《工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用》課件模塊四

模塊四MCGS模擬量組態(tài)工程

項目一電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)項目二溫度控制系統(tǒng)項目三風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)項目四液位串級控制系統(tǒng)項目五西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)

項目一電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

(1)掌握光電耦合器的使用方法。

(2)掌握電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的控制要求。

(3)掌握電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的硬件接線。

(4)掌握電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的通信方式。

(5)掌握電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的控制原理。

(6)掌握電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的程序設(shè)計方法。

(7)掌握電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計方法。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的分析能力。

(2)初步具備光電耦合器的測速技能。

(3)初步具備PLC電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計能力。

(4)初步具備電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計能力。

(5)初步具備電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的組態(tài)能力。

(6)初步具備電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)PLC程序與組態(tài)的統(tǒng)調(diào)能力。二、要求學(xué)生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)?EM235模塊的使用方法。

(2)?PLC應(yīng)用技術(shù)基本知識。

(3)?PID控制基本知識。

(4)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識。

(5)組態(tài)技術(shù)基本知識。

2.必備技能

(1)熟練的PLC接線操作技能。

(2)熟練的PLC編程調(diào)試技能。

(3)熟練的PID控制系統(tǒng)調(diào)試技能。

(4)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)的組建能力。三、相關(guān)知識

1.?EM235模塊

EM235模塊能直接和PT100熱電阻相連，供電電源為DC24V。EM235有4路模擬量輸入、1路模擬量輸出。輸入和輸出都可以為0～10V電壓或0～20mA電流。圖4-1-1為EM235的輸入/輸出接線圖。圖4-1-1EM235的輸入/輸出接線圖用DIP開關(guān)可以設(shè)置EM235模塊，如圖4-1-2所示，開關(guān)1～6用于選擇模擬量輸入范圍和分辨率，所有的輸入均設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍和格式。開關(guān)1、2、3是衰減設(shè)置，開關(guān)4、5是增益設(shè)置，開關(guān)6為單/雙極性設(shè)置。圖4-1-2EM235DIP開關(guān)設(shè)置

EM235選擇單/雙極性、增益和衰減的開關(guān)設(shè)置，EM235選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)設(shè)置，分別如

表4-1-1、表4-1-2所示。本系統(tǒng)中DIP開關(guān)設(shè)置為表4-1-3所示。單極性時，對應(yīng)的數(shù)據(jù)字是0～32000，雙極性時對應(yīng)的數(shù)據(jù)字是?-32000～32000，在本系統(tǒng)中用的是4mA～20mA電流，是單極性字，所以對應(yīng)的4mA電流數(shù)據(jù)字是0，20mA電流數(shù)據(jù)字是32000。

2.電機轉(zhuǎn)速控制模塊介紹

電機轉(zhuǎn)速控制模塊硬件組成如圖4-1-3所示。

電機轉(zhuǎn)速控制模塊作為一個小型對象，系統(tǒng)由兩個直流電機及直流調(diào)速電路等組成。兩個電機組成電動機—發(fā)電機模式，采用了電機聯(lián)軸器；調(diào)速器采用2V～10V的電壓控制，從而改變電機的轉(zhuǎn)速；編碼盤為6脈沖/轉(zhuǎn)，配置光電耦合器測速。圖4-1-3電機轉(zhuǎn)速控制模塊硬件組成四、理實一體化教學(xué)任務(wù)

理實一體化教學(xué)任務(wù)見表4-1-4。五、理實一體化教學(xué)步驟

1.電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)控制要求

(1)用光電耦合器、電機、PLC、EM235模擬量處理模塊、調(diào)速器等構(gòu)成電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。

(2)用MCGS軟件來監(jiān)控電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。

(3)實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的定值調(diào)節(jié)。

2.電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備基本配置及控制接線圖

(1)實訓(xùn)設(shè)備基本配置：

光電耦合器 一套

電機 兩臺

EM235模擬量處理模塊 一塊

調(diào)速器 一個

RS-232轉(zhuǎn)換接頭及傳輸線 一根

MCGS運行狗 一個

計算機 一臺/人

西門子S7-200PLC 一臺

(2)系統(tǒng)接線。電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)接線圖如圖4-1-4所示。

3.電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的I/O口分配

電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的I/O口分配見表4-1-5。圖4-1-4電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)接線圖

4.電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的組成及控制原理

如圖4-1-5所示，光電耦合器將電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號經(jīng)I0.0送給高速計數(shù)器，在PLC程序中設(shè)計100ms的中斷程序讀取高速傳感器的當(dāng)前值，并經(jīng)過標(biāo)度變換將其轉(zhuǎn)

換成0～1之間的實數(shù)送到PID模塊，與設(shè)定值進行比較后對偏差進行PID運算，將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換成PLC的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出信號。經(jīng)模擬量處理模塊轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的輸出信號送到調(diào)速器，從而使電機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值上。利用MCGS組態(tài)平臺來實時地監(jiān)控PLC中相關(guān)數(shù)據(jù)的變化，使電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的工藝生產(chǎn)狀態(tài)在監(jiān)控界面上真實地再現(xiàn)出來，以便操作人員監(jiān)控工藝生產(chǎn)的各個參數(shù)。圖4-1-5電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的組成

5.電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的PLC程序

1)符號表

符號表見表4-1-6。

2)主程序

主程序包括兩個網(wǎng)絡(luò)。

(1)網(wǎng)絡(luò)1：初始化PID參數(shù)，指定采樣周期為0.1s，中斷時間為100ms，如圖4-1-6所示。圖4-1-6初始化程序(1)

