S7200控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、S7200控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書部門： xxx時(shí)間： xxx制作人：xxx整理范文，僅供參考，可下載自行修改S7-200 控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書承德石油高等?？茖W(xué)校2005.12目 錄目錄 2b5E2RGbCAP西門子 PLC簡介3p1EanqFDPw一、PLC概述2二、PLC的工作原理錯(cuò)誤！未定義書簽。DXDiTa9E3d三、PLC模擬量擴(kuò)展模塊EM235錯(cuò)誤！未定義書簽。RTCrpUDGiT四、實(shí)驗(yàn)程序開放的變量錯(cuò)誤！未定義書簽。5PCzVD7HxA五、組態(tài)軟件使用說明錯(cuò)誤！未定義書簽。jLBHrnAILg系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)8xHAQX74J0X實(shí)驗(yàn)一、一階單容上水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)8LDAYtRyKfE實(shí)驗(yàn)三、鍋

2、爐內(nèi)膽溫度二位式控制實(shí)驗(yàn)19Zzz6ZB2Ltk實(shí)驗(yàn)四、上水箱液位PID 整定實(shí)驗(yàn)25dvzfvkwMI1實(shí)驗(yàn)五、二階中水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤！未定義書簽。rqyn14ZNXI實(shí)驗(yàn)六、鍋爐內(nèi)膽水溫PID整定實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)）錯(cuò)誤！未定義書簽。EmxvxOtOco實(shí)驗(yàn)七、電磁流量計(jì)流量PID整定實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤！未定義書簽。SixE2yXPq5實(shí)驗(yàn)八、電磁和渦輪流量計(jì)流量比值控制實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤！未定義書簽。6ewMyirQFL實(shí)驗(yàn)九、上水箱中水箱液位串級控制實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤！未定義書簽。kavU42VRUs實(shí)驗(yàn)十、鍋爐內(nèi)膽溫度與流量前饋-反饋控制實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤！未定義書簽。y6v3ALoS89西門子PLC簡介一、 PLC概述可

3、編程程序控制器Programmable Controller）通常也稱為可編程控制器。它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置；具有體積小、功能強(qiáng)、程序設(shè)計(jì)簡單、靈活通用、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的西門子 S7200系列 PLC作為主控制器，完成一套過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，涵蓋了可編程控制器、信號和信息處理、傳感技術(shù)、工程檢測、模式識別、控制理論、自動(dòng)化技術(shù)、智能控制、過程控制、自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和控制、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等課程的教案實(shí)驗(yàn)與研究。M2ub6vSTnPS7-200系列小型PLC可以應(yīng)用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)。如圖1-1

4、所示，S7200PLC由主機(jī)、輸入/輸出接口、電源、模塊擴(kuò)展接口和外部設(shè)備接口、計(jì)算機(jī)編程軟件等幾個(gè)主要部分組成。0YujCfmUCw圖 1-1S7200-PLC系統(tǒng)組成二、 PLC 的工作原理PLC 是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在 PLC 運(yùn)行時(shí)，CPU 根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。eUts8ZQVRdPLC 掃描一個(gè)周期必經(jīng)輸入采樣

5、、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC 在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。sQsAEJkW5TPLC 在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。GMsIasNXkA輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式 繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。TIrRGc

6、hYzg三、 PLC 模擬量擴(kuò)展模塊EM235EM235 模塊為 S7200PLC 的模擬量擴(kuò)展模塊，只要將模擬量的擴(kuò)展接口線與主機(jī)擴(kuò)展口相連，即可完成PLCEM235硬件結(jié)構(gòu)如圖所示：7EqZcWLZNX圖 1-2EM235硬件圖四、 實(shí)驗(yàn)程序開放的變量表 1：設(shè)定值 測量值 輸出值VD104VD204VD3124、上水箱液位PID 控制實(shí)驗(yàn)5、二階中水箱PID 控制實(shí)驗(yàn)6、鍋爐內(nèi)膽溫度控制實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)）VD408VD50800VD608VD708VD808電磁：0渦輪：1制實(shí)驗(yàn)9、上、中水箱 主控：1VD908副控：0溫度：0VD1012VD1080表 2：采樣時(shí)間主回路副回路采樣時(shí)采樣時(shí)間V

