣泛的自動(dòng)化項(xiàng)目成為可能。STEP7 V5.4 編程軟件介紹：1、 STEP 7 簡(jiǎn)介STEP 7是用于 SIMA TIC S7-300/400 站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)

42、軟件， 可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語(yǔ)句表。它是SIEMENS SIMATIC 工業(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)，總體說(shuō)來(lái)，它有如下功能特性：可通過(guò)選擇 SIMATIC 工業(yè)軟件中的軟件產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展為功能摸板和通訊處理器賦參數(shù)值強(qiáng)制和多處理器模式全局?jǐn)?shù)據(jù)通訊使用通訊功能塊的事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)傳送組態(tài)連接2、 STEP 7 的安裝包含五種語(yǔ)言的 STEP 7 V5.5 版本能夠在以下操作系統(tǒng)上運(yùn)行：1、如果操作系統(tǒng)是MS Windows 2000 Professional ，則 MS Windows 2000 Professional至少應(yīng)該是S

43、P1 以上的版本。2、 MS Windows XP Professional ，推薦使用 MS Windows XP Professional SP2 以上。MS Windows XP 家庭版操作系統(tǒng)不支持STEP 7 V5.5 。將 STEP 7 CD 放入 PC 機(jī)的 CD-ROM 驅(qū)動(dòng)器，安裝程序?qū)⒆詣?dòng)啟動(dòng)，根據(jù)安裝程序界面的提示即可安裝完畢。如果安裝程序沒有自動(dòng)啟動(dòng)，可在CD-ROM 的以下路徑中找到安裝程序驅(qū)動(dòng)器 ： /Step 7/Disk1/setup.exe.一旦安裝完成并已重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī),疆一5lh4ATIEHaraqei 器）”的圖標(biāo)將顯不在 WindOWS桌面 上。三、S

44、TEP 7的硬件配置和程序結(jié)構(gòu)一般來(lái)說(shuō)，要在 STEP 7中完成一個(gè)完整自 動(dòng)控制項(xiàng)目的下位機(jī)程序設(shè)計(jì)，要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)自動(dòng)化 任務(wù)解決方案、生成項(xiàng)目、組態(tài)硬件，生成程序、 傳送程序到CPU并調(diào)試等步驟，其結(jié)構(gòu)流程圖如圖 1-3所示。SIMATIC Manager(SIMATIC 管理選擇卜擇2圖1-3程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)流程圖從其流程圖來(lái)看，設(shè)計(jì)自動(dòng)化任務(wù)解決方案是首要的， 它是根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的要求進(jìn)行設(shè) 計(jì)，本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書對(duì)此不做過(guò)多地闡述。在生成項(xiàng)目和傳送程序到 CPU并調(diào)試步驟之間， 有先組態(tài)硬件后生成程序和先生成程序后組態(tài)硬件兩種方案可供選擇， 兩種方案本質(zhì)都是一 樣的，設(shè)計(jì)者可根據(jù)具體情況和自己的習(xí)

45、慣來(lái)選擇其中一種。 下面，我們就選擇第一種方案, 從生成項(xiàng)目開始，逐步介紹如何完成一個(gè)自動(dòng)化控制項(xiàng)目的下位機(jī)程序設(shè)計(jì)。（一）生成項(xiàng)目1、雙擊桌面上的“ SIMA TIC Manager圖標(biāo)，則會(huì)啟動(dòng) STEP 7管理器及STEP 7新項(xiàng)目創(chuàng)建向?qū)鐖D1-4所示。圖1-4 STEP 7新項(xiàng)目創(chuàng)建向?qū)?、按照向?qū)Ы缑嫣崾荆c(diǎn)擊“ NEXT”，選擇好CUP型號(hào)，本示例選擇的 CPU型號(hào)為 CPU315-2DP,設(shè)置CPU的MPI地址為2,點(diǎn)擊“ NEXT”，在出現(xiàn)的界面中選擇好你所熟 悉的編程語(yǔ)言（有梯形圖、編程指令、流程圖等可供選擇），點(diǎn)擊“ FINISH”，項(xiàng)目生成完畢，啟動(dòng)后STEP 7管理器

46、界面如圖1-5所示。圖1-5 STEP 7管理器界面（二）組態(tài)硬件硬件組態(tài)的主要工作是把控制系統(tǒng)的硬件在STEP 7管理器中進(jìn)行相應(yīng)地配置，并在配置時(shí)對(duì)模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。1、鼠標(biāo)左鍵單擊 STEP 7管理器左邊窗口中的“ SIMATIC 300 Station ”項(xiàng)，則右邊窗口中會(huì)出現(xiàn)Hardware和CPU315-2DP（1）”兩個(gè)圖標(biāo)，雙擊圖標(biāo)Hardware,打開硬件配置窗口如圖1-6所示。曝 HW Uonfi口 - SIEATIU 口“n 5tmtinn fUnnfiqurjiHcjn; - . 同 EQAq Station Edt Insert PLC Viaw Options W

47、indow Help 里2d口 I*并尸畫昌I 電|四| 而I喻11面兇固巖田：甲甲申申.田Erofi ptwdardFEJ0FTEU5 DF FECIFTBUS-FA 5IMATIC 300 SIMATIC 400SIMATIC FC Ba=ad Coittrol 300/ 工MOTILE： FIE Station相I g 儂ModuleZ 司 CFIf315-2Ir (1 JPress Fl to get Help,FEPFTEUS-DFfqrSIMATIC ST, MT,皿& Cl (di sLr i but cd. r ack J圖1-6 硬件配置窗口2、整個(gè)硬件配置窗口分為四部分，左

