AE2000B1型系統(tǒng)說明書31

AE2000B1系統(tǒng)說明書AD:杭州市濱江區(qū)六和路中控科技園D區(qū)三樓TEL:+8657186667888─PAGE10─AE2000B1型過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用手冊(cè)系統(tǒng)說明書

目錄TOC\o"1-3"\h\z第一章硬件系統(tǒng) 31.1系統(tǒng)主要特點(diǎn) 41.2實(shí)驗(yàn)對(duì)象組成結(jié)構(gòu) 51.2.1檢測(cè)裝置 51.2.2執(zhí)行裝置 91.3控制臺(tái)組成結(jié)構(gòu) 91.3.1電源和I/O信號(hào)面板 101.3.2智能調(diào)節(jié)儀面板 101.3.3遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊ICP-7017、ICP-7024面板 131.3.4S7200PLC模塊面板 161.3.5流量積算變送儀面板 211.3.6變頻器面板 221.4RS-485接口轉(zhuǎn)換器與通訊電纜 241.4.1RS-485接口轉(zhuǎn)換器 241.4.2通訊電纜 24第二章軟件系統(tǒng) 252.1S7200PLC下位機(jī)程序軟件 252.1.1STEP7-Micro/WIN32軟件簡(jiǎn)介 252.1.2S7200PLC程序的下載 272.1.3程序中開放的變量 292.2MCGS組態(tài)軟件 312.2.1主控窗口 312.2.2設(shè)備窗口 312.2.3用戶窗口 322.2.4實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 322.2.5運(yùn)行策略 33

第一章硬件系統(tǒng)生產(chǎn)與生活的自動(dòng)化是人類長(zhǎng)久以來所夢(mèng)寐以求的目標(biāo)，在18世紀(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)在蒸汽機(jī)運(yùn)行中得到成功的應(yīng)用以后，自動(dòng)化技術(shù)時(shí)代開始了。隨著工業(yè)技術(shù)的更新，特別是半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化儀表已經(jīng)進(jìn)入了計(jì)算機(jī)控制裝置時(shí)代。在石油、化工、制藥、熱工、材料和輕工等行業(yè)領(lǐng)域中，以溫度、流量、物位、壓力和成分為主要被控變量的控制系統(tǒng)都稱為“過程控制”系統(tǒng)。過程控制不僅在傳統(tǒng)工業(yè)改造中，起到了提高質(zhì)量，節(jié)約原材料和能源，減少環(huán)境污染等十分重要的作用，而且已成為新建的規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的組成部分。隨著計(jì)算機(jī)控制裝置在控制儀表基礎(chǔ)上的發(fā)展，自動(dòng)化控制手段也越來越豐富。其中有在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的智能數(shù)字儀表控制系統(tǒng)、智能儀表加計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)DDC控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、DCS分布式集散控制系統(tǒng)、FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)等。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，過程控制技術(shù)正為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等起到越來越大的作用。AE2000B1型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置是根據(jù)我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)，吸取了國(guó)外同類實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)和長(zhǎng)處，并與目前大型工業(yè)裝置的自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)緊密聯(lián)系，采用了工業(yè)上廣泛使用并處于領(lǐng)先的AI智能儀表加組態(tài)軟件控制系統(tǒng)、DCS(分布式集散控制系統(tǒng))，經(jīng)過精心設(shè)計(jì)、多次實(shí)驗(yàn)和反復(fù)論證后，推出的一套基于本科生、研究生教學(xué)和學(xué)科基地建設(shè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。該設(shè)備涵蓋了《信號(hào)和信息處理》、《傳感技術(shù)》、《工程檢測(cè)》、《模式識(shí)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)》等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究。