7、D2112 VD2120 VD2124 VD2116 VD2018 VD2020 VD2024 VD2018選擇判斷SEL五、 組態(tài)軟件使用說明打開RTGK-2PLC.MCGS組態(tài)軟件，點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，進(jìn)入PLC組態(tài)的實(shí)驗(yàn)界面。、 選擇所需實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)擊即可進(jìn)入。例如：進(jìn)入實(shí)驗(yàn)四、上水箱液位PID 參數(shù)整定控制實(shí)驗(yàn)。如上圖所示：進(jìn)入實(shí)驗(yàn)后，通過設(shè)置按鈕設(shè)置給定值、比例系數(shù)、積分時(shí)間、微分時(shí)間。其中紅色的動(dòng)態(tài)棒圖表示設(shè)定值SV）的大小，綠色的動(dòng)態(tài)棒圖表示測量PV）的大小，藍(lán)色的動(dòng)態(tài)棒圖表示輸出值OP）的百分比大小。黑框內(nèi)顯示的是給定值和測量值的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)曲線。lzq7IGf02E實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、數(shù)據(jù)

8、瀏覽、自動(dòng)運(yùn)行、通訊成功、退出本實(shí)驗(yàn)六個(gè)按鈕分別實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)曲線的實(shí)時(shí)放大、實(shí)驗(yàn)曲線的永久記錄、自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行的切換、通訊狀態(tài)的顯示和退出實(shí)驗(yàn)的功能。zvpgeqJ1hk系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一、一階單容上水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。2）、根據(jù)由實(shí)際測得的單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法分別確定它們的參數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備過程控制實(shí)驗(yàn)裝置，配置：西門子PLC、萬用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、PC/PPI 電纜線、實(shí)驗(yàn)連接線。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單容水箱如圖1-1所示：圖 1-1、單容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖四、實(shí)驗(yàn)原理階躍響應(yīng)測試法是系統(tǒng)在開環(huán)運(yùn)行條件下，待系統(tǒng)穩(wěn)定后

9、，通過調(diào)節(jié)器或其他操作器，手動(dòng)改變對象的輸入信號階躍信號）。同時(shí)，記錄對象的輸出數(shù)據(jù)或階躍響應(yīng)曲線，然后根據(jù)已給定對象模型的結(jié)構(gòu)形式，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定模型中各參數(shù)。NrpoJac3v1圖解法是確定模型參數(shù)的一種實(shí)用方法，不同的模型結(jié)構(gòu)，有不同的圖解方法。單容水箱對象模型用一階加時(shí)滯環(huán)節(jié)來近似描述時(shí)，?？捎脙牲c(diǎn)法直接求取對象參數(shù)。1nowfTG4KI如圖1-1所示，設(shè)水箱的進(jìn)水量為Q1，出水量為Q2，水箱的液面高度為h，出水閥 V2固定于某一開度值。根據(jù)物料動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)系，求得：fjnFLDa5Zo在零初始條件下，對上式求拉氏變換，得：式中，T為水箱的時(shí)間常數(shù)注意：閥V2的開度大小會(huì)影響

10、到水箱的時(shí)間常數(shù)），T=R2*CK=R2為過程的放大倍數(shù)，R2為 V2閥的液阻，C 為水箱的容量系數(shù)。令輸入流量 Q1=KR0(1-e-1=0.632KR0=0.632h(即 h(t=KR0(1-e-t/T當(dāng) t時(shí)，h）=KR0，因而有K=h）/R0=/階躍輸入上式表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖1-2所示。當(dāng)由實(shí)驗(yàn)求得圖1-2所示的階躍響應(yīng)后，該曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63%所對應(yīng)時(shí)就是水箱的時(shí)間常數(shù)T，該時(shí)間常數(shù)T也通過坐標(biāo)原點(diǎn)對響應(yīng)曲線作切線，切線與值交點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間就是時(shí)間常數(shù)T，其依據(jù)是：HbmVN777sL曲線間，可以穩(wěn)態(tài)理論0.63h1( )0T圖 1-2、 階躍

