过程控制实习报告

过程控制工程实习报告 学 院： 机械与控制工程 班 级： 自动化10-3班 学 号： 姓 名： 傅 指导老师： 周 日 期： 年 月1目 录1 绪论11.1 过程控制系统的概述12 西门子PLC的介绍12.1 S7-300PLC介绍22.2 S7-3O0主要功能模块介绍23 基于PLC的双容量水箱控制系统硬件组成33.1硬件模块33.2 双容量水箱控制系统实验装置43.3双容量水箱对象组成44 基于PLC的双容量水箱控制系统的编程设计54.1 控制原理54.2 STEP 7简介54.3 SEP7硬件组态及参数设置54.4 SETP7程序设计75 控制系统程序编写及调试、运行75.1 S7-300_PLC模拟量输入输出量程转换模块FC105简介75.2 系统的I/O地址分配85.3 双容量水箱控制系统程序86 实习结语131 绪论1.1 过程控制系统的概述过程控制是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。随着生产过程的连续化大型化和不断强化, 随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表计算机技术的不断发展, 生产过程控制技术近年来发展异常迅速.所谓生产过程自动化, 一般指工业生产中(如石油化工冶金炼焦造纸建材陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制.凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数(如温度压力流量等)进行的自动控制统称为过程控制，随着科学技术的飞速前进，过程控制也在日新月异地发展。它不仅在传统的工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用。生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全和提高劳动生产率重要手段，在社会生产的各个行业起着极其重要的作用。2 西门子PLC的介绍2.1 S7-300PLC介绍S7-300是通用可编程控制器，它广泛地应用于自动化领域，涉及多个行业，可用于组建集中式或分布式结构的测控系统，重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台，性能优良，运行可靠。S7-300PLC采用模块化结构，模块种类的品种繁多，功能齐全，应用范围十分广泛，可用于集中形式的扩展，也可用于带ET200M分布式结构的配置。S7系列PLC用DIN标准导轨安装，各模块用总线连接器连接在一起，系统配置灵活、维护简便、易扩展。CPU模块是PLC的核心，负责存储并执行用户程序，存取其他模块的数据，一般还具有某种类型的通信功能。信号模块用来传送数字量及模拟量信号，通信模块可提供PROFIBUS、以太网等通信连接形式。2.2 S7-3O0主要功能模块介绍1、导轨（Rail）S7-300的模块机架（起物理支撑作用，无背板总线），西门子提供五种规格的导轨。2、电源模块（PS）将市电电压（AC120/230V）转换为DC24V，为CPU和24V直流负载电路（信号模块、传感器、执行器等）提供直流电源。输出电流有2A、5A、10A三种*正常：绿色LED灯亮*过载：绿色LED灯闪*短路：绿色LED灯暗（电压跌落，短路消失后自动恢复）*电压波动范围：5%3、CPU模块各种CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有数字量和模拟量输入/输出点，有的CPU集成有PROFIBUSDP等通信接口。CPU前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒（有的CPU没有）4、信号模块（SM）数字量（开关量）输入模块：24V DC，120/230V AC数字量（开关量）输出模块：24V DC，继电器模拟量输入模块：电压，电流，电阻，热电偶模拟量输出模块：电压，电流5、功能模块 (FM)功能模块主要用于对时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务。*计数：计数器模块*定位：快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块等*闭环控制：闭环控制模块*工业标识系统：接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。6、接口模块 (IM)接口模块用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7300通过分布式的主机架和3个扩展机架，最多可以配置32个信号模块、功能模块和通信处理器。