自動控制系統(tǒng)案例分析

1、北京聯(lián)合大學(xué)實 驗 報 告課程（項目）名稱： 過 程 控 制 學(xué) 院： 自動化學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 班 級： 0910030201 學(xué) 號：2009100302119 姓 名： 張 松 成 績： 2012年 11月 14日實驗一 交通燈控制一、 實驗?zāi)康氖炀毷褂没局噶?，根?jù)控制要求，掌握PLC的編程方法和程序調(diào)試方法，掌握交通燈控制的多種編程方法，掌握順序控制設(shè)計技巧。二、實驗說明信號燈受一個啟動開關(guān)控制，當(dāng)啟動開關(guān)接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，按以下規(guī)律顯示：按先南北紅燈亮，東西綠燈亮的順序。南北紅燈亮維持25秒，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持20秒；到20秒時，東西綠燈閃亮，閃亮

2、3秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持2秒。到2秒時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持25秒，南北綠燈亮維持20秒，然后閃亮3秒后熄滅。同時南北黃燈亮，維持2秒后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮如此循環(huán)，周而復(fù)始。如圖1、圖2所示。 圖 1 圖 2三、實驗步驟1輸入輸出接線輸入SD輸出RYG輸出RYGI0.4東西Q0.1Q0.3Q0.2南北Q0.0Q0.5Q0.42.編制程序，打開主機電源編輯程序并將程序下載到主機中。3.啟動并運行程序觀察實驗現(xiàn)象。四、參考程序方法1：順序功能圖法設(shè)計思路：采用中間繼電器的方法設(shè)計程序。這個設(shè)計是典型的起保停電路。

3、方法2：移位寄存器指令實現(xiàn)順序控制移位寄存器位（SHRB）指令將DATA數(shù)值移入移位寄存器。S_BIT指定移位寄存器的最低位。N指定移位寄存器的長度和移位方向（移位加=N，移位減=-N）。SHRB指令移出的每個位被放置在溢出內(nèi)存位（SM1.1）中。該指令由最低位（S_BIT）和由長度（N）指定的位數(shù)定義。方法3：利用定時器實現(xiàn)思路：利用多個定時器邏輯組合實現(xiàn)控制時序。五、思考題 1實驗中遇到的問題？如何解決的？ 2對單一順序控制交通燈控制的幾種實現(xiàn)方法技巧進行總結(jié)。實驗二 四爐起?？刂埔?、實驗?zāi)康木毩?xí)使用基本指令，熟悉順序控制的基本方法，根據(jù)控制要求，掌握PLC的編程方法和程序調(diào)試方法，了解P

4、LC程序在實際生活中的應(yīng)用。二、實驗說明 如圖1所示?？刂埔螅弘姞t絲4組，每組A,B.C三相，Y接，每相10KW， 220V,50A（約）；啟動時：1得電加熱，溫度未到，延時1分鐘，2得電加熱。直到溫度到。先啟的先停；停止時：溫度到，1先停，延時1分鐘，2停。直到溫度未到，先停的先啟。 圖 1三、實驗步驟1.輸入輸出接線輸入輸出地址說明地址說明I0.4溫度未到閉合開關(guān)Q0.0第一組電爐絲I0.5溫度到閉合開關(guān)Q0.1第二組電爐絲Q0.2第三組電爐絲Q0.3第四組電爐絲2.編制程序，打開主機電源編輯程序并將程序下載到主機中。 3.啟動并運行程序觀察實驗現(xiàn)象。四、參考程序主程序OB1：子程序SB

5、R_0：子程序SBR_1：五、思考題 1實驗中遇到的問題？如何解決的？ 2對順序控制四爐先啟先停的實現(xiàn)方法技巧進行總結(jié)。實驗三 生產(chǎn)線小車運行控制1 實驗?zāi)康氖煜るS機邏輯控制的基本方法，掌握送料小車運行控制的編程技巧和程序調(diào)試方法。二、實驗說明控制要求：生產(chǎn)車間往返運行的供料小車有1#5#五個工位。任何一個工位呼叫小車時，小車能自動判斷下一運動方向并到達呼叫位置。當(dāng)小車運行到較遠工位過程中，若又有較近工位的呼叫時，小車能夠先在較近工位停車，延時后自動運動到較遠的工位。如圖1所示。圖 1三、實驗步驟1.輸入輸出接線I/O分配見表1，I/O接線如圖2所示。表 1輸入輸出地址說明地址說明I1.0I1

