內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)實習(xí)說明書

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)實習(xí)設(shè)計說明書內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)實習(xí)設(shè)計說明書題 目：畢業(yè)實習(xí)學(xué)生姓名：* 學(xué) 號：專 業(yè)：測控技術(shù)與儀器班 級：2012-2班指導(dǎo)教師：0摘 要隨著微處理器、計算機(jī)和數(shù)字通訊技術(shù)的快速發(fā)展， 計算機(jī)控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多廣泛， 它的重要性也越來越受到人們的肯定?；贛CGS和S7-200PLC的液位比值控制系統(tǒng)就是組態(tài)軟件和可編程序控制器（PLC）聯(lián)合應(yīng)用的實例。在這個設(shè)計中，利用MCGS組態(tài)軟件對數(shù)據(jù)、圖形進(jìn)行組態(tài)，進(jìn)而做出上下水箱的動態(tài)仿真畫面。然后PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理并與MCGS平臺進(jìn)行通訊，從而對液位比值對象進(jìn)行全面監(jiān)控。創(chuàng)新教學(xué)的科目繁多，形式多樣，

2、根據(jù)不同的專業(yè)，能開不同的專業(yè)，能開展不同的教學(xué)模式。本文基于測控專業(yè)，將dcs在水箱液位中的控制應(yīng)用作為創(chuàng)新案例的背景，進(jìn)行創(chuàng)新教學(xué)的研究和實踐，不僅能增強(qiáng)學(xué)生的實踐能力，還能增加其解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新能力。關(guān)鍵字：流量計檢定；DCS水箱液位控制；PLC S7-300；目 錄摘 要1第一章 流量計檢定實驗41.1 渦輪流量計檢定41.1.1 目的41.1.3 實驗過程41.1.4實驗步驟41.1.5 軟件操作51.1.6 注意事項和技巧81.1.7 數(shù)據(jù)處理91.2 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定實驗101.2.1 目的101.2.2 可以學(xué)到的知識、積累的經(jīng)驗101.2.3 實驗過程1

3、01.2.4 實驗步驟101.2.5 注意事項和技巧11第二章 DCS水箱液位控制系統(tǒng)122.1實驗?zāi)康?22.2 實驗設(shè)備122.3 實驗原理132.4 實驗步驟142.5系統(tǒng)軟件設(shè)計142.5.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試14第三章 PLC S7-300設(shè)計163.1 PLC技術(shù)的概念163.2 實驗?zāi)康?63.3 實驗設(shè)備163.4 S7-300的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)163.5 實驗步驟17參考文獻(xiàn)18附錄A DCS水箱液位控制接線圖19附錄B PLC流程圖20第一章 流量計檢定實驗1.1 渦輪流量計檢定1.1.1 目的熟悉水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，掌握渦輪流量計的檢定。渦輪流量傳感器的儀表系數(shù)、線性度誤差、重復(fù)性誤差，

4、是表征渦輪流量計性能的重要參數(shù)。在渦輪流量計出廠前，或已經(jīng)在現(xiàn)場使用一段時間之后，需要對這些性能參數(shù)進(jìn)行實驗測試。因此，本實驗的目的在于掌握渦輪流量計測試的整個過程，并熟悉測試設(shè)備“水流量標(biāo)準(zhǔn)實驗裝置”的操作。1.1.2 可以學(xué)到的知識、積累的經(jīng)驗水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的功能、結(jié)構(gòu)和工作原理；渦輪流量計檢定的流程；檢定數(shù)據(jù)的處理方法；渦輪流量計的測量性能評價；積累流量標(biāo)準(zhǔn)裝置及相關(guān)儀表、設(shè)備的操作經(jīng)驗。1.1.3 實驗過程圖1.1實驗流程圖1.1.4實驗步驟1 認(rèn)識實驗裝置，了解裝置中各個儀表和設(shè)備的名稱、基本工作原理以及功能，以便于在實驗中正確、熟練地操作儀表，讀取數(shù)據(jù)。熟悉裝置的構(gòu)成和管道的結(jié)構(gòu)，