(2)網(wǎng)絡(luò)2：定義高速計數(shù)器為HSC0，當(dāng)前值為0，最

大記數(shù)值為1000000，并啟動高速計數(shù)器HSC0，如圖4-1-7所示。圖4-1-7初始化程序(2)中斷服務(wù)程序：

(1)網(wǎng)絡(luò)1：電機每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生6個脈沖，將100ms產(chǎn)生的脈沖數(shù)除以0.6，得到每秒的轉(zhuǎn)速，送到LD0，重新啟動計數(shù)器計數(shù)，如圖4-1-8所示。圖4-1-8數(shù)據(jù)采集程序

(2)網(wǎng)絡(luò)2：將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為0～1之間的數(shù)送到PID_PV，如圖4-1-9所示。圖4-1-9輸入處理程序

(3)網(wǎng)絡(luò)3：實現(xiàn)手動/自動切換，如圖4-1-10所示。圖4-1-10手動/自動切換程序

(4)網(wǎng)絡(luò)4：將0～1之間的輸出值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的輸出值送到AQW0，如圖4-1-11所示。圖4-1-11輸出處理程序

6.電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的組態(tài)

1)新建工程

選擇“文件”→“新建工程”菜單項，新建“電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng).MCG”工程文件。

2)數(shù)據(jù)庫組態(tài)

電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫規(guī)劃如圖4-1-12所示。圖4-1-12電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫規(guī)劃

3)設(shè)備組態(tài)

(1)打開工作臺中的“設(shè)備窗口”標(biāo)簽，雙擊設(shè)備窗口，在空白處右擊鼠標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”，添加如圖4-1-13所示的設(shè)備。圖4-1-13電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)備窗口組態(tài)

(2)電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)PLC屬性設(shè)置如圖4-1-14所示。圖4-1-14電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)PLC屬性設(shè)置

4)用戶窗口組態(tài)

(1)打開“用戶窗口”標(biāo)簽，創(chuàng)建電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)窗口。

(2)雙擊電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)窗口，打開動畫組態(tài)界面，繪制如圖4-1-15所示的圖形(參考模塊三中的項目二)。圖4-1-15電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)控制界面

(3)在組態(tài)畫面中，分別將相應(yīng)的圖形與變量(PID_PV、PID_SP、PID_MV、PID_P、PID_TS、PID_I、PID_D、PID_AM、PID_MAN、PID_OUT等)建立聯(lián)系。

(4)實時曲線的畫筆與PID_PV、PID_SP、PID_OUT等變量一一建立連接。六、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內(nèi)容見表4-1-7。七、注意事項

(1)電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)采用高速計數(shù)器采集電機的轉(zhuǎn)速時，注意記數(shù)脈沖的接線端子。

(2)安裝光電耦合器時一定要注意安裝位置。

(3)采集的數(shù)據(jù)在進行PID運算以前要將其轉(zhuǎn)換為0～1之間的實數(shù)。

(4)?PID運算的輸出信號要轉(zhuǎn)換為PLC的標(biāo)準(zhǔn)輸出值。

(5)控制信號在送往調(diào)壓器之前要經(jīng)過EM235模擬量處理模塊進行處理。八、系統(tǒng)調(diào)試

(1)電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)PLC程序調(diào)試。反復(fù)調(diào)試PLC程序，直至達到電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的控制要求為止。

(2)?MCGS仿真界面調(diào)試。

①運行初步調(diào)試正確的PLC程序。

②開環(huán)調(diào)試。將手動/自動切換按鈕置于手動方式，觀察控制系統(tǒng)測量值和輸出值是否正常顯示，如果顯示不正常，檢查系統(tǒng)接線及設(shè)備組態(tài)，直到顯示正常為止。③閉環(huán)調(diào)試。將手動/自動切換按鈕置于自動方式，觀察控制系統(tǒng)的控制效果是否達到控制要求，如果沒有達到控制要求，則反復(fù)調(diào)試，直到達到控制要求為止。

(3)調(diào)試中的常見問題：

①數(shù)據(jù)不顯示。

解決方法：在設(shè)備組態(tài)中解決通道連接問題。

②控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)閉環(huán)控制。

解決方法：檢查控制系統(tǒng)的組態(tài)及PLC控制程序。九、思考題

(1)電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)應(yīng)采用哪種調(diào)節(jié)規(guī)律？

(2)光電耦合器可應(yīng)用在哪些場合？

(3)在PLC中如何實現(xiàn)輸入信號的標(biāo)度變換？

(4)去掉微分作用，應(yīng)該將微分時間放在何處？

(5)如何實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的定值控制？項目二溫度控制系統(tǒng)

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

(1)掌握EM235模塊的使用方法。

(2)掌握溫度傳感器的使用方法。

(3)掌握溫度控制系統(tǒng)的控制要求。

(4)掌握溫度控制系統(tǒng)的硬件接線。

(5)掌握溫度控制系統(tǒng)的通信方式。

(6)掌握溫度控制系統(tǒng)的控制原理。

(7)掌握溫度控制系統(tǒng)PID控制的設(shè)計方法。

(8)掌握溫度控制系統(tǒng)的程序設(shè)計方法。

(9)掌握溫度控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計方法。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備溫度控制系統(tǒng)的分析能力。

(2)初步具備PLC溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計能力。

(3)初步具備溫度控制系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計能力。

(4)初步具備對PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計能力。

(5)初步具備溫度控制系統(tǒng)的組態(tài)能力。

(6)初步具備溫度控制系統(tǒng)PLC程序與組態(tài)的統(tǒng)調(diào)能力。二、要求學(xué)生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)?PLC應(yīng)用技術(shù)基本知識。