6、.41#5#工位呼叫按鈕SB1SB5Q0.0Q0.41#5#工位指示燈HL1HL5I0.0I0.41#5#工位行程開關(guān)SQ1SQ5Q0.5、Q0.6右行、左行指示燈HL6、HL7Q1.0、Q1.1右行、左行接觸器KM1、KM22.編制程序，打開主機電源編輯程序并將程序下載到主機中。 3.啟動并運行程序觀察實驗現(xiàn)象。 圖 2四、參考程序參考程序1：.參考程序2：五、思考題 1實驗中遇到的問題？如何解決的？ 2總結(jié)送料小車運行控制的編程技巧和隨機邏輯控制設(shè)計的方法規(guī)律。 實驗四 小型電熱鍋爐過程控制系統(tǒng)一 實驗?zāi)康恼莆漳M量閉環(huán)控制原理及系統(tǒng)組成原理，熟練掌握PLC控制系統(tǒng)的PID指令編程及中斷的

7、應(yīng)用，掌握模擬量輸入/輸出模塊的使用及輸入輸出量程轉(zhuǎn)換方法。二 實驗裝置和設(shè)備1QXLPC-IV型小型過程控制實驗裝置，（如圖1所示）。2S7200系列PLC（主機CPU222CN 8點input，6點output；擴展單元EM235 4AI,1AO）。3執(zhí)行器：MICROMASTER 420型變頻器以及160Q-8F磁動泵；晶閘管SCR。4壓力變送器、液位變送器、Pt100鉑電阻和數(shù)顯溫度變送儀、渦輪流量計和數(shù)顯流量變送儀。5QXLPC-IV型小型過程控制實驗裝置。6安裝有軟件STEP 7-MicroWIN 的PC機。 圖1 QXLPC-IV型小型過程控制實驗裝置三、實驗原理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖

8、2所示，通過水泵向電熱鍋爐供水，其中壓力變送器測量進水壓力，流量計測量流量，液位變送器測量液位，Pt100鉑電阻和數(shù)顯溫度變送儀檢測出水溫度并進行變送。變頻器和水泵、晶閘管SCR(溫度控制)為執(zhí)行元件。通過S7-200 PLC編程控制電熱鍋爐的液位、壓力、流量或溫度。本次實驗實現(xiàn)對鍋爐液位的單回路控制。液位單回路控制方框圖如圖3所示。首先由變送器檢測實時數(shù)值，轉(zhuǎn)換為 15V的直流信號,連接至PLC的模擬量輸入端，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為640032000的數(shù)字量。PLC的控制程序?qū)Υ藬?shù)字量處理，并與給定值比較后通過PID調(diào)節(jié)輸出操作信號，通過D/A轉(zhuǎn)換為420mA的模擬量輸出給執(zhí)行器變頻器，改變水泵的

9、輸出功率以達到鍋爐液位的自動控制。圖2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖圖3 液位單回路控制方框圖四、實驗內(nèi)容和步驟 1控制程序設(shè)計注：液位信號地址為AIW4?？刂瞥绦蚍譃橹鞒绦颍椭袛喑绦?。參考程序如下。1） 主程序 （實現(xiàn)參數(shù)的初始化、定時中斷的連接和開、關(guān)中斷等）2）中斷程序中斷程序?qū)崿F(xiàn)定時采樣濾波、輸入量程轉(zhuǎn)換、PID控制、輸出量程轉(zhuǎn)換功能。中斷程序INT_0： 2編輯下載調(diào)試程序使用STEP 7-MicroWIN軟件編輯程序，編譯成功下載至S7-200PLC。建立用戶狀態(tài)表用于調(diào)試中在線監(jiān)視和修改數(shù)據(jù)。1）PG/PC接口設(shè)置 (1)雙擊指令樹“設(shè)置PG/PC接口”圖標(biāo)，在打開的對話框中設(shè)置編程計算機的