11、響應(yīng)曲線上式表示ht）若以在原點(diǎn)時(shí)的速度秒時(shí)間就可達(dá)到穩(wěn)態(tài)值h）。V7l4jRB8Hs五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟h）/T恒速變化，即只要花T1、設(shè)備的連接和檢查1）、關(guān)閉閥26，將儲(chǔ)水箱灌滿水至最高高度）。2）、打開閥1、閥2、閥3、閥9、閥22、閥23，關(guān)閉動(dòng)力支路上通往其它對象的切換閥。3）、打開上水箱的出水閥21至適當(dāng)開度。4）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉。2、系統(tǒng)連線接線方法如圖1-3所示：圖 1-3、 實(shí)驗(yàn)接線圖1）、將I/O信號接口面板上的上水箱液位的鈕子開關(guān)打到OFF 位置。2）、將上水箱液位+正極）接到S7200PLC的A/I0 的正極，上水箱液位-負(fù)端）接到S7200PLC的 A/I0 8

12、3lcPA59W93）、將S7200PLC的 A/O0 輸出端的正極接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥420mA +即正極）,將 S7200PLC的 A/O0輸出端的負(fù)極接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥420mA -即負(fù)極）。mZkklkzaaP4）、單相電源的空氣開關(guān)打在關(guān)的位置3、啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1）、將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到380V三相電源上。2）、打開漏電保護(hù)及單相電源空氣開關(guān)。3）、打開電源總開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕即可開啟電源。4、實(shí)驗(yàn)步驟1）、打開單相泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、S7200PLC24VDC的電源開關(guān)。2）、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)MCGS 組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)如圖1-4所示：圖 1-4、實(shí)驗(yàn)軟件界面3）、雙擊設(shè)定輸出按鈕，進(jìn)行

13、設(shè)定輸出值的大小，這個(gè)值根據(jù)閥門開度的大小來給定，一般初次設(shè)定值50。開啟單相泵電源開關(guān)，啟動(dòng)動(dòng)力支路。將被控參數(shù)液位高度控制在50%一般為15cm）。AVktR43bpw4）、觀察系統(tǒng)的被調(diào)量：上水箱的水位是否趨于平衡狀態(tài)。若已平衡，應(yīng)記錄輸出值，以及水箱水位的高度h1和測量顯示值并填入下表。ORjBnOwcEdPLC 輸出值 水箱水位高度 組態(tài)顯示值5）、迅速增加PLC手動(dòng)輸出值，增加5%的輸出量，記錄此引起的階躍響應(yīng)的過程參數(shù)，均可在上位軟件上獲得，以此數(shù)據(jù)繪制變化曲線。2MiJTy0dTT6）、直到進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。再次記錄平衡時(shí)的下列數(shù)據(jù)，并填入下表：t組態(tài)讀數(shù)(cmPLC 輸出值

14、水箱水位高度 組態(tài)顯示值7）、將儀表輸出值調(diào)回到步驟4）前的位置，再用秒表和數(shù)字表記錄由此引起的階躍響應(yīng)過程參數(shù)與曲線。填入下表：gIiSpiue7At8）、重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1）、作出一階環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。2）、根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中所述的方法，求出一階環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)。七、注意事項(xiàng)1）、做本實(shí)驗(yàn)過程中，閥21不得任意改變開度大小。2）、階躍信號不能取得太大，以免影響正常運(yùn)行；但也不能過小，以防止對象特性的不真實(shí)性。一般階躍信號取正常輸入信號的5%15%uEh0U1Yfmh3）、在輸入階躍信號前，過程必須處于平衡狀態(tài)。八、思考題1）、在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意變化閥21的開度大??？

15、2）、用兩點(diǎn)法和用切線對同一對象進(jìn)行參數(shù)測試，它們各有什么特點(diǎn)?實(shí)驗(yàn)二、二階雙容中水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)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)際測得的雙容液位階躍響應(yīng)曲線，分析雙容系統(tǒng)的飛升特性。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備過程控制實(shí)驗(yàn)裝置，配置：西門子PLC、萬用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、PC/PPI 電纜線、實(shí)驗(yàn)連接線。二、 原理說明圖 2-1 雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示：這是由兩個(gè)一階非周期慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，被調(diào)量是第二水槽的水位h2。當(dāng)輸入量個(gè)有一階躍增加 Q1時(shí)，被調(diào)量變化的反應(yīng)曲線如圖2-2的 h2曲線。它不再是簡單的指數(shù)曲線，而是呈S一條曲線。由于多了一個(gè)容器就