(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識。

(3)組態(tài)技術(shù)基本知識。

(4)溫度傳感器基本知識。

(5)?PID控制原理。

2.必備技能

(1)熟練的PLC接線操作技能。

(2)熟練的溫度傳感器接線操作技能。

(3)熟練的PLC編程調(diào)試技能。

(4)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)的組建能力。三、相關(guān)知識

1.?EM235模塊

見本模塊中的項目一。

2.溫度控制模塊A8052介紹

溫度控制模塊的硬件組成如圖4-2-1所示。圖4-2-1溫度控制模塊的硬件組成

A8052模塊作為一個小型控制對象，系統(tǒng)由冷卻風(fēng)扇電機，調(diào)壓器，加熱模塊，測溫單元等組成。測溫單元pt100檢測到的信號經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的電流；經(jīng)信號單元轉(zhuǎn)換成電壓信號送給A8052的加熱模塊，以改變加熱器的加熱速度；通過改變風(fēng)扇調(diào)節(jié)旋鈕改變加熱器的散熱速度。四、理實一體化教學(xué)任務(wù)

理實一體化教學(xué)任務(wù)見表4-2-1。五、理實一體化教學(xué)步驟

1.溫度控制系統(tǒng)控制要求

設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，具體要求如下：

(1)用pt100熱電阻、調(diào)壓器、風(fēng)扇、S7-200PLC、EM235模擬量處理模塊等構(gòu)成溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。

(2)用MCGS軟件來監(jiān)控溫度控制系統(tǒng)。

(3)實現(xiàn)對溫度控制系統(tǒng)的定值調(diào)節(jié)。

2.溫度控制系統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備基本配置及控制接線圖

(1)實訓(xùn)設(shè)備基本配置：

pt100熱電阻 一個

溫度變送器 一個

風(fēng)扇 一個

EM235模擬量處理模塊 一塊

RS-232轉(zhuǎn)換接頭及傳輸線 一根

MCGS運行狗 一個

計算機 一臺/人

西門子S7-200PLC 一臺

(2)溫度控制系統(tǒng)接線圖如圖4-2-2所示。

3.溫度控制系統(tǒng)的I/O口分配

溫度控制系統(tǒng)的I/O口分配見表4-2-2。圖4-2-2溫度控制系統(tǒng)接線圖

4.溫度控制系統(tǒng)的組成及控制原理

pt100熱電阻將檢測到的溫度信號經(jīng)溫度變送器的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的模擬信號送到模擬量處理模塊EM235，EM235處理后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的16位數(shù)字信號存放到PLC的寄存器中，在PLC程序中設(shè)計100ms的中斷程序讀取溫度的當(dāng)前值，并經(jīng)過標(biāo)度變換將其轉(zhuǎn)換成0～1之間的實數(shù)送到PID模塊。與設(shè)定值進行比較后對偏差進行PID運算，將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換成PLC的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出信號，經(jīng)模擬量處理模塊轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的輸出信號送到調(diào)壓器，從而改變加熱管的加熱速度，在冷卻風(fēng)扇的作用下，使溫度對象的溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。利用MCGS組態(tài)平臺來實時地監(jiān)控PLC中相關(guān)數(shù)據(jù)的變化，使溫度控制系統(tǒng)的工藝生產(chǎn)狀態(tài)在監(jiān)控界面上真實地再現(xiàn)出來，以便操作人員監(jiān)控工藝生產(chǎn)的各個參數(shù)。

5.溫度控制系統(tǒng)PLC控制程序

1)主程序

初始化PID參數(shù)，指定采樣周期為0.1s，中斷時間為

100ms。初始化程序如圖4-2-3所示。圖4-2-3初始化程序

2)中斷服務(wù)程序

(1)網(wǎng)絡(luò)1：?將溫度檢測元件熱電阻檢測到的信號轉(zhuǎn)換為0～1之間的數(shù),送到PID_PV。數(shù)據(jù)采集程序如圖4-2-4所示。

(2)網(wǎng)絡(luò)2：實現(xiàn)手動/自動切換。手動/自動切換程序如圖4-2-5所示。

(3)網(wǎng)絡(luò)3：將0～1之間的輸出值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的輸出值，送到AQW0。輸出處理程序如圖4-2-6所示。圖4-2-4數(shù)據(jù)采集程序圖4-2-5手動/自動切換程序圖4-2-6輸出處理程序

6.溫度控制系統(tǒng)的組態(tài)

1)新建工程

選擇“文件”→“新建工程”菜單項，新建“溫度控制系統(tǒng).MCG”工程文件。

2)數(shù)據(jù)庫組態(tài)

溫度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫規(guī)劃如圖4-2-7所示。圖4-2-7溫度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫規(guī)劃

3)設(shè)備組態(tài)

(1)打開工作臺中的“設(shè)備窗口”標(biāo)簽，雙擊設(shè)備窗口，在空白處右擊鼠標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”，添加如圖4-2-8所示的設(shè)備。圖4-2-8設(shè)備窗口組態(tài)

(2)?PLC屬性設(shè)置如圖4-2-9所示。圖4-2-9PLC屬性設(shè)置

4)用戶窗口組態(tài)

(1)打開“用戶窗口”標(biāo)簽，創(chuàng)建溫度控制系統(tǒng)窗口。

(2)雙擊溫度控制系統(tǒng)窗口，打開動畫組態(tài)界面，繪制如圖4-2-10所示的圖形(參考模塊三中的項目二)。圖4-2-10溫度控制系統(tǒng)控制界面

(3)在組態(tài)畫面中，分別將相應(yīng)的圖形與變量(PID_PV、PID_SP、PID_MV、PID_P、PID_TS、PID_I、PID_D、PID_AM、PID_MAN、PID_OUT等)建立聯(lián)系。

(4)將實時曲線的畫筆與PID_PV、PID_SP、PID_OUT等變量一一建立連接。六、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內(nèi)容如表4-2-3

所示。七、注意事項

(1)熱電阻接線時要采取三線制接法。

(2)溫度控制系統(tǒng)應(yīng)采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律。

(3)采集的數(shù)據(jù)在進行PID運算以前要將其轉(zhuǎn)換為0～1之間的實數(shù)。

(4)?PID運算的輸出信號要轉(zhuǎn)換為PLC的標(biāo)準(zhǔn)輸出值。

(5)控制信號在送往調(diào)壓器之前要經(jīng)過EM235模擬量處理模塊進行處理。八、系統(tǒng)調(diào)試

(1)溫度控制系統(tǒng)PLC程序調(diào)試。在開環(huán)狀態(tài)下，測試溫度信號是否能采集，手動控制信號是否能夠送到執(zhí)行機構(gòu)。