整個(gè)系統(tǒng)美觀實(shí)用，功能多樣，使用方便，既能進(jìn)行驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，又能提供綜合性實(shí)驗(yàn)，可以滿足不同層次的教學(xué)和研究要求。AE2000B1型過程實(shí)驗(yàn)裝置的檢測(cè)信號(hào)、控制信號(hào)及被控信號(hào)均采用ICE標(biāo)準(zhǔn)，即1～5V電壓信號(hào)，4～20mA電流信號(hào)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)供電要求：?jiǎn)蜗?20V交流電，外型尺寸：1850×1450×900mm，重量：300Kg1.1系統(tǒng)主要特點(diǎn)被調(diào)參數(shù)囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數(shù)。執(zhí)行器中既有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（或氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥）、三相SCR移相調(diào)壓裝置等儀表類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又有變頻調(diào)速器等電力拖動(dòng)類執(zhí)行器。調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了有調(diào)節(jié)器的設(shè)定值階躍擾動(dòng)外，還有在對(duì)象中通過另一動(dòng)力支路或電磁閥和手操閥制造各種擾動(dòng)。一個(gè)被調(diào)參數(shù)可在不同動(dòng)力源、不同的執(zhí)行器、不同的工藝線路下演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣。某些檢測(cè)信號(hào)、執(zhí)行器在本對(duì)象中存在相互干擾，它們同時(shí)輸入和工作時(shí)需對(duì)原獨(dú)立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)進(jìn)行重新整定，還可對(duì)復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較優(yōu)劣。各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開放的組態(tài)實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)上都可以實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖表可以永久存儲(chǔ)，在MCGS組態(tài)軟件中也可隨時(shí)調(diào)用，以便實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行比較和分析。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)從工程化、參數(shù)化、現(xiàn)代化、開放性和培養(yǎng)綜合性人才的原則出發(fā)，在實(shí)驗(yàn)對(duì)象中采用了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的檢測(cè)控制裝置！儀表采用具有人工智能算法及通訊接口的智能調(diào)節(jié)儀，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用MCGS工控組態(tài)軟件等?；彤a(chǎn)品控制系統(tǒng)中既有上位監(jiān)控機(jī)加智能儀表控制系統(tǒng)，又有上位監(jiān)控機(jī)加遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)DDC控制系統(tǒng)。對(duì)象系統(tǒng)預(yù)留有擴(kuò)展信號(hào)接口，用于控制系統(tǒng)二次開發(fā)，進(jìn)行DCS控制，F(xiàn)CS控制，PLC控制開發(fā)。擴(kuò)展控制系統(tǒng)為DCS分布式集散控制系統(tǒng)，西門子S7300PLC加上位WINCC組態(tài)軟件。學(xué)生們通過對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置的了解和使用，進(jìn)入企業(yè)后能夠很快適應(yīng)企業(yè)環(huán)境進(jìn)入角色。同時(shí)該系統(tǒng)也為教師和研究生提供了一個(gè)高水平的學(xué)習(xí)和研究開發(fā)平臺(tái)。1.2實(shí)驗(yàn)對(duì)象組成結(jié)構(gòu)AE2000B1型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置是在AE2000A型的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的，。