16、使調(diào)節(jié)對象的飛性所示形的升特在時(shí)間上更加落后一步。在圖中S形曲線的拐點(diǎn)P 上作切線，它在時(shí)間軸上截出一段時(shí)間OA。這段時(shí)間可以近似地衡量由于多了一個(gè)容量而使飛升過程向后推遲的程度，因此稱容量滯后，通常以C代表之。設(shè)流量Q1為雙容水箱的輸入量，下水箱的液位高度曲線圖2-2雙容特性h2為輸出量，根據(jù)物料動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，并考慮到液體傳輸過程中的時(shí)延，其傳遞函數(shù)為：式中 K=R3T1=R2C1T2=R3C2R2、R3分別為閥V2和V3的液阻，C1 和C2分別為上水箱和下水箱的容量系數(shù)。由式中的KT1和T2須從由實(shí)驗(yàn)求得的階躍響應(yīng)曲線上求出。具體的做法是在圖2-3所示的階躍響應(yīng)曲線上?。篒Ag9qLsgB

17、X1h2；h2h2時(shí)曲線上的h( )2點(diǎn)A和對應(yīng)的時(shí)間t1；hB0.8 ( )23h2時(shí)曲線上的A10.4h( )2點(diǎn)B和對應(yīng)的時(shí)間t2。然后，利用下面的近似公式計(jì)算式2-1中的參數(shù)KT1和T2。0ttt2其中圖2-3、階躍響應(yīng)曲線WwghWvVhPE對于式=K/(TS+12/2* 2.18）。asfpsfpi4k四、實(shí)驗(yàn)步驟1、設(shè)備的連接和檢查1）、關(guān)閉閥26，將儲(chǔ)水箱灌滿水至最高高度）。2）、打開手動(dòng)閥閥1、閥2、閥3、閥、閥 23，關(guān)閉動(dòng)力支路上通往其它對象的切換閥。3）、打開上水箱、中水箱的出水閥21、閥 22至適當(dāng)開度。4）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉。2、系統(tǒng)連線接線方法如圖2-4所示：

18、圖 2-4、實(shí)驗(yàn)接線圖1）、將I/O信號接口面板上的中水箱液位的鈕子開關(guān)打到OFF 位置。2）、將中水箱液位+正極）接到S7200PLC的A/I0 的正極，中水箱液位-負(fù)端）接到S7200PLC的 A/I0 ooeyYZTjj13）、將S7200PLC的 A/O0 輸出端的正極接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的420mA +端即正極），將S7200PLC的A/O0 輸出端的負(fù)極接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的420mA輸入端的-即負(fù)極）。BkeGuInkxI4）、單相電源的空氣開關(guān)打在關(guān)的位置3、啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1）、將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到380V三相電源上。2）、打開漏電保護(hù)及單相電源空氣開關(guān)。3）、打開電源總開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕

19、即可開啟電源。4、實(shí)驗(yàn)步驟1）、打開單相泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、S7200PLC24VDC電源開關(guān)。2）、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)如圖2-5所示：2-5、實(shí)驗(yàn)軟件界面3）、開啟單相泵電源開關(guān)，啟動(dòng)動(dòng)力支路，將PLC的輸出值迅速上升到小于等于 50，將被控參數(shù)液位高度控制在50%處一般為15cm）。PgdO0sRlMo4）、觀察系統(tǒng)的被調(diào)量水箱的水位是否趨于平衡狀態(tài)。若已平衡，應(yīng)記錄 PLC輸出值， 以及水箱水位的高度h2和 PLC的測量顯示值并填入下表。3cdXwckm15PLC輸出值 水箱水位高度 組態(tài)顯示值5）、迅速增加PLC手動(dòng)輸出值，增加10%的輸出量，記錄此引起的階

20、躍響應(yīng)的過程參數(shù)，均可在上位軟件上獲得各項(xiàng)參數(shù)和數(shù)據(jù)，并繪制過程變化曲線。h8c52WOngMT組態(tài)讀數(shù)(cm6）、直到進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。再次記錄測量數(shù)據(jù)，并填入下表：PLC 輸出值 水箱水位高度 組態(tài)顯示值7）、將儀表輸出值調(diào)回到步驟5）前的位置，再用秒表和數(shù)字表記錄由此引起的階躍響應(yīng)過程參數(shù)與曲線。填入下表：v4bdyGiousT8）、重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。五、注意事項(xiàng)1）、做本實(shí)驗(yàn)過程中，閥22不得任意改變開度大小。2）、階躍信號不能取得太大，以免影響正常運(yùn)行；但也不能過小，以防止對象特性的不真實(shí)性。一般階躍信號取正常輸入信號的5%15%J0bm4qMpJ93）、在輸入階躍信號前，過程必須處