(2)?MCGS仿真界面調(diào)試。

①運行初步調(diào)試正確的PLC程序。

②進入MCGS運行界面，將系統(tǒng)置于手動方式，觀察輸入/輸出信號是否正常顯示，如果顯示不正常，檢查硬件接線及設(shè)備組態(tài)，直到顯示正常為止。

③將系統(tǒng)置于自動方式，觀察顯示曲線是否達到溫度控制系統(tǒng)的控制要求，否則修改相應(yīng)的程序或參數(shù)。

(3)反復(fù)調(diào)試，直到組態(tài)界面和PLC程序都達到溫度控制系統(tǒng)要求為止。

(4)調(diào)試中的常見問題：

①測量值不顯示。

解決方法：檢查溫度變送器的接線是否正常，并檢查數(shù)據(jù)采集程序是否正確。

②溫度調(diào)節(jié)性能差。

解決方法：采取PID調(diào)節(jié)規(guī)律。九、思考題

(1)熱電阻測溫時，為什么要采取三線制接法？

(2)在PLC中如何實現(xiàn)溫度輸入信號的標(biāo)度變換？

(3)在PLC中如何對輸出信號進行轉(zhuǎn)換？

(4)溫度控制一般采取哪一種調(diào)節(jié)規(guī)律？項目三風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

(1)掌握EM235模塊的使用方法。

(2)掌握速度測量傳感器的使用方法。

(3)掌握臺州富凌變頻器的使用方法。

(4)掌握風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的控制要求。

(5)掌握風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的硬件接線。

(6)掌握風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的通信方式。

(7)掌握風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的控制原理。

(8)掌握風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)PID控制的設(shè)計方法。

(9)掌握風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計方法。

(10)掌握風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)組態(tài)的設(shè)計方法。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的分析能力。

(2)初步具備PLC風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計能力。

(3)初步具備風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計能力。

(4)初步具備對PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計能力。

(5)初步具備風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的組態(tài)能力。

(6)初步具備風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)PLC程序與組態(tài)的統(tǒng)調(diào)能力。二、要求學(xué)生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)?PLC應(yīng)用技術(shù)基本知識。

(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識。

(3)組態(tài)技術(shù)基本知識。

(4)?PID控制原理。

2.必備技能

(1)熟練的PLC接線操作技能。

(2)熟練的PLC編程調(diào)試技能。

(3)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)的組建能力。三、相關(guān)知識

1.EM235模塊

見本模塊中的項目一。

2.風(fēng)機模塊前面板

風(fēng)機模塊前面板如圖4-3-1所示。圖4-3-1風(fēng)機模塊前面板

3.調(diào)速器

調(diào)速器的特性為：電源輸入電壓為0～36V，通過PWM技術(shù)，調(diào)節(jié)輸出電壓不超過輸入電壓；控制輸入電壓為0～10V，輸入電阻大于100kΩ。

4.速度測量傳感器

速度測量傳感器為光電耦合器件，這里采用的是夏普公司的高性能光電發(fā)射測量元件，其內(nèi)部電路和引腳圖如圖

4-3-2所示。圖4-3-2速度測量傳感器內(nèi)部電路

5.臺州富凌變頻器

變頻器的前操作面板如圖4-3-3所示。圖4-3-3變頻器的前操作面板變頻器的操作方法如下：

變頻器的操作面板采用三級菜單結(jié)構(gòu)進行參數(shù)設(shè)置等操作。三級菜單分別為功能參數(shù)組(一級菜單)、功能碼(二級菜單)和功能設(shè)定值(三級菜單)。其操作流程如圖4-3-4所示。圖4-3-4變頻器操作流程

6.風(fēng)機

小型的三相風(fēng)機，具有聲音小、耗電低的特點，同時可以實現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等控制，作為變頻器控制的對象。由于其功率小，所以可以采用220VAC輸入，得到220V的三相輸出。

四、理實一體化教學(xué)任務(wù)

理實一體化教學(xué)任務(wù)見表4-3-1。五、理實一體化教學(xué)步驟

1.風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)控制要求

(1)用速度測量傳感器、風(fēng)機、PLC、EM235模擬量處理模塊、變頻器等構(gòu)成風(fēng)機閉環(huán)控制系統(tǒng)。

(2)用MCGS軟件來監(jiān)控風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)。

(3)實現(xiàn)對風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的定值調(diào)節(jié)。

2.風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備基本配置及控制接線圖

(1)實訓(xùn)設(shè)備基本配置：

速度測量傳感器 一套

風(fēng)機 一個

EM235模擬量處理模塊 一塊

變頻器 一臺

RS-232轉(zhuǎn)換接頭及傳輸線 一根

MCGS運行狗 一個

計算機 一臺/人

西門子S7-200PLC 一臺

(2)系統(tǒng)接線。

①風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)接線圖如圖4-3-5所示。

②臺州富凌變頻器ZB2000型接線圖如圖4-3-6所示。圖4-3-5風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)接線圖圖4-3-6臺州富凌變頻器ZB2000型接線圖變頻器的選擇為單相輸入，頻率外部給定為電壓型。

3.風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的I/O口分配

風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的I/O口分配見表4-3-2。

4.風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的組成及控制原理

如圖4-3-7所示，速度測量傳感器將風(fēng)機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號后經(jīng)I0.0送給高速計數(shù)器，在PLC程序中設(shè)計100ms的中斷程序讀取高速傳感器的當(dāng)前值，并經(jīng)過標(biāo)度變換將其轉(zhuǎn)換成0～1之間的實數(shù)送到PID模塊.圖4-3-7風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)控制圖與設(shè)定值進行比較后對偏差進行PID運算，將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換成PLC的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出信號，經(jīng)模擬量處理模塊轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的輸出信號送到變頻器，變頻器通過面板來