5、認(rèn)清電動閥和手動閥的位置及其作用。2 確認(rèn)裝置的各個儀表和設(shè)備狀態(tài)良好后，接通裝置電源。3 在實驗開始前，仔細(xì)檢查裝置的各個儀表和設(shè)備，并調(diào)整其所處的工作狀態(tài)，保證變頻器控制面板處于遠(yuǎn)程操作狀態(tài)，水泵吸水口的手動閥打開，水平夾表器下游的放水閥關(guān)閉，浮子流量計安裝位置用直管段代替，夾表器的氣源壓力高于0.6 MPa。4 操作水平卡表器，安裝被檢表渦輪流量計。5 運行上位機(jī)MCGS程序，打開“渦輪標(biāo)準(zhǔn)表法”或“渦輪稱重法”進(jìn)入到參數(shù)設(shè)定界面，檢定點流量為系統(tǒng)默認(rèn)值，由渦輪流量計檢定規(guī)程得來，儀表類型選擇渦輪流量計即可，可以根據(jù)實際情況酌情選擇檢定時間，如果是“渦輪稱重法”，根據(jù)用戶輸入的檢定用水量

6、，系統(tǒng)自動運算所需檢定時間，但一般不小于30 s，然后確定。6 由于系統(tǒng)調(diào)節(jié)流量時需要一定時間，點擊“匹配調(diào)節(jié)參數(shù)”，系統(tǒng)自動上傳該流量點默認(rèn)參數(shù)，程序根據(jù)上傳到的參數(shù)數(shù)據(jù)，開始自動調(diào)節(jié)流量，直到穩(wěn)定。如果長時間達(dá)不到設(shè)定流量，可以微調(diào)DN15或DN25調(diào)節(jié)閥。7 當(dāng)系統(tǒng)指示的管道流量，與檢定點設(shè)定流量值的偏差，小于設(shè)定流量值的5%時，點擊“檢定”，系統(tǒng)進(jìn)入自動檢定過程，每個檢定流量點自動檢定3次，完成后系統(tǒng)提示檢定完成，點擊報表生成，可以查看本次檢定的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)不理想，可以選擇重測，如果數(shù)據(jù)滿意，點擊保存，輸入報表名稱點擊保存，完成該流量點檢定。8點擊切換流量點，重復(fù)4、5、6步驟，完成

7、全部流量點的檢定。1.1.5 軟件操作運行水流量實驗裝置的測控程序，在圖1.2所示的主界面上，點擊“流量計檢定”按鈕，會顯示如圖1.3所示的分項檢定頁面，點擊“渦輪標(biāo)準(zhǔn)表法”或“渦輪稱重法”按鈕，程序進(jìn)入如圖1.4所示的渦輪流量計標(biāo)準(zhǔn)表法或稱重法檢定界面，點擊圖中的“參數(shù)設(shè)置”按鈕，進(jìn)入渦輪標(biāo)準(zhǔn)表法檢定或稱重法檢定參數(shù)設(shè)置界面，如圖1.5所示，檢定點流量是根據(jù)檢定規(guī)程系統(tǒng)默認(rèn)的，檢定用水量根據(jù)實際需求，保證不冒罐并且檢定時間合乎要求的前提下，任意修改。點擊圖1.4中“匹配調(diào)節(jié)參數(shù)”按鈕，匹配成功有提示窗后，如圖1.6。匹配成功后，點擊提示窗后上的確定按鈕。然后，程序進(jìn)入自動調(diào)節(jié)流量過程，當(dāng)裝置