21、于平衡狀態(tài)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1）、作出二階環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。2）、根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中所述的方法，求出二階環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)。3）、試比較二階環(huán)節(jié)和一階環(huán)節(jié)的不同之處。七、思考題1）、在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意變化中水箱出水閥的開度大小？2）、用兩點(diǎn)法和用切線對同一對象進(jìn)行參數(shù)測試，它們各有什么特點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)三、鍋爐內(nèi)膽溫度二位式控制實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、熟悉實(shí)驗(yàn)裝置，了解二位式溫度控制系統(tǒng)的組成。2）、掌握位式控制系統(tǒng)的工作原理、控制過程和控制特性。二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備過程控制實(shí)驗(yàn)裝置，配置：西門子PLC、萬用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、PC/PPI電纜線、實(shí)驗(yàn)連接線。三、實(shí)驗(yàn)原理1、 溫度傳感器溫度測量通常

22、采用熱電阻元件式中 Rt溫度為t(如室溫20時(shí)的電阻值；Rt0溫度為t0(通常為0時(shí)的電阻值； 電阻的溫度系數(shù)。可見，由于溫度的變化，導(dǎo)致了金屬導(dǎo)體電阻的變化。這樣只要設(shè)法測出電阻值的變化，就可達(dá)到溫度測量的目的。bR9C6TJscw雖然大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化，但是它們并不能都作為測溫用的熱電阻。作為熱電阻的材料一般要求是：電阻溫度系數(shù)小、電阻率要大、熱容量要??；在整個(gè)測溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的重復(fù)性；并要求電阻值隨溫度的變化呈線性關(guān)系。pN9LBDdtrd但是，要完全符合上述要求的熱電阻材料實(shí)際上是有困難的。根據(jù)具體情況，目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是鉑和

23、銅。本裝置使用的是鉑電阻元件PT100，并通過溫度變送器式中Rt溫度為t(如室溫20時(shí)的電阻值；Rt0溫度為t0(通常為 0時(shí)的電阻值；AB、C是常數(shù)，一般A=3.90802*10B=-5.802*1071/，C=-4.2735*10121/。Rt-t的關(guān)系稱為分度表，用分度號來表示。2、二位式溫度控制系統(tǒng)二位控制是位式控制規(guī)律中最簡單的一種。本實(shí)驗(yàn)的被控對象是1KW電加熱管，被控制量是復(fù)合小加溫箱中內(nèi)套水箱的水溫T，智能調(diào)節(jié)儀內(nèi)置繼電器線圈控制的常開觸點(diǎn)開關(guān)控制電加熱管的通斷，圖3-1為位式控制系統(tǒng)的方塊圖。QF81D7bvUA圖 3-1、位式調(diào)節(jié)器的特性圖由圖3-1可見，在一定的范圍內(nèi)不僅

24、有死區(qū)存在，而且還有回環(huán)。因而圖3-2 所示的系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)典型的非線性控制系統(tǒng)。執(zhí)行器只有“開”或“關(guān)”兩種極限工作狀態(tài)，故稱這種控制器為兩位調(diào)節(jié)器。4B7a9QFw9h該系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)被控制的水溫T 小于給定值時(shí)，即給定值測量值，且當(dāng) e=VS-VPdF時(shí)，調(diào)節(jié)器的繼電器線圈接通，常開觸點(diǎn)變成常閉，電加熱管接通 380V電源而加熱。隨著水溫T Vp 也不斷增大，e 相應(yīng)變小。若T高于給定值，即VsVpe=Vg-Vi=負(fù)值，若e-dF 時(shí)，則兩位調(diào)節(jié)器的繼電器線圈斷開，常閉觸點(diǎn)變成常開，切斷電加熱管的供電。由于這種控制方式具有沖擊性，易損壞元器件，只是在對控制質(zhì)量要求不高的系統(tǒng)才使用。