控制風(fēng)機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定

值上。

5.風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)PLC控制程序

1)符號表

符號表見表4-3-3。

2)主程序

主程序包括兩個網(wǎng)絡(luò)。

(1)網(wǎng)絡(luò)1：初始化PID參數(shù)，指定采樣周期為0.1s，中斷時間為100ms。初始化程序如圖4-3-8所示。圖4-3-8初始化程序(1)

(2)網(wǎng)絡(luò)2：定義高速計數(shù)器為HSC0，當(dāng)前值為0，最大記數(shù)值為1000000，并啟動高速計數(shù)器HSC0。初始化程序如圖4-3-9所示。圖4-3-9初始化程序(2)中斷服務(wù)程序：

(1)網(wǎng)絡(luò)1：風(fēng)機每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生7個脈沖，將100ms產(chǎn)生的脈沖數(shù)除以0.7，得到每秒的轉(zhuǎn)速，送到LD0，重新啟動計數(shù)器計數(shù)。數(shù)據(jù)采集程序如圖4-3-10所示。圖4-3-10數(shù)據(jù)采集程序

(2)網(wǎng)絡(luò)2：將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為0～1之間的數(shù)送到PID_PV。輸入處理程序如圖4-3-11所示。

(3)網(wǎng)絡(luò)3：實現(xiàn)手動/自動切換。手動/自動切換程序如圖4-3-12所示。

(4)網(wǎng)絡(luò)4：將0～1之間的輸出值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的輸出值送到AQW0。輸出處理程序如圖4-3-13所示。圖4-3-11輸入處理程序圖4-3-12手動/自動切換程序圖4-3-13輸出處理程序

6.風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的組態(tài)

1)新建工程

選擇“文件”→“新建工程”菜單項，新建“風(fēng)機變頻控制系統(tǒng).MCG”工程文件。

2)數(shù)據(jù)庫組態(tài)

風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫規(guī)劃如圖4-3-14所示。圖4-3-14風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫規(guī)劃

3)設(shè)備組態(tài)

(1)打開工作臺中的“設(shè)備窗口”標(biāo)簽，雙擊設(shè)備窗口，在空白處右擊鼠標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”，添加如圖4-3-15所示的設(shè)備。圖4-3-15風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)設(shè)備窗口組態(tài)

(2)風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的PLC屬性設(shè)置如圖4-3-16所示。圖4-3-16風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的PLC屬性設(shè)置

4)用戶窗口組態(tài)

(1)打開“用戶窗口”標(biāo)簽，創(chuàng)建風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)窗口。

(2)雙擊風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)窗口，打開動畫組態(tài)界面，繪制如圖4-3-17所示的圖形(參考模塊三中的項目二)。圖4-3-17風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)控制界面

(3)在組態(tài)畫面中，分別將相應(yīng)的圖形與變量(PID_PV、PID_SP、PID_MV、PID_P、PID_TS、PID_I、PID_D、PID_AM、PID_MAN、PID_OUT等)建立聯(lián)系。

(4)將實時曲線的畫筆與PID_PV、PID_SP、PID_OUT等變量一一建立連接。六、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內(nèi)容如表4-3-4

所示。七、注意事項

(1)風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)采用高速計數(shù)器采集風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。

(2)風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)組態(tài)的連接必須與PLC的I/O口一一對應(yīng)。

(3)采集的數(shù)據(jù)在進行PID運算以前要將其轉(zhuǎn)換為0～1之間的實數(shù)。

(4)?PID運算的輸出信號要轉(zhuǎn)換為PLC的標(biāo)準(zhǔn)輸出值。

(5)控制信號在送往變頻器之前要經(jīng)過EM235模擬量處理模塊進行處理。八、系統(tǒng)調(diào)試

(1)風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)PLC程序調(diào)試。反復(fù)調(diào)試PLC程序，直到達到風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的控制要求為止。

(2)?MCGS仿真界面調(diào)試。

①運行初步調(diào)試正確的PLC程序。②進入MCGS運行界面，調(diào)試MCGS組態(tài)界面，觀察顯示界面是否達到風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的控制要求，否則根據(jù)風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的顯示需求添加必要的動畫，再根據(jù)動畫要求修改PLC程序。

(3)反復(fù)調(diào)試，直到組態(tài)界面和PLC程序都達到要求

為止。

(4)調(diào)試中的常見問題：

①數(shù)據(jù)不顯示。

解決方法：在設(shè)備組態(tài)中解決通道連接問題。

②變頻器工作不正常。

解決方法：檢查變頻器的輸入信號是否正常，若不正常，檢查PLC的模擬量輸出是否正常，否則反復(fù)修改PLC程序，直到模擬量輸出正常為止。九、思考題

(1)在PLC中如何實現(xiàn)輸入信號的標(biāo)度變換？

(2)如何實現(xiàn)風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的開環(huán)控制？

(3)如何實現(xiàn)風(fēng)機變頻控制系統(tǒng)的定值控制？項目四液位串級控制系統(tǒng)

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

(1)掌握液位串級控制系統(tǒng)的控制要求。

(2)掌握液位串級控制系統(tǒng)的硬件接線。

(3)掌握液位串級控制系統(tǒng)的通信方式。

(4)掌握液位串級控制系統(tǒng)的控制原理。

(5)掌握液位串級控制系統(tǒng)PID控制的設(shè)計方法。

(6)掌握液位串級控制系統(tǒng)腳本程序的設(shè)計方法。

(7)掌握液位串級控制系統(tǒng)組態(tài)的設(shè)計方法。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備簡單工程的分析能力。