8、實際流量與設(shè)定流量的偏差小于設(shè)定值的5%時，點擊圖1.7中的“檢定”按鈕。程序進(jìn)入正常的檢定過程。如圖1.7所示。該流量點檢定完成后，點擊圖1.7中“報表生成”按鈕，顯示如圖1.8所示的檢定數(shù)據(jù)報表。如果檢定數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)的偏差在允許范圍內(nèi)，可以點擊圖1.8中的“保存”按鈕，會顯示圖1.9，輸入數(shù)據(jù)報表名稱后，點擊圖1.9中的“保存”按鈕，數(shù)據(jù)保存成功后，顯示圖1.10，點擊“確定”按鈕，結(jié)束實驗。渦輪流量計稱重法檢定軟件操作相同。圖1.2 水流量標(biāo)準(zhǔn)實驗裝置測控軟件主界面圖1.3 流量計檢定分項選擇界面圖1.4 渦輪流量計標(biāo)準(zhǔn)表法檢定界面圖1.5 渦輪流量計標(biāo)準(zhǔn)表法檢定參數(shù)設(shè)置界面圖1.6

9、調(diào)節(jié)參數(shù)匹配成功提示圖1.7渦輪流量計自動檢定圖1.8 渦輪流量計檢定數(shù)據(jù)報表圖1.9 渦輪流量計檢定數(shù)據(jù)保存圖1.10 渦輪流量計檢定數(shù)據(jù)保存成功1.1.6 注意事項和技巧渦輪流量計安裝：1、安裝渦輪前，檢查渦輪的導(dǎo)向件是否固定緊；渦輪傳感器和放大器（檢出器）之間，是否牢固擰緊，而且不可以在實驗測試的過程中隨意調(diào)整其擰緊的程度。2、安裝時，確保渦輪安裝的前后方向正確，即流體的流動方向與標(biāo)簽上箭頭所示的方向一致；保證密封墊片與渦輪的口徑正好合適，且粘貼時，很好的同軸；裝夾渦輪時，盡量保證渦輪與上下游管道同軸。實驗過程中：1、隨時注意觀察渦輪流量傳感器葉輪轉(zhuǎn)速隨實驗流量大小的變化情況。2、水泵轉(zhuǎn)

10、速、變頻器的工作頻率、輸出電流和電壓隨流量大小、管道壓力的變化情況。3、隨時觀察水流在水箱及管路中的流動情況。4、隨時觀察裝置管路、容器有無漏水情況，卡表器管路有無漏氣情況，水泵及電機(jī)有無異響，控制柜及儀表設(shè)備有無運行故障，電氣設(shè)備及線纜有無短路、焦糊氣味等。1.1.7 數(shù)據(jù)處理流量計儀表系數(shù)和示值誤差的計算。每次測試的儀表系數(shù)： （1） 第i檢定點第j次檢定的系數(shù)或； 第i檢定點第j次檢定時計算機(jī)測得的渦輪流量計輸出的脈沖個數(shù)； 第i檢定點第j次檢定時標(biāo)準(zhǔn)裝置測得的實際體積；1,2,m，m為檢定點數(shù)，m3；1,2,n，n為檢定次數(shù)，n3。每個檢定點的平均儀表系數(shù)： （2）檢定點平均儀表系數(shù)或

11、；n 每個流量檢定點的檢定次數(shù)。流量計儀表系數(shù) （3）流量計的線性度誤差 （4）K 流量計的儀表系數(shù)或；流量計在到流量范圍內(nèi)m個流量檢定點得到的中的最大值，或；流量計在到流量范圍內(nèi)m個流量檢定點得到的中的最小值，或；每個檢定流量的渦輪流量計重復(fù)性 （5）在整個檢定流量范圍內(nèi)的流量計重復(fù)性 （6）渦輪流量計的基本誤差 （7）1.2 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定實驗1.2.1 目的熟悉水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置整體不確定度合成的計算方法，掌握電子秤的檢定。不確定度是流量裝置的重要性能指標(biāo)。電子秤的不確定度，是水流量裝置不確定度的主要構(gòu)成部分。本實驗主要根據(jù)液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程對電子秤進(jìn)行檢定。1.2.2 可以學(xué)到的知