25、ix6iFA8xoX圖3-2、位式控制系統(tǒng)的方塊圖如圖3-2位式控制系統(tǒng)的方框圖所示，溫度給定值在智能儀表上通過設(shè)定獲得。被控對象為鍋爐內(nèi)膽中的三相電熱管，被控制量為內(nèi)膽水溫。它由鉑電阻PT100 測定，輸入到智能調(diào)節(jié)儀上。根據(jù)給定值加上dF與測量的溫度相比較向繼電器線圈發(fā)出控制信號，從而達(dá)到控制水箱溫度的目的。wt6qbkCyDE由過程控制原理可知，雙位控制系統(tǒng)的輸出是一個(gè)斷續(xù)控制作用下的等幅振蕩過程，如圖3-3所示。因此不能用連續(xù)控制作用下的衰減振蕩過程的溫度品質(zhì)指標(biāo)來衡量，而用振幅和周期作為品質(zhì)指標(biāo)。一般要求振幅小，周期長，然而對同一雙位控制系統(tǒng)來說，若要振幅小，則周期必然短；若要周期長

26、，則振幅必然大。因此通過合理選擇中間區(qū)以使振幅在限定范圍內(nèi)，而又盡可能獲得較長的周期。Kp5zH46zRk圖 3-3、 兩位式控系統(tǒng)的過程曲線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、設(shè)備的連接和檢查1）、關(guān)閉閥26，將儲(chǔ)水箱灌滿水至最高高度）。2）、打開手動(dòng)閥、閥 14、閥20、閥25，關(guān)閉動(dòng)力支路上通往其他對象的切換閥。3）、打開鍋爐內(nèi)膽的出水閥24至適當(dāng)開度。4）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉2、系統(tǒng)連線接線方法如圖3-4所示：圖 3-4、系統(tǒng)連線圖1）、將I/O信號接口面板上的鍋爐水溫的鈕子開關(guān)打到OFF 位置。2）、將鍋爐水溫+正極）接到S7200PLC的 A/I0 的正極，鍋爐水溫-負(fù)端）接到 S7200PL

27、C的 A/I0 Yl4HdOAA613）、將S7200PLC的 A/O0 輸出端的正極接至單相SCR可調(diào)壓裝置的420mA輸入端的+即正極），將S7200PLC的A/O0 輸出端的負(fù)極接至單相SCR 可調(diào)壓裝置的 420mA輸入端的-即負(fù)極）。ch4PJx4BlI4）、單相、三相電源的空氣開關(guān)打在關(guān)的位置3、啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1）、將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到380V三相電源上。2）、打開漏電保護(hù)及單相、三相電源空氣開關(guān)。3）、打開電源總開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕即可開啟電源。4、實(shí)驗(yàn)步驟1）、打開變頻器電源開關(guān)，向鍋爐內(nèi)膽加水至適當(dāng)高度。2）、調(diào)節(jié)變頻器頻率，打開S7200PLC、電加熱管、24VDC電源開關(guān)。

28、3）、在軟件里調(diào)節(jié)好各項(xiàng)參數(shù)以及設(shè)定值和回差dF的值。4）、在老師的指導(dǎo)下，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，進(jìn)入MCGS 組態(tài)環(huán)境運(yùn)行軟件，進(jìn)入相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。如圖3-5所示：圖 3-5、實(shí)驗(yàn)軟件界面5）、系統(tǒng)運(yùn)行后， 組態(tài)軟件自動(dòng)記錄控制過程曲線。待穩(wěn)定振蕩23 個(gè)周期后，觀察位式控制過程曲線的振蕩周期和振幅大小，記錄實(shí)驗(yàn)曲線。qd3YfhxCzo實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：T）6）、適量改變給定值的大小，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟）。7）、把動(dòng)力水路切換到鍋爐夾套，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置的供水系統(tǒng)，給鍋爐的外套加流動(dòng)冷卻水，重復(fù)上述的實(shí)驗(yàn)步驟。E836L11DO5五、注意事項(xiàng)1）、實(shí)驗(yàn)前，鍋爐內(nèi)膽的水位必須高于熱電阻的測溫點(diǎn)。2）、給定值必須要大