(2)初步具備串級控制系統(tǒng)的構(gòu)建能力。

(3)增強獨立分析、綜合開發(fā)研究、解決具體問題能力。

(4)初步具備對PID串級控制系統(tǒng)的設(shè)計能力。

(5)初步具備液位串級控制系統(tǒng)的分析能力。

(6)初步具備液位串級控制系統(tǒng)的組態(tài)能力。

(7)初步具備液位串級控制系統(tǒng)的統(tǒng)調(diào)能力。二、要求學(xué)生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)檢測儀表及調(diào)節(jié)儀表的基本知識。

(2)串級控制系統(tǒng)的組成。

(3)計算機控制基本知識。

(4)泓格7017模擬量輸入模塊基本知識。

(5)泓格7024模擬量輸出模塊基本知識。

(6)計算機輸入通道基本知識。

(7)計算機輸出通道基本知識。

(8)?PID控制原理。

(9)計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)基本知識。

(10)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識。

(11)組態(tài)技術(shù)基本知識。

2.必備技能

(1)熟練的計算機操作技能。

(2)變送器的調(diào)校技能。

(3)控制器的調(diào)校技能。

(4)泓格7017模擬量輸入模塊的接線能力。

(5)泓格7024模擬量輸出模塊的接線能力。

(6)計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)的組建能力。三、相關(guān)知識

1.泓格7017模擬量輸入模塊簡介

見模塊三中的項目一。

2.泓格7024模擬量輸出模塊簡介

見模塊三中的項目一。四、理實一體化教學(xué)任務(wù)

理實一體化教學(xué)任務(wù)見表4-4-1。五、理實一體化教學(xué)步驟

1.液位串級控制系統(tǒng)的工藝流程圖

液位串級控制系統(tǒng)的工藝流程圖見圖4-4-1。圖4-4-1液位串級控制系統(tǒng)的工藝流程圖

2.控制方案的設(shè)計

用泓格7017智能模塊、泓格7024智能模塊、PID控制軟設(shè)備實現(xiàn)對液位的串級控制，并用MCGS軟件實現(xiàn)對各種參數(shù)的顯示、存儲與控制功能。

3.實訓(xùn)設(shè)備基本配置及接線

(1)實訓(xùn)設(shè)備基本配置：

液位對象(有液位變送器和電動調(diào)節(jié)閥)一套

泓格7017模擬量輸入模塊 一塊

泓格7024模擬量輸出模塊 一塊

RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換接頭及傳輸線 一根

MCGS運行狗 一個

計算機 一臺/人

(2)液位串級控制系統(tǒng)接線。液位串級控制系統(tǒng)接線如圖4-4-2所示，如果沒有液位對象，可用信號發(fā)生器和電流表代替液位變送器和電動調(diào)節(jié)閥。圖4-4-2液位串級控制系統(tǒng)接線圖

4.控制系統(tǒng)的控制原理

中水箱、下水箱的液位信號經(jīng)兩個液位變送器的轉(zhuǎn)換，將其按量程范圍轉(zhuǎn)換為4mA～20mA的電流信號，經(jīng)250Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻轉(zhuǎn)換為1V～5V的電壓信號，然后送到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊泓格7017的0、1通道，將兩路1V～5V的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)RS-485到RS-232的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為計算機能夠接收的信號送到計算機。計算機按人們預(yù)先規(guī)定好的串級控制程序，對被測量

進行分析、判斷、處理，按預(yù)定的控制算法(如PID控制)進行運算，從而送出一個控制信號，經(jīng)RS-232到RS-485的轉(zhuǎn)換，然后送到數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7024的0通道，轉(zhuǎn)換為4mA～

20mA的電流信號送到電動調(diào)節(jié)閥，從而控制水箱進水流量的大小。主回路是一個定值控制系統(tǒng)，而副回路是一個隨動控制系統(tǒng)。串級系統(tǒng)由于增加了副回路，因而對于進入副回路的干擾具有很強的抑制作用，使作用于副環(huán)的干擾對主變量的影響大大減小。

5.液位串級控制系統(tǒng)的組態(tài)

1)新建工程

選擇“文件”→“新建工程”菜單項，新建“液位串級控制系統(tǒng).MCG”工程文件。

2)數(shù)據(jù)庫組態(tài)

液位串級控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫規(guī)劃如圖4-4-3所示。圖4-4-3液位串級控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫規(guī)劃

3)設(shè)備組態(tài)

(1)打開工作臺中的“設(shè)備窗口”標(biāo)簽，雙擊設(shè)備窗口，在空白處右擊鼠標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”，添加如圖4-4-4所示的設(shè)備。圖4-4-4液位串級控制系統(tǒng)設(shè)備窗口組態(tài)

(2)泓格7017屬性設(shè)置如圖4-4-5所示。圖4-4-5泓格7017屬性設(shè)置

(3)泓格7024屬性設(shè)置如圖4-4-6所示。圖4-4-6泓格7024屬性設(shè)置

(4)?PID軟設(shè)備1的設(shè)置如圖4-4-7所示。

圖4-4-7PID軟設(shè)備1的設(shè)置

(5)?PID軟設(shè)備2的設(shè)置如圖4-4-8所示。圖4-4-8PID軟設(shè)備2的設(shè)置

4)用戶窗口組態(tài)

(1)打開“用戶窗口”標(biāo)簽，創(chuàng)建液位串級控制系統(tǒng)窗口。

(2)雙擊液位串級控制系統(tǒng)窗口，打開動畫組態(tài)界面，繪制如圖4-4-9所示的圖形(參考模塊三中的項目二)。圖4-4-9液位串級控制系統(tǒng)控制界面

主控制器條形顯示：紅色顯示設(shè)定值sv主，綠色顯示測量值pv主，紫色顯示總輸出mv2主，實時曲線、歷史曲線、報表、報警也顯示相應(yīng)的參數(shù)和相應(yīng)的顏色。