12、識、積累的經(jīng)驗水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的性能參數(shù)、不確定度合成公式；電子秤檢定的流程；檢定數(shù)據(jù)的處理方法；電子秤的測量性能評價。1.2.3 實驗過程1.2.4 實驗步驟1 認(rèn)識實驗裝置，了解裝置中電子秤及其顯示儀表的作用、基本工作原理以及功能，以便于在實驗中正確、熟練地操作電子秤，讀取數(shù)據(jù)。2 確認(rèn)裝置的各個儀表和設(shè)備狀態(tài)良好后，接通裝置電源。3 運行上位機(jī)MCGS程序，打開“電子秤檢定”進(jìn)入到參數(shù)設(shè)定界面。其中，循環(huán)次數(shù)為檢定電子秤時，加載(正行程)、卸載(反行程)砝碼的重復(fù)次數(shù)，根據(jù)液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定規(guī)程，默認(rèn)值為10次?？紤]到實驗?zāi)康闹饕钦莆諜z定方法，為減少砝碼搬運的工作量，軟件中將默認(rèn)值設(shè)為

13、5次。4 根據(jù)系統(tǒng)提示，往電子秤上放置標(biāo)準(zhǔn)砝碼。砝碼需要標(biāo)上序號，按順序放置在電子秤上，建議先放置在秤的對角上，再放中心，然后從中心到對角順序向下減載，重復(fù)加載、卸載5輪（一次加載和卸載視為一輪）。 1.2.5 注意事項和技巧1 電子秤屬于精密儀器設(shè)備，放置砝碼時，需輕拿輕放，避免損傷秤的臺面和傳感器。2 加載或卸載砝碼后，需要等待電子秤的讀數(shù)穩(wěn)定后再記錄數(shù)據(jù)。3 檢定電子秤時，無需從電子秤上移除稱重容器，容器的重量已作為皮重被清除。第二章 DCS水箱液位控制系統(tǒng)2.1實驗?zāi)康?1通過實驗了解水箱液位串級控制系統(tǒng)組成原理。2掌握水箱液位串級控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運方法。3了解階躍擾動分別

14、作用于副對象和主對象時對系統(tǒng)主控制量的影響。4掌握液位串級控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實現(xiàn)過程2.2 實驗設(shè)備實驗設(shè)備如圖2.1所示。圖2.1實驗設(shè)備實物圖1實驗對象及控制屏、SA-11掛件一個、SA-13掛件一個、SA-14掛件一個、計算機(jī)一臺（DCS需兩臺計算機(jī)）、萬用表一個；2SA-12掛件一個、RS485/232轉(zhuǎn)換器一個、通訊線一根；3SA-21掛件一個、SA-22掛件一個、SA-23掛件一個；4SA-31掛件一個、SA-32掛件一個、SA-33掛件一個、主控單元一個、數(shù)據(jù)交換器兩個，網(wǎng)線四根；5SA-41掛件一個、CP5611專用網(wǎng)卡及網(wǎng)線；6SA-42掛件一個、PC/PPI通訊電纜

15、一根。2.3 實驗原理本實驗為水箱液位的串級控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩個回路組成。主控回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制對象為下水箱，下水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副控回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制對象為中水箱，又稱副對象，中水箱的液位為系統(tǒng)的副控制量。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，因而副控回路是一個隨動控制系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器的的輸出直接驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥，從而達(dá)到控制下水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。由于副控回路的輸出要求能快速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號的變化規(guī)律，對副參數(shù)的動態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調(diào)節(jié)器可采用P調(diào)

16、節(jié)器。本實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖所示。圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器電動機(jī)中水箱下水箱液位變送器2液位變送器1給定值+一次干擾二次干擾+圖2.2 系統(tǒng)方框圖2.4 實驗步驟1. 認(rèn)識實驗裝置，了解裝置中各個儀表和設(shè)備的名稱、基本工作原理以及功能，以便于在實驗中正確、熟練地操作儀表，讀取數(shù)據(jù)。2. 確認(rèn)裝置的各個儀表和設(shè)備狀態(tài)良好后，接通裝置電源。3. 在實驗開始前，仔細(xì)檢查裝置的各個儀表和設(shè)備，并調(diào)整其所處的工作狀態(tài)。4. 控制是由被控對象、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)器和測量變送器組成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的給定量是某一定值，要求系統(tǒng)的被控制量穩(wěn)定至給定量。由于這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，調(diào)試方