29、于常溫。3）、實(shí)驗(yàn)線路全部接好后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可后，方可接通電源開始實(shí)驗(yàn)。4）、在老師指導(dǎo)下將計(jì)算機(jī)接入系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)顯示屏作記錄儀使用，并保存每次實(shí)驗(yàn)記錄的數(shù)據(jù)和曲線。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）、畫出不同dF時(shí)的系統(tǒng)被控制量的過渡過程曲線，記錄相應(yīng)的振蕩周期和振蕩幅度大小。2）、畫出加冷卻水時(shí)，被控量的過程曲線，并比較振蕩周期和振蕩幅度大小。3）、綜合分析位式控制特點(diǎn)。七、思考題1）、為什么縮小dF 值，能改善雙位控制系統(tǒng)的性能？2）、為什么實(shí)際的雙位控制特性與理想的雙位控制特性有著明顯的差異？實(shí)驗(yàn)四、上水箱液位PID 整定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）、通過實(shí)驗(yàn)熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理

30、。2）、分析分別用P、PI和 PID調(diào)節(jié)時(shí)的過程圖形曲線。3）、定性地研究P、PI和 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備過程控制實(shí)驗(yàn)裝置，配置：西門子PLC、萬用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、PC/PPI 電纜線、實(shí)驗(yàn)連接線。三、實(shí)驗(yàn)原理擾動(dòng)給定液位+液位變送器圖 4-1、實(shí)驗(yàn)原理圖圖 4-1 為單回路上水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個(gè)調(diào)節(jié)對象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測量信號，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制上水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個(gè)閉環(huán)反饋單回路液位控制，采

31、用工業(yè)PLC 控制。當(dāng)調(diào)節(jié)方案確定之后，接下來就是整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，一個(gè)單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝就緒之后，控制質(zhì)量的好壞與控制器參數(shù)選擇有著很大的關(guān)系。合適的控制參數(shù)，可以帶來滿意的控制效果。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會(huì)使控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期效果。因此，當(dāng)一個(gè)單回路系統(tǒng)組成好以后，如何整定好控制器參數(shù)是一個(gè)很重要的實(shí)際問題。一個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)好以后，系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)整定是十分重要的工作。S42ehLvE3M一般言之，用比例P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個(gè)有差系統(tǒng)，比例度 的大小不僅會(huì)影響到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能密切相關(guān)。比例積分PI）調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無余差，而且只要參

32、數(shù) ，Ti調(diào)節(jié)合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。比例積分微分PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引入微分D 的作用，從而使系統(tǒng)既無余差存在，又能改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能快速性、穩(wěn)定性等）。在單PPI、PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的圖 4-2 中的曲線、501nNvZFis位階躍作用下，階躍響應(yīng)分別如、所示。圖 4-2PPI和 PID調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、設(shè)備的連接和檢查1）、關(guān)閉閥26，將儲(chǔ)水箱灌滿水至最高高度）。2）、打開手動(dòng)閥、閥 2、閥、閥、閥 23，關(guān)閉動(dòng)力支路上通往其他對象的切換閥。3）、打開上水箱的出水閥21至適當(dāng)開度。4）、檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉。2、系統(tǒng)連線接線方法如圖4-3所

33、示：1）、將I/O信號接口面板上的上水箱液位的鈕子開關(guān)打到OFF 位置。2）、將上水箱液位+正極）接到S7200PLC的A/I0 的正極，上水箱液位-負(fù)端）接到S7200PLC的 A/I0 jW1viftGw93）、將S7200PLC的 A/O0 輸出端的正極接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥420mA +即正極），將S7200PLC的A/O0 輸出端的負(fù)極接至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥420mA輸入端的-即負(fù)極）。xS0DOYWHLP4）、單相電源的空氣開關(guān)打在關(guān)的位置。圖 4-3、上水箱液位PID 參數(shù)整定控制接線圖3、啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1）、將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到380V三相電源上。2）、打開漏電保護(hù)及單相電源空氣開關(guān)。3）、打開電源總開關(guān)，按下啟動(dòng)按鈕即可開啟電源。4、實(shí)驗(yàn)步驟1）、打開單相泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、S7200PLC24VDC電源開關(guān)。2）、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)MCGS 組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)如圖4-4所示。一）、比例P）調(diào)節(jié)1）、打開單相泵電源開關(guān)，開始實(shí)驗(yàn)。2）、設(shè)定給定值，調(diào)整P 參數(shù)。3）、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動(dòng)信號在純比例的基礎(chǔ)上加擾動(dòng)，一般可通過