副控制器條形顯示：紅色顯示設(shè)定值sv副，綠色顯示測量值pv副，紫色顯示總輸出mv2副，實時曲線、歷史曲線、報表、報警也顯示相應(yīng)的參數(shù)和相應(yīng)的顏色。

主、副控制器的數(shù)字顯示及設(shè)置按鈕分別連接至各自的k、ti、td、sv、pv、mv、op、mv2、mv1。

5)循環(huán)腳本

循環(huán)腳本程序如下：

pv主=(pv1主/5000-1)*50

pv副=(pv1副/5000-1)*50

ifqh主=1then

mv2主=mv主

else

mv2主=op主

endif

sv副=mv2主*2

ifqh副=1then

mv2副=mv副

else

mv2副=op副

endif

mv1副=mv2副/6.25+4

六、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內(nèi)容如表4-4-2

所示。七、注意事項

(1)液位串級控制系統(tǒng)接線時注意只用泓格7017的兩個通道。

(2)副控制器的設(shè)定值要與主控制器的輸出信號相連接。

(3)液位串級控制系統(tǒng)送到對象的輸出只有一個。八、系統(tǒng)調(diào)試

(1)調(diào)試液位串級控制系統(tǒng)MCGS仿真界面。

(2)主回路調(diào)試：

①開環(huán)調(diào)試。將主回路手動/自動切換按鈕置于手動方式，觀察控制系統(tǒng)測量值和輸出值是否正常顯示，如果顯示不正常，檢查系統(tǒng)接線及設(shè)備組態(tài)，直到正常顯示為止。②閉環(huán)調(diào)試。將手動/自動切換按鈕置于自動方式，觀察控制系統(tǒng)的控制效果是否達到控制要求，如果沒有達到控制要求則反復(fù)調(diào)試，直到達到控制要求為止。

(3)副回路調(diào)試：

①開環(huán)調(diào)試。將主回路手動/自動切換按鈕置于手動方式，將副回路手動/自動切換按鈕置于手動方式，觀察副回路控制系統(tǒng)測量值和輸出值是否正常顯示，如果顯示不正常，檢查系統(tǒng)接線及設(shè)備組態(tài)，直到正常顯示為止。②閉環(huán)調(diào)試。將主回路手動/自動切換按鈕置于手動方式，將副回路手動/自動切換按鈕置于自動方式，觀察控制系統(tǒng)的控制效果是否達到控制要求，如果沒有達到控制要求則反復(fù)調(diào)試，直到達到控制要求為止。

(4)將主回路、副回路都置于自動方式，使控制系統(tǒng)進入串級控制方式。九、思考題

(1)串級控制系統(tǒng)有什么特點？

(2)如何實現(xiàn)串級控制系統(tǒng)的投運？

(3)串級控制系統(tǒng)主、副回路控制規(guī)律如何設(shè)置？

(4)主控制器設(shè)為手動方式,副回路是隨動控制系統(tǒng)嗎？項目五西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

(1)掌握西門子S7-300PLC的工作原理。

(2)掌握模擬量輸入/輸出模塊的特性。

(3)掌握模擬量控制的相關(guān)知識。

(4)掌握液位控制系統(tǒng)的控制要求。

(5)掌握液位控制系統(tǒng)PID控制算法的設(shè)計方法。

(6)掌握西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)的構(gòu)成。

(7)掌握簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計思路。

(8)掌握西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)的硬件接線。

(9)掌握西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)設(shè)備的連接。

(10)掌握控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計方法。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備簡單工程的分析能力。

(2)初步具備過程控制系統(tǒng)的設(shè)計能力。

(3)增強獨立分析、綜合開發(fā)研究、解決具體問題能力。

(4)初步具備西門子S7-300PLC系統(tǒng)的設(shè)計能力。

(5)初步具備西門子S7-300PLC系統(tǒng)的應(yīng)用能力。

(6)初步具備對簡單控制算法PID的設(shè)計能力。

(7)初步具備對西門子S7-300PLC系統(tǒng)中PID模塊的應(yīng)用能力。

(8)初步具備對簡單過程控制系統(tǒng)進行組態(tài)的設(shè)計能力。

(9)初步具備西門子S7-300PLC系統(tǒng)的調(diào)試能力。二、要求學(xué)生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)計算機控制基本知識。

(2)計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)基本知識。

(3)西門子S7-300PLC系統(tǒng)基本認(rèn)識。

(4)西門子S7-300PLC系統(tǒng)模擬量輸入/輸出模塊基本

知識。

(5)?I/O信號處理基本知識。

(6)簡單過程控制系統(tǒng)基本知識。

(7)檢測儀表及調(diào)節(jié)儀表的基本知識。

(8)?PID控制原理。

(9)?PLC編程的基本知識。

(10)組態(tài)技術(shù)基本知識。

2.必備技能

(1)熟練的計算機操作技能。

(2)簡單過程控制系統(tǒng)分析能力。

(3)?S7-300PLC系統(tǒng)搭建能力。

(4)?S7-300PLC編程軟件的使用技能。

(5)?S7-300PLC簡單程序的調(diào)試技能。

(6)?S7-300PLC硬件的接線能力。

(7)儀表信號類型的辨識能力。

(8)?S7-300PLCPID模塊應(yīng)用能力。

(9)計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組建能力。三、理實一體化教學(xué)任務(wù)

理實一體化教學(xué)任務(wù)見表4-5-1。四、理實一體化教學(xué)步驟

1.分析水箱液位控制系統(tǒng)的控制要求

水箱液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖4-5-1(a)、(b)所示。被控量為上水箱液位Q1(也可采用中水箱或下水箱)的高度，要求上水箱的液位穩(wěn)定在給定值。將壓力傳感器檢測到的上水箱液位信號作為測量信號，通過控制器控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，達到控制上水箱液位的目的。圖4-5-1上水箱液位控制系統(tǒng)