连接：IMS 360发送、IMR 361接收；对于双层组态，常用硬连线的IM 365 接口模块距离：采用IM 365 、两层机架，电缆最大长度可达1米；采用IM 360 / 361 、多层机架，机架之间电缆最大长度10米。7、通讯处理器(CP)扩展中央处理单元的通讯任务，提供以下的连网能力：*点到点连接*PROFIBUS*工业以太网3 基于PLC的双容量水箱控制系统硬件组成3.1硬件模块名称型号备注数量中央处理器模块（CPU）CPU315-2 DP2AF03-0AB0v1.2内存扩展到32K1数字量输入模块（DI）SM321 DI16*24V1BH01-0AA0处理2点输入信号1数字量输出模块（DO）SM321 DO16*24V/0.5A1BH01-0AA0处理6个输出信号1监控软件通讯（SIMATIC NET）343-1EX11-0XE01SIMATIC ET200IM153-1AA03-0XB01模拟量输入模块（AI）SM331DI 2*12Bit7KB02-0AA0处理2点输入信号。1模拟量输出模块（AO）SM332AO 4*12Bit5HD01-0AB0处理1点输出信号1电源模块PS-3075A，24V DC1自吸水泵MDBZ650-4.6-501电磁阀YQZD-1000A输入信号：420mA输出压力：0.02-0.1MPa气源压力：0.14MPa13.2 双容量水箱控制系统实验装置双容水箱是两个串联在一起的水箱，整个系统有上水箱、下水箱、水管、阀门、抽水泵组成。本系统由双容水箱作为控制对象，上水箱的液位高度h1，下水箱水温、压力作为被控量。下水箱里液位的变化，由压力、温度传感器转换成420mA的标准电信号，在由I/O接口的A/D转换成二进制编码的数字信号后，送入计算机端口。经计算机算出的控制量通过D/A转换成15V的控制电信号。3.3双容量水箱对象组成1、被控对象 过程控制装置是一个以温度液位压力流量为过程受控变量水泵转速可控硅移相触发角为过程操作变量的过程控制系统，被控对象为充分模拟工业现场的小型电热液位锅炉。2、测量传感器 液位的测量采用液位传感器，测量量程为0500m，压力的测量采用压力变送器，测量量程为0100kPa。测量流量采用的是涡轮流量计和数显流量变送仪，测量量程为0600L/h。温度的测量采用PT100铂电阻温度传感器和数显温度变送仪，测量量程为0100度。变送器输出标准的420mA电流信号，在送显示仪表显示的同时，送入PLC的模拟量输入模块。3、执行器 系统在进行液位、压力、流量控制时。执行机构为西门子MM420型变频器和单相水泵。变频器接收控制器所给信号后会输出不同的信号，以改变三相电机的转速来调节水泵出口流量。在温度控制中执行机构为可控硅，通过改变移相触发角进而改变加热圈两端的电压来实现温度调节。4 基于PLC的双容量水箱控制系统的编程设计4.1 控制原理系统由双容水箱作为控制对象，上水箱的液位传感、下水箱的温度、压力作为被控量。当下水箱压力低于设定值时，上水箱往下水箱放水，通过改变调节阀的开度向下水箱加水来控制下水箱里的液位高度。到达设定压力值后，上水箱停止放水，并驱动加热模块，使下水箱开始加热。由温度传感器转换成420mA的标准电信号，在由I/O接口的A/D转换成二进制编码的数字信号后，送入计算机端口。经计算机算出的控制量通过D/A转换成15V的控制电信号。当到达温度后，停止加热，水泵开始驱动，使得上水箱往下水箱抽水，同时报警灯亮和蜂鸣器鸣响。当上水箱液位到达液位传感器位置时，停止抽水。4.2 STEP 7简介STEP7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表。它是SIMATIC工业软件的组成部分。STEP 7以其强大的功能和灵活的编程方式广泛应用于工业控制系统，STEP7提供了几种不同的版本以适应不同的应用和需求。4.3 SEP7硬件组态及参数设置 1、创建项目 1）双击SIMATIC Manager在SIMATIC管理器中选择菜单命令“File/New”，在弹出的对话框输入项目名和存储地址。 2）点亮刚新建的项目名，右击选择“inset new object/simatic 300 station”将生成300的项目。 2、硬件组态 1）完成新建项目后，双击项目名称双击，选中simatic 300（1），选择“Hardware” 进入硬件组态窗口。 2）双击simatic 300/rack-300，将导轨（rail）拖入左边空白处，生成机架。 3）选择cpu模块。CPU 315-2 DP2AF03-0AB0 v1.2 4）双击“DP”，出现DP属性对话框。点击“Properties”按钮，新建一个，PROFIBUS（1）网络，其他的都不变。 5）在刚建立，PROFIBUS（1）网络上添加通信模块IM153-1(6ES7 153-1AA03-0XB0)。点击IM153-1模块，在其中分别添加模拟量输入模块AI2x12Bit (6ES7331-7KB02-0AB0)、 模拟量输出模块AO4x12Bit(6ES7 332-5HD01-0AB0)。 