其對(duì)象系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲(chǔ)水箱、圓筒形有機(jī)玻璃上水箱（Ф200×330mm）、中水箱（Ф200×330mm）、下水箱（Ф200×180mm）、單相1.5KW電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套組成）。系統(tǒng)動(dòng)力支路分為兩路組成：一路由單相丹麥格蘭富循環(huán)水泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)、自鎖緊不銹鋼水管及手動(dòng)切換閥組成；另一路單相丹麥格蘭富循環(huán)水泵、變頻調(diào)速器、渦輪流量計(jì)、自鎖緊不銹鋼水管及手動(dòng)切換閥組成。如圖1.2-1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。圖中的檢測(cè)變送和執(zhí)行元件有：液位傳感器、溫度傳感器、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、壓力表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。圖1.2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2.1檢測(cè)裝置AE2000B1實(shí)驗(yàn)對(duì)象的檢測(cè)裝置包括：擴(kuò)散硅壓力液位傳感器。分別用來檢測(cè)上水箱、中水箱和下水箱液位；電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)分別用來檢測(cè)其所在動(dòng)力支路的水流量；Pt100熱電阻溫度傳感器分別用來檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套的水溫。1.擴(kuò)散硅壓力液位變送器工作原理：當(dāng)被測(cè)介質(zhì)（液體）的壓力作用于傳感器時(shí)，壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)歸一化差分放大和輸V/A電壓、電流轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成與被測(cè)介質(zhì)（液體）的液位壓力成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號(hào)。接線如圖1.2-2所示。圖1.2-2壓力液位傳感器接線圖接線說明：傳感器為二線制接法，它的端子位于中繼管內(nèi)，電纜線從中繼箱的引線口接入，直流電源24V+接紅線，白線/藍(lán)線接負(fù)載電阻的一端，負(fù)載電阻的另一端接24V-。傳感器輸出4~20mA電流信號(hào)，通過負(fù)載電阻250/50Ω轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。當(dāng)負(fù)載電阻接250Ω時(shí)信號(hào)電壓為1~5V，當(dāng)負(fù)載電阻切換成50Ω時(shí)信號(hào)電壓為0.2~1V。變送器的調(diào)試：先將變送器安接線圖正確接線。旋開變送器后蓋即可看到零點(diǎn)和滿量程調(diào)節(jié)電位器，如圖1.2-3。調(diào)整步驟：將壓力液位變送器裝于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通電預(yù)熱15分鐘后，再進(jìn)行調(diào)整。將變送器施加下限值壓力，調(diào)整零位調(diào)節(jié)電位器使其輸出為4mA（接250Ω負(fù)載電阻后為1V）。將變送器施加上限值壓力，調(diào)整滿度調(diào)節(jié)電位器使其輸出為20mA（接250Ω負(fù)載電阻后為5V）。反復(fù)b、c兩個(gè)步驟，直到使變送器輸出達(dá)到規(guī)定的要求。旋緊變送器后蓋。圖1.2-32.溫度傳感器在AE2000B1過程控制系統(tǒng)中，我們采用Pt100熱電阻作為溫度傳感器對(duì)系統(tǒng)中的溫度進(jìn)行檢測(cè)。工作原理：利用Pt電阻阻值與溫度之間的良好線性關(guān)系。圖1.2-4Pt100熱電阻接線圖接線說明：連接兩端元件熱電阻采用的是三線制接法，以減少測(cè)量誤差。在多數(shù)測(cè)量中，熱電阻遠(yuǎn)離測(cè)量電橋，因此與熱電阻相連接的導(dǎo)線長(zhǎng)，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，連接導(dǎo)線的電阻值將有明顯的變化。為了消除由于這種變化而產(chǎn)生的測(cè)量誤差，采用三線制接法。即在兩端元件的一端引出一條導(dǎo)線，另一端引出兩條導(dǎo)線，這三條導(dǎo)線的材料、長(zhǎng)度和粗細(xì)都相同，如圖1.2-4中所示的a、b、c。它們與溫度變送器輸入電橋相連接時(shí)，導(dǎo)線a和c分別加在電橋相鄰的兩個(gè)橋臂上，導(dǎo)線b在橋路的輸出電路上，因此，a和c阻值的變化對(duì)電橋平衡的影響正好抵消，b阻值的變化量對(duì)儀表輸入阻抗影響可忽略不計(jì)。3.渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)的輸出信號(hào)為頻率信號(hào)，測(cè)量范圍：0~1.0m3/h。接線如圖1.2-5所示。圖1.2-5渦輪流量計(jì)接線圖4.電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)的輸出信號(hào)：4~20mA，測(cè)量范圍：0~1.0m3/h。接線如圖1.2-6所示。圖1.2-6電磁流量計(jì)接線圖5.壓力表安裝位置：?jiǎn)蜗啾弥?，電?dòng)調(diào)節(jié)閥之前。測(cè)量范圍：0~0.25MPa圖1.2-7壓力表1.2.2執(zhí)行裝置1.電動(dòng)調(diào)節(jié)閥QSTP-16K智能電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥主要技術(shù)參數(shù)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式：智能型直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號(hào)：0~10mA/4~20mADC/0~5VDC/1~5VDC輸入阻抗：250Ω/500Ω輸出信號(hào)：4~20mADC輸出最大負(fù)載：<500Ω信號(hào)斷電時(shí)的閥位：可任意設(shè)置為保持/全開/全關(guān)/0~100%間的任意值電源：220V±10%/50Hz2.單相可控硅移相調(diào)壓模塊通過4~20mA電流控制信號(hào)控制單相220V交流電源在0~220V之間根據(jù)控制電流的大小實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化。3.變頻器系統(tǒng)中所用的變頻器的為三菱變頻調(diào)速器，其型號(hào)為：FR-S520S-0.4K-CHR。變頻器的輸出端與丹麥循環(huán)泵相連，實(shí)現(xiàn)丹麥循環(huán)泵支路的流量控制。1.3控制臺(tái)組成結(jié)構(gòu)控制臺(tái)由噴塑鋼板作為框架，以防火材料為桌面板，桌底裝有滾動(dòng)輪子和固定地盤，外觀優(yōu)美，耐用結(jié)實(shí)?？刂泼姘逵脟娝茕X合金板制作，容易安裝拆卸?？刂泼姘迳习惭b了智能調(diào)節(jié)儀、S7200PLC模塊、流量積算儀、DDC輸入輸出模塊、變頻調(diào)速器以及電源和I/O信號(hào)。1.3.1電源和I/O信號(hào)面板電源和I/O信號(hào)面板上有總電源開關(guān)和各種元器件的電源開關(guān)，還有各種檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)的接線端子。a：空氣開關(guān)和漏電保護(hù)器，有過流保護(hù)作用；b：電源總開關(guān)；c：電源指示燈；d：?jiǎn)蜗啾秒娫撮_關(guān)；e：鍋爐內(nèi)膽低水位報(bào)警指示燈，報(bào)警燈點(diǎn)亮代表鍋爐內(nèi)膽水位過低；f：?jiǎn)蜗嗫煽卣{(diào)壓裝置操作面板，上面有調(diào)壓模塊的電源開關(guān)和控制信號(hào)的輸入端子；g：電壓表，指示加熱管的電壓；h：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥操作面板，上面有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的電源開關(guān)和控制信號(hào)的輸入端子；i：溫度變送器和壓力變送器的輸出端子；j：切換開關(guān)，把變送器的輸出信號(hào)切換為1～5V或0.2～1V的電壓信號(hào)；k：電磁流量計(jì)操作面板，上面有電磁流量計(jì)的電源開關(guān)和信號(hào)輸出端子，輸出信號(hào)為1～5V電壓信號(hào)；l：24VDC電源操作面板，上面有24VDC的電源開關(guān)和輸出端子；m：渦輪流量計(jì)操作面板，上面有渦輪流量計(jì)的電源開關(guān)和信號(hào)輸出端子。1.3.2智能調(diào)節(jié)儀面板智能調(diào)節(jié)儀面板上安裝有智能調(diào)節(jié)儀以及電源開關(guān)、輸入/輸出接口和通訊接口。圖1.3-2中，A圖為1號(hào)智能調(diào)節(jié)儀，B圖為2號(hào)智能調(diào)節(jié)儀。智能調(diào)節(jié)儀型號(hào)為上海萬(wàn)迅儀表有限公司AI818A，除具備AI708A的全部功能特點(diǎn)外，還具備外給定、手動(dòng)/自動(dòng)切換操作、手動(dòng)整定及顯示輸出值等功能，并具備直接控制閥門的位置比例輸出（伺服放大器）功能，也可獨(dú)立做手動(dòng)操作器或伺服放大器用。此外，還具備可控硅移相觸發(fā)輸出功能，可節(jié)省可控硅移相觸發(fā)器，能精確控制溫度、壓力、流量、液位等各種物理量。A圖B圖圖1.3-2智能調(diào)節(jié)儀面板圖圖中，a：智能調(diào)節(jié)儀；b：1～5V或0.2～1V模擬量輸入接口；c：I/V轉(zhuǎn)換電阻；d：模擬量控制信號(hào)輸出（4~20mA）；e：熱電阻接口；f：RS485接口；g：電源開關(guān)；h：繼電器接口。1.