2.水箱液位控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計

(1)系統(tǒng)I/O設(shè)計：AI(2個)，AO(1個)。

(2)系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計：用一臺S7-300(CPU315-2DP)PLC、一個SM331模擬量輸入模塊和一個SM332模擬量輸出模塊，以及一塊西門子CP5611專用網(wǎng)卡和一根MPI網(wǎng)線實現(xiàn)對S7-300PLC液位的控制，并用MCGS軟件實現(xiàn)對各種參數(shù)的顯示、存儲與控制功能。圖4-5-2所示為S7-300PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖4-5-2S7-300PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.?S7-300PLC水箱液位控制系統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備基本配置及控制接線圖

(1)實訓(xùn)設(shè)備基本配置：

液位對象(帶液位變送器和電動調(diào)節(jié)閥)一套

S7-300PLCCPU(CPU315-2DP)一個

模擬量輸入模塊(SM331) 一個

模擬量輸出模塊(SM332) 一個

通信卡(CP5611專用網(wǎng)卡) 一個

通信電纜(MPI) 一個

計算機 一臺/人

(2)?S7-300PLC液位控制系統(tǒng)接線。S7-300PLC系統(tǒng)硬件配置圖如圖4-5-3所示，接線圖如圖4-5-4所示。如果沒有液位對象，可用信號發(fā)生器和電流表代替液位變送器和電動調(diào)節(jié)閥。圖4-5-3S7-300PLC系統(tǒng)硬件配置圖圖4-5-4S7-300PLC系統(tǒng)硬件接線圖

4.?S7-300PLC水箱液位控制系統(tǒng)的控制原理

上水箱液位信號經(jīng)液位變送器的轉(zhuǎn)換，成為4mA～

20mA的電流信號，然后送到S7-300PLC系統(tǒng)SM331模塊的0通道，通過SM331模塊內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換電路將4mA～20mA的電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送到CPU模塊CPU315-2DP中，然后按照預(yù)先編寫的程序，對被測量進行分析、判斷、處理，按預(yù)定的控制算法進行PID運算。從而送出一個控制信號，送到SM332模塊的0通道，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為4mA～20mA的電流信號送給電動調(diào)節(jié)閥，從而通過調(diào)節(jié)閥門的開度來達到控制水箱進水流量的目的。閥門的開度可通過SM331模塊的1通道送到計算機進行顯示。

5.?S7-300PLC水箱液位控制系統(tǒng)PLC控制程序

1)硬件組態(tài)

打開STEP7編程軟件，進行系統(tǒng)組態(tài)、CPU的參數(shù)設(shè)置、模塊的參數(shù)設(shè)置及地址分配，如圖4-5-5所示。其中，S7-300PLC系統(tǒng)機架上有八個槽，編號為1～8。1號槽必須放電源模塊，2號槽必須放CPU及擴展模塊，4～8號槽可以任意放置各種SM(信號模塊)。圖4-5-5S7-300PLC系統(tǒng)硬件組態(tài)

2)通信組態(tài)

網(wǎng)絡(luò)連接的組態(tài)如圖4-5-6所示。圖4-5-6S7-300PLC系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)連接

3)符號表

符號表見表4-5-2。

4)建立程序邏輯塊

邏輯塊包括組織塊OB、功能塊FB和功能塊FC。根據(jù)控制系統(tǒng)要求，分別新建共享數(shù)據(jù)塊、功能塊FC105(標(biāo)度變換子程序)、PID控制功能塊FB41(連續(xù)控制專用PID模塊)及對應(yīng)背景數(shù)據(jù)塊DB1，并插入系統(tǒng)組織塊OB35(默認(rèn)循環(huán)周期為100ms)，具體如圖4-5-7所示。圖4-5-7程序塊的組成

5)編寫程序

水箱液位控制系統(tǒng)現(xiàn)場檢測儀表發(fā)送的信號是4mA～20mA的電流信號，通過編寫子程序?qū)崿F(xiàn)4mA～20mA電流信號到電動閥門開度0～100的標(biāo)度變換。根據(jù)控制要求，利用PID算法及組織塊的調(diào)用實現(xiàn)水箱液位的定值控制。打開數(shù)據(jù)塊DB2，根據(jù)水箱液位信號和閥門開度信號的特點，依次對信號通道設(shè)置如下：

●?T_Out——REAL型，地址為DB2.DBD0；

●?F_Out——REAL型，地址為DB2.DBD4。

(1)網(wǎng)絡(luò)1：對現(xiàn)場采集到的模擬量信號進行標(biāo)度變換，在OB35中斷組織塊內(nèi)進行調(diào)用，中斷時間為100ms，如圖4-5-8和圖4-5-9所示。圖4-5-8標(biāo)度變換程序(1)圖4-5-9標(biāo)度變換程序(2)

(2)網(wǎng)絡(luò)2：調(diào)用PID(對應(yīng)背景數(shù)據(jù)塊為DB1)，進行參數(shù)設(shè)定并連接變量，中斷時間設(shè)置為100ms，如圖4-5-10

所示。

(3)保存編譯。圖4-5-10PID程序調(diào)用

6.西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)的組態(tài)

1)新建工程

選擇“文件”→“新建工程”菜單項，新建“S7-300PLC液位控制系統(tǒng).MCG”工程文件。

2)數(shù)據(jù)庫組態(tài)

西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫規(guī)劃如圖4-5-11所示。圖4-5-11西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫規(guī)劃

3)設(shè)備組態(tài)

(1)打開工作臺中的“設(shè)備窗口”標(biāo)簽，雙擊設(shè)備窗口，在空白處右擊鼠標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”，添加如圖4-5-12所示的設(shè)備。圖4-5-12設(shè)備窗口組態(tài)

(2)?PLC屬性設(shè)置如圖4-5-13所示。圖4-5-13PLC屬性設(shè)置

4)用戶窗口組態(tài)

(1)打開“用戶窗口”標(biāo)簽，創(chuàng)建S7-