48、上方為為模塊機(jī)架，左下方為機(jī)架上模塊的詳細(xì) 內(nèi)容，右上方是硬件列表，右下方是硬件列表中具體某個(gè)模塊的功能說(shuō)明和訂貨號(hào)。3、要配置一個(gè)新模塊，首先要確定模塊放置在機(jī)架上的什么地方，再在硬件列表中找 到相對(duì)應(yīng)的模塊，雙擊模塊或者按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)模塊到安放位置，放好后，會(huì)自動(dòng)彈出模塊屬性對(duì)話框，設(shè)置好模塊的地址和其他參數(shù)即可。4、按照上面的步驟，逐一按照實(shí)際硬件排放順序配置好所有的模塊，編譯通過(guò)后，保 存所配置的硬件。5、點(diǎn)擊“開始 設(shè)置控制面板”鼠標(biāo)左鍵雙擊控制面板中的“Set PG/PC Interface圖標(biāo); 選擇好你的PC機(jī)和CPU的通訊接口部件后點(diǎn)擊“ OK”按鈕退出。6、把控制系統(tǒng)的電

49、源打開，把 CPU置于STOP或者RUN-P狀態(tài)，回到硬件配置窗口， 點(diǎn)擊圖標(biāo)，下載配置好的硬魚件到CPU中，把CPU置于RUN狀態(tài)（如果下載程序時(shí)CPU置于RUN-P狀態(tài)，則可省略這一步），如果CPU的SF燈不亮，亮的只有綠燈，表明 硬件配置正確。7、如果CPU的SF燈亮，則表明配置出錯(cuò)，點(diǎn)擊硬件配置窗口中圖標(biāo)，則配置錯(cuò)的模 生塊將有紅色標(biāo)記，反復(fù)修改出錯(cuò)模塊參數(shù)，保存并下載到CPU,直到CPU的SF燈不亮，亮的只有綠燈為止。（三）程序結(jié)構(gòu)配置好硬件之后，回到 STEP 7管理器界面窗口，鼠標(biāo)左鍵單擊窗口左邊的“ Block選 項(xiàng)，則右邊窗口中會(huì)出現(xiàn)“ OB1”圖標(biāo)，“OB1”是系統(tǒng)的主程序

50、循環(huán)塊， “OB1”里面可以 寫程序，也可以不寫程序，根據(jù)需要確定。 STEP 7中有很多功能各異的塊，分別描述如下：1、組織塊（Oganization Block,簡(jiǎn)稱OB）。組織塊是操作系統(tǒng)和用戶程序間的接口，它 被操作系統(tǒng)調(diào)用。組織塊控制程序執(zhí)行的循環(huán)和中斷、PLC的啟動(dòng)、發(fā)送錯(cuò)誤報(bào)告等。你可以通過(guò)在組織塊里編程來(lái)控制 CPU的動(dòng)作。2、功能函數(shù)塊（Function Block,簡(jiǎn)稱FB）。功能函數(shù)塊為 STEP 7系統(tǒng)函數(shù)，每一個(gè)功 能函數(shù)塊完成一種特定的功能，你可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)用不同的功能函數(shù)塊。3、函數(shù)（Function,簡(jiǎn)稱FC）。函數(shù)是為了滿足用戶一種特定的功能需求而由用戶自

51、己編寫的子程序，函數(shù)編寫好之后，用戶可對(duì)它進(jìn)行調(diào)用。4、數(shù)據(jù)塊（Data Block,簡(jiǎn)稱DB）。數(shù)據(jù)塊是用戶為了對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)而開辟的數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域。5、數(shù)據(jù)類型（Data Type,簡(jiǎn)稱UDT）。它是用戶用來(lái)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)定義類型的功能模塊。6、變量標(biāo)簽（Variable Table,簡(jiǎn)稱VAT）。用戶可以在變量標(biāo)簽中加入系統(tǒng)變量，并對(duì) 這些變量加上用戶易懂的注釋，方便用戶編寫程序或進(jìn)行變量監(jiān)視。如果你要加入某種塊，可在右邊窗口（即出現(xiàn)“ OB1”的窗口）空白處單擊鼠標(biāo)右鍵選 擇Insert New Object選項(xiàng)，在其下拉菜單中鼠標(biāo)左鍵單擊你所要的塊即可。添加好了你所要的塊之后就是程序

52、編寫了，鼠標(biāo)左鍵雙擊你所要編寫程序的塊即可編寫程序了（編寫程序的指令和語(yǔ)法可參考SIEMENS A&D 網(wǎng)站上的S7-300 CPU 31xc指令表一書）。程序?qū)懞貌⒕幾g通過(guò)之后點(diǎn)擊STEP 7管理器界面窗口中的圖標(biāo)， 下 胤 載到CPU中，把CPU置于RUN狀態(tài)即可運(yùn)行程序。上位機(jī)組態(tài)軟件介紹：一、WINCC 概述WINCC指的是 Windows Control Center ,它是在生產(chǎn)和過(guò)程自動(dòng)化中解決可視化和控制任務(wù)的監(jiān)控系統(tǒng)，它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報(bào)表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的畫面更新以及可靠的數(shù)據(jù)交換使其具有高度的實(shí)用性。WINCC 是基于 Windows NT 32位操作系統(tǒng)的，在 Windows NT或 Windows XP標(biāo)準(zhǔn)環(huán) 境中，WINCC具有控制自動(dòng)化過(guò)程的強(qiáng)大功能，它是基于個(gè)人計(jì)算機(jī)，同時(shí)具有極