10、“PC/PPICable（PPI）”的屬性。設(shè)地址為2其它的選擇默認設(shè)置，本地連接采用COM1端口。(2)雙擊指令樹文件夾“通信”圖標(biāo)，雙擊刷新設(shè)備后,程序軟件將會自動自動搜索連接在網(wǎng)絡(luò)上的S7-200,之后選擇所顯示的S7-200,建立PC機與PLC之間的連接。2）下載與調(diào)試首先單擊工作欄中的“下載”按鈕，將出現(xiàn)下載對話框，在對話框內(nèi)可以選擇是否下載程序塊、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、配方和數(shù)據(jù)記錄配置。單擊“下載”按鈕，PLC將自動切換到STOP模式并開始下載程序數(shù)據(jù)。下載成功后。將PLC的工作模式切換到RUN模式，下載到PLC中的程序便開始運行。3） 觀察變量變化，記錄數(shù)據(jù)。打開狀態(tài)表，可以在線更改

11、設(shè)定值以及PID參數(shù)，可以在線監(jiān)視實際值的變化，也可以直接從鍋爐液位計上看到數(shù)值。五、思考題 1實驗中遇到的問題？如何解決的？ 2定時中斷設(shè)定時間根據(jù)什么設(shè)定？ 3對閉環(huán)PID過程控制的原理理解及實現(xiàn)方法進行總結(jié)。實驗五 恒壓供水控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康牧私夂銐汗┧刂频幕驹?，掌握模擬量閉環(huán)PID控制的原理，掌握PID指令和中斷指令的應(yīng)用及編程方法。二、實驗設(shè)備CPU224CN的PLC一臺安裝有STEP7軟件的計算機若干導(dǎo)線3、 實驗原理 1系統(tǒng)組成變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)如圖1所示,該系統(tǒng)應(yīng)用S7-200 PLC作為控制器,由壓力傳感器檢測當(dāng)前水壓實際值，經(jīng)變送器通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成

12、數(shù)字量送入PLC，經(jīng)PLC進行壓力反饋值與設(shè)定值的PID運算，運算結(jié)果送入變頻器頻率控制端，控制變頻器的輸出頻率，從而改變電機轉(zhuǎn)速，達到恒壓供水的目的。進水閥水位控制器水池 電磁閥生活用水 消防用水 市網(wǎng)來水 泵2 泵1 泵3 壓力傳感器 P L C 變 頻 器 P C 機 上限 下限 圖1 恒壓供水系統(tǒng)2電氣控制主電路圖主電路圖如圖2所示。三臺電機分別為泵1、泵2、泵3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制泵1、泵2、泵3的工頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制泵1、泵2、泵3的變頻運行；VVVF為一般的變頻 圖2 主電路原理圖3控制電路圖控制電路如圖3所示。SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)

13、，“1”的位置為手動控制狀態(tài)，“2”的位置為自動控制狀態(tài)。手動控制時，可用按鈕SB1-SB8控制泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序控制下運行。由于電磁閥YV2沒有觸點，所以要使用一個中間斷電器KA1間接控制YV2，來實現(xiàn)YV2的手動自鎖功能，HL10為自動運行狀態(tài)電源指示燈。圖3 控制電路圖4水管壓力單回路控制框圖變頻調(diào)速恒壓控制系統(tǒng)主要是以供水出口管網(wǎng)的水壓為控制目標(biāo)，將出口總管網(wǎng)的實際壓力與設(shè)定壓力進行比較，進行PID調(diào)節(jié)，實現(xiàn)水管壓力的恒定。如圖4所示。PID調(diào)節(jié)器 變頻器 水泵組 給定壓力 壓力傳感器 水管 實際壓力 圖4 水管壓力單回路控制原理四、實驗步驟

14、1外部設(shè)備接線本裝置中輸入公共端要求接主機模塊電源的“L+”，此時輸入端是低電平有效；輸出公共端要求接主機模塊電源的“M”，此時輸出端輸出的是低電平，電源COM接M, V+接L+。接線如圖5所示。 圖5 實驗裝置接線圖2.PLC I/O端子分配 控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的代碼、名稱及地址編號如表1、表2所示。水位下限和上限信號分別為I0.1、I0.2，它們在水淹沒時為0，露出時為1。表1 輸入信號分配表名稱地址消防信號I0.4水池水位下限信號I0.1水池水位上限信號I0.2模擬量輸入AIW0(MW10)表2 輸出信號分配表代碼名稱地址KM1,HL11泵工頻運行接觸器及指示燈Q0.0KM2,HL