面板接線端子功能說明：1、2端子：1-5V，0-5V信號(hào)輸入端。（1端+，2端-）2、3、4端子：2、3為0.2-1V信號(hào)輸入端（注：0.2-1V信號(hào)必須從2、3端子輸入,2端為-，3端為+）；2、3、4為熱電阻，熱電偶信號(hào)輸入端。RSV（I/V轉(zhuǎn)換）：將測(cè)量或外部輸入電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后輸入到1、2端或2、3端。7、8：測(cè)量或控制電流信號(hào)輸出端。9、10：220V交流供電電源輸入端。RS485通訊口：與上位機(jī)通訊接口。2.智能調(diào)節(jié)儀使用參數(shù)設(shè)置：修改參數(shù)時(shí)，按住鍵3秒，即可調(diào)出如下表第一個(gè)參數(shù)HIAL，用、、、修改參數(shù)的值。修改好第一個(gè)參數(shù)后，再按一下即可進(jìn)入下一個(gè)參數(shù)的修改。參數(shù)代號(hào)參數(shù)含義說明設(shè)置范圍HIAL上限報(bào)警測(cè)量值大于HIAL+dF時(shí)產(chǎn)生上限報(bào)警999.9LOAL下限報(bào)警測(cè)量值大于LOAL-dF時(shí)產(chǎn)生上限報(bào)警-199.9DHAL正偏差報(bào)警正偏差大于DHAL+dF產(chǎn)生正偏差報(bào)警999.9DLAL負(fù)偏差報(bào)警負(fù)偏差大于DLAL-dF產(chǎn)生負(fù)偏差報(bào)警999.9dF回差請(qǐng)參看使用說明書0．3CTrL控制方式請(qǐng)參看使用說明書1P比例度比例系數(shù)的倒數(shù)4I積分時(shí)間請(qǐng)參看使用說明書100D微分時(shí)間請(qǐng)參看使用說明書0sn輸入規(guī)格請(qǐng)參看使用說明書33DIP小數(shù)點(diǎn)位置小數(shù)點(diǎn)位置，以配合用戶習(xí)慣數(shù)值1DIL輸入下限顯示值請(qǐng)參看使用說明書0DIH輸入上限顯示值請(qǐng)參看使用說明書100OP1輸出方式op1=4,4-20mA線性電流輸出4OPL輸出下限請(qǐng)參看使用說明書0OPH輸出上限請(qǐng)參看使用說明書100CF系統(tǒng)功能選擇請(qǐng)參看使用說明書0Addr通訊地址請(qǐng)參看使用說明書1（或2或3）bAud通訊波特率請(qǐng)參看使用說明書9600dL輸入數(shù)字濾波請(qǐng)參看使用說明書按不同實(shí)驗(yàn)設(shè)置不同參數(shù)run運(yùn)行狀態(tài)請(qǐng)參看使用說明書1表1.3-1根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)，以上參數(shù)有所改變，請(qǐng)參看實(shí)驗(yàn)部分說明。輸入規(guī)格：根據(jù)實(shí)際所測(cè)的信號(hào)不同，sn=0~37之間選擇Sn輸入規(guī)格Sn輸入規(guī)格0K1S2R3T4E5J6B7N8-9備用10用戶指定的擴(kuò)充輸入規(guī)格11-19備用20Cu5021Pt10022-25備用260-80歐電阻輸入270-400歐電阻輸入280-20mV電壓輸入290-100mV電壓輸入300-60mV電壓輸入310-1V（0-500mV）320.2-1V(100-500Mv)331-5V電壓輸入340-5V電壓輸入35-20-+20mV（0-10V）36-100-+100mV（2-10V）37-5V-+5V（0-50V）表1.3-2*圖中的黑體字符表示常用的輸入規(guī)格。小數(shù)點(diǎn)位置DIP：例：DIP=1小數(shù)點(diǎn)在十位。輸入下限顯示值DIL：用于定義線性輸入信號(hào)下限刻度值，對(duì)外給定、變送輸出、光柱顯示均有效。例：上水箱液位傳感器檢測(cè)范圍為0~100cm，則DIL=0，DIP=1輸入上限顯示值DIH：用于定義線性輸入信號(hào)上限刻度值，與DIL配合使用。例：上水箱液位傳感器檢測(cè)范圍為0~100cm，則DIH=100，DIP=1輸出方式OP1：OP1=4，4-20mA線性電流輸出。輸出下限值OPL：OPL=0調(diào)節(jié)器輸出最小值輸出上限值OPH：OPH=100調(diào)節(jié)器輸出最大值。系統(tǒng)功能選擇CF：CF=0調(diào)節(jié)器為反作用；CF=1調(diào)節(jié)器為正作用通訊地址ADDR：ADDR=0-100有效，作為輔助模塊用于測(cè)量值變送輸出時(shí)，ADDR及bAud定義對(duì)應(yīng)測(cè)量值變送輸出的線性電流大小，其中ADDR表示輸出下限，bAud表示輸出上限。單位為0.1mA。1.3.3遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊ICP-7017、ICP-7024面板1.ICP-70178通道模擬量輸入模塊。表1.3-3為ICP-7017的技術(shù)指標(biāo)。面板如圖1.3-3所示，ICP-7017模塊24V供電，面板上提供了4通道的輸入端口。每一通道根據(jù)功能表可輸入允許范圍的電壓或電流。支持485通訊。