17、便等優(yōu)點，故在工業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用。控制器采用PID控制規(guī)律，常用的控制規(guī)律有比例(P)調(diào)節(jié)、比例積分(PI)調(diào)節(jié)、比例微分(PD)調(diào)節(jié)、比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定一般有兩種方法：一種是理論計算法，即根據(jù)廣義對象的數(shù)學(xué)模型和性能要求，用根軌跡法或頻率特性法來確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)；另一種方法是工程實驗法，通過對典型輸入響應(yīng)曲線所得到的特征量，然后查照經(jīng)驗表，求得調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。工程實驗整定法有臨界振蕩法、衰減振蕩法。5. 運行上位機(jī)界面進(jìn)行監(jiān)控。2.5系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件主要包括:組態(tài)軟件、操作員站軟件、工程師站軟件。組態(tài)軟件是安裝在工程師站上的，它包括：數(shù)據(jù)庫總控、設(shè)備

18、組態(tài)、服務(wù)器算法組態(tài)、控制器算法組態(tài)、報表組態(tài)、圖形組態(tài)、工程師在線下裝等組成部分。完成用戶對于測點、控制方案、人機(jī)界面等的組態(tài)。 操作員站軟件是安裝在操作員站上的，它完成用戶對于人機(jī)交互界面的監(jiān)控包括流程圖、趨勢、參數(shù)列表、報警、日志的顯示及控制調(diào)節(jié)、參數(shù)整定等操作功能。2.5.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試 系統(tǒng)仿真調(diào)試圖如圖2.3所示。圖2.3系統(tǒng)仿真調(diào)試圖第三章 PLC S7-300設(shè)計3.1 PLC技術(shù)的概念 PLC即可編程控制器，是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順

19、序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。3.2 實驗?zāi)康?. 熟悉S7-300 PLC的組成，電路接線和開機(jī)步驟。2. 了解機(jī)電一體化系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)。 3. 熟悉PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。 4. 掌握PLC系統(tǒng)設(shè)計方法。 5. 基本掌握PLC常規(guī)編程。 6. 做出相應(yīng)文檔報告及評價。 7. 學(xué)會PLC-300系統(tǒng)組態(tài)。8. 培養(yǎng)學(xué)習(xí)、獨立思考、組織及團(tuán)隊合作精神的能力。3.3 實驗設(shè)備本次試驗使用德國Festo AG&Co.公司MPS（Module Product System，模塊化制造系統(tǒng)）。本MPS實驗系統(tǒng)包括五個單元

20、：供料單元、檢測單元、加工單元、操作手單元、成品分裝單元，如圖3所示。通過這五個單元組成一個具有加工、檢測、分類功能的MPS實驗系統(tǒng)。本次實驗采用了S7-300系列的PLC，S7-300屬于模塊式PLC，主要由機(jī)架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成。各種模塊安裝在機(jī)架上，通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計算機(jī)、其他PLC設(shè)備通信。3.4 S7-300的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)S7-300 PLC是模擬式中小型PLC，電源、CPU和其他模塊都是獨立的，可以通過U形總線把電源（PS）、CPU和其他模塊緊密固定在西門子S7-300的標(biāo)準(zhǔn)軌道上。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。電源模塊總是安裝在機(jī)架的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊。S7編程軟件組態(tài)主架導(dǎo)軌硬件時，電源，CPU和IM分別放在導(dǎo)軌的1號槽、2號槽和3號槽上。一條導(dǎo)軌共有11個槽號：1號槽至11號槽，其中4號槽至11號槽可以隨