15、21泵變頻運行接觸器及指示燈Q0.1KM3,HL32泵工頻運行接觸器及指示燈Q0.2KM4,HL42泵變頻運行接觸器及指示燈Q0.3KM5,HL53泵工頻運行接觸器及指示燈Q0.4KM6,HL63泵變頻運行接觸器及指示燈Q0.5HL7水池進水指示燈Q0.6HL8水池水位下限故障指示燈Q0.7YV2生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥Q1.0KA變頻器頻率復(fù)位控制Q1.1V1模擬量輸出信號AQW0(MW20)3.通信連接 S7-200 CPU上的通信口是與RS-485兼容的9針D型連接器，符合歐洲標(biāo)準EN 50170。表3給出了通信口的引腳分配。 S7-200支持多種通信協(xié)議，如點對點接口(PPI)、多點接

16、口(MPI)、PROFIBUS、以太網(wǎng)通信和調(diào)制解調(diào)器通信。本系統(tǒng)使用PC/PPI電纜來實現(xiàn)S7-200CPU與RS-232標(biāo)準兼容的設(shè)備的通信。4編輯并下載程序。5建立變量表，觀察實驗現(xiàn)象。 五、參考程序 本系統(tǒng)采用PLC梯形圖語言，實現(xiàn)各種順序邏輯控制以及壓力閉環(huán)控制功能。系統(tǒng)程序主要由三部分組成：主程序、子程序和中斷程序。程序中使用的PLC元器件及其功能如表3所示。表3 程序中使用的元器件及其功能地址說明地址說明VD100壓力實際值T37工頻泵增泵濾波時間控制VD104壓力設(shè)定值T38工頻泵增泵濾波時間控制VD108PI計算值T39工頻/變頻轉(zhuǎn)換時間控制VD112比例系數(shù)M0.0故障結(jié)束

17、脈沖信號VD116采樣時間M0.1泵變頻啟動脈沖VD120積分時間M0.2泵工頻啟動脈沖VD124微分時間M0.3倒泵變頻啟動脈沖VD204變頻器運行頻率下限值M0.4復(fù)位當(dāng)前變頻運行泵脈沖VD208生活供水頻率上限值M0.5當(dāng)前泵工頻運行啟動脈沖VD212消防供水頻率上限值M0.6新泵變頻啟動脈沖VD250實際運行頻率值M2.0泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制器VB300變頻工作泵的泵號M2.1泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制器VB301工頻運行泵的總臺數(shù)M2.2泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換控制器VD310倒泵時間存儲器M3.0水池水位下限故障控制器T33/T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換時間控制M3.1進水閥開啟標(biāo)志1主程序流程圖主程序

18、主要完成水泵的運行與切換，生活與消防用水管網(wǎng)恒壓值的設(shè)定，以及各種信號的綜合處理。在多泵組恒壓供水系統(tǒng)中，為使供水設(shè)備均勻磨損，要求各臺水泵的電機輪流工作以保證各自的累計運行時間相差不大。這里規(guī)定任一臺泵連續(xù)變頻運行時間不應(yīng)超過3小時。另外當(dāng)多泵運行時，系統(tǒng)還要遵循“先啟先?！痹瓌t。這些功能都在主程序中完成，主要思路如下：(1) 恒壓供水的一個顯著優(yōu)點就是可通過變頻器實現(xiàn)水泵的軟啟動，以避免對管網(wǎng)和電網(wǎng)負荷的沖擊。為此，規(guī)定每次需要啟動新泵或切換變頻泵時，都以新運行的水泵作為變頻泵。(2) 為達到恒壓供水，系統(tǒng)會根據(jù)需要投入/退出水泵，而投入/退出的標(biāo)準就是判斷變頻器輸出是否達到所設(shè)定的頻率上限/下限值。這里應(yīng)當(dāng)考慮到系統(tǒng)由于偶然的頻率波動所造成的頻率越出上/下限范圍的情況，為此在程序中應(yīng)當(dāng)加上一定的延時判斷。(3) 為使任何一臺泵連續(xù)變頻運行時間不超過3小時，應(yīng)對單泵變頻運行時間進行累計，累計時間超過3小時時，變頻泵號改變，同時觸發(fā)啟動下一臺泵的信號，而當(dāng)有泵運行于工頻狀態(tài)時，計時器應(yīng)停止計時并清零。(4) 為實現(xiàn)對三臺水泵的循環(huán)工作控制，這里采用了“泵號+1”