6）回到0号机架，加入数字量输入（6ES7 323DO16*DC24V-1BH02-0AA0）、数字量输出模块(6ES7 323-DO16*DC24V/0.5A-1BH01-0AA0)。3、下载组态 组态结束后，在CPU为STOP模式下点击下载，将PLC的硬件组态下载到PLC中。观察是否有异样指示灯亮。表1 指示灯及其信息表示名称颜色表示的系统状态和系统信息SF红色硬件或软件错误BF红色总线错误（只适用于部分带DP和PN接口的PLC）DC5V绿色S7-300的CPU和内部总线的5V电源正常FRCE黄色强制作业有效RUN绿色CPU处于RUN状态；LED灯以2HZ闪亮，表示重新启动；LED以0.5 HZ 闪 亮,表示HOLD。STOP黄色CPU处于STOP或HOLD或重新启动状态；LED以0.5HZ闪亮，存储器在复位请求状态；LED灯以2HZ闪亮，存储器在复位期间。注意： 1、插槽1为电源模块配置，电源模块如果不选用西门子专用电源模块，插槽1配置为空。 2、插槽2为CPU模块配置。 3、插槽3为多机架扩展接口模块配置，在单机架配置时为空。 4、扩展模块必须从插槽4开始配置。5、AI输入通道选择2线传感，4-20mA6、AO输出通道选择1-5V，0-10V。最后组态结果图：图1 组态4.4 SETP7程序设计 1）编程时在所添加的模块中进行，首先打开组织块OB1。 2）选择编程语言，可选STL、LAD、FBD。 3）程序编写完后，要对程序进行编译。保证程序无误。下载程序，将PLC置于RUN模式，运行程序，再次确认程序是否有误。5 控制系统程序编写及调试、运行5.1 S7-300_PLC模拟量输入输出量程转换模块FC105简介实际的工程量，如压力、温度、流量、物位等要采用各种类型传感器进行测量。传感器将输出标准电压、电流、温度、或电阻信号供PLC 采集，PLC 的模拟量输入模板将该电压、电流、温度、或电阻信号等模拟量转换成数字量整形数(INTEGER)。在PLC 程序内部要对相应的信号进行比较、运算时，常需将该信号转换成实际物理值（对应于传感器的量程）。而经程序运算后得到的结果要先转换成与实际工程量对应的整形数，再经模拟量输出模板转换成电压、电流信号去控制现场执行机构。这样就需要在程序中调用功能块完成量程转换。SCALE（FC105）功能将一个整形数INTEGER（IN）转换成上限、下限之间的实际的工程值(LO_LIM and HI_LIM)，结果写到OUT。公式如下：OUT = (FLOAT (IN) K1)/(K2K1) * (HI_LIMLO_LIM) + LO_LIM常数 K1 和K2 的值取决于输入值（IN）是双极性BIPOLAR 还是单极性UNIPOLAR。 双极性 BIPOLAR：即输入的整形数为27648到27648，此时K1 = 27648.0，K2 =+27648.0 单极性 UNIPOLAR：即输入的整形数为0到 27648，此时 K1 = 0.0。K2 = +27648.0 如果输入的整形数大于 K2，输出 (OUT) 限位到HI_LIM, 并返回错误代码。 如果输入的整形数小于K1，输出限位到LO_LIM，并返回错误代码。反向定标的实现是通过定义LO_LIM HI_LIM 来实现的。反向定标后的输出值随着输入值的增大而减小。5.2 系统的I/O地址分配表2 系统I/O地址分配名称地址名称地址启动I0.0运行指示灯Q4.0停止I0.1停止Q4.1加热器PQW256报警灯Q4.2下限位传感器I0.5蜂鸣器Q4.3温度检测PIW258水泵Q4.4压力检测PIW256电磁阀Q4.55.3 双容量水箱控制系统程序 1、按下启动按钮I0.0，开始启动，运行灯亮并自锁。按下停止按钮I0.1，停止运行，停止等亮并自锁。在两程序段相互穿入常闭点，起到互锁作用。 2、运行指示灯Q4.0得电，所以Q4.0常开触点得电，从而继电器M1.0得电；当压力转换器PIW256采集下水箱压力信号，通过FC105模块转换后，将压力转换后的结果输出到MD40中。 2、因为继电器M1.0得电，从而使常开触点M1.0闭合。当MD40的值小于100Pa时，电磁阀Q4.5得电并置为。 3、当MD40的值大于等于100Pa时，继电器M0.5得电；电磁阀Q4.5失电并复位。 4、因为继电器M0.5得电，所以常开触点M0.5闭合，加热器PIW256得电并对水进行加热。 5、由于继电器M1.0得电，从而常开触点M1.0闭合，继电器M1.1得电。PQW258是对下水箱的温度采集信号，用FC105模块转换信号，存入MD30中。上限值为100，代表100 ，下限为0。6、由于继电器M1.1得电，从而常开触点M1.1闭合。当MD30的值大于等于30时，继电器M0.5失电并复位；水泵Q4.4得电并置位，同时向上水箱抽水；加热器PQW256清零从而停止加热。 7、上水箱进水到达I0.5所在的液位时，停止抽水（Q4.4），报警器（Q4.2）、蜂鸣器（Q4.3）、电磁阀（Q4.5）开始工作。 8、按下停止按钮I0.1，整个系统过程全部复位，程序停止工作。