型號(hào)功能I-7107模擬量輸入分辨率16bit輸入通道8路差動(dòng)采樣率10Hz電壓輸入+/-150mV+/-500mV+/-1mV+/-5V+/-10V電流輸入+/-20mA表1.3-3圖1.3-3ICP-7017面板圖中，a：電源開關(guān)；b：RS485接口；c：ICP-7017模塊；d：4通道的輸入接口。2.ICP-70244通道模擬量輸出模塊。表1.3-4為ICP-7017的技術(shù)指標(biāo)。型號(hào)功能I-7024模擬量輸出分辨率14bit輸出通道4路差動(dòng)電壓輸出+/-10V+/-5V0～10V0～5V電流輸出0～20mA4～20mA表1.3-4面板如圖1.3-4所示，亞當(dāng)ICP-7024模塊24V供電，提供了4通道的輸出端口。每一通道根據(jù)功能表可輸入允許范圍的電壓或電流。支持485通訊。圖1.3-4ICP-7024面板圖中，a：電源開關(guān)；b：RS485接口；c：ICP-7014模塊；d：4通道的輸出接口。1.3.4S7200PLC模塊面板S7200PLC模塊面板如圖1.3-5所示。面板上開出了5入/10出開關(guān)量接口和4入/1出模擬量接口。圖1.3-5S7200PLC面板圖圖中，a：S7200PLC（包括CPU224模塊和EM235模塊）；b：電源開關(guān)；c：開關(guān)量輸入接口；d：開關(guān)量輸出接口；e：模擬量輸入輸出接口。1.PLC概述可編程程序控制器（ProgrammableController）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(jiǎn)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)，系統(tǒng)組成如圖1.3-6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。圖1.3-6S7200PLC系統(tǒng)組成2.PLC的工作原理PLC的工作原理如圖1.3-7所示。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(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)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(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的掃描一個(gè)周期必經(jīng)輸入采樣、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(duì)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。PLC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。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。圖1.3-7PLC的工作原理3.PLC的結(jié)構(gòu)及各部件的功能PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，其組成與計(jì)算機(jī)完全相同，它就是一臺(tái)適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的專用計(jì)算機(jī)，其硬件組成有六個(gè)部分，如圖1.3-8所示。圖1.3-8PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中央處理單元：與普通計(jì)算機(jī)一樣，CPU是系統(tǒng)的核心部件，是由大規(guī)?；虺笠?guī)模的集成電路微處理器芯片構(gòu)成，主要完成運(yùn)算和控制任務(wù)，可以接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，用掃描的方式接收輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，從內(nèi)存逐條讀取用戶程序，通過解釋后按指令的規(guī)定產(chǎn)生控制信號(hào)。分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、比較和變換等處理過程，完成用戶程序設(shè)計(jì)的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制輸出設(shè)備。PLC中的中央處理單元多用8到32位字長(zhǎng)的單片機(jī)。儲(chǔ)存單元：按照物理性能，存儲(chǔ)器可以分為兩類，隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。隨機(jī)存儲(chǔ)器由一系列寄存器陣組成，每位寄存器可以代表一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，在剛開始工作時(shí)，它的狀態(tài)是隨機(jī)的，只有經(jīng)過置“1”或清“0”的操作后，它的狀態(tài)才確定。若關(guān)斷電源，狀態(tài)丟失。這種存儲(chǔ)器可以進(jìn)行讀、寫操作，主要用來存儲(chǔ)輸入輸出狀態(tài)和計(jì)數(shù)器、定時(shí)器以及系統(tǒng)組態(tài)的參數(shù)。只讀存儲(chǔ)器有兩種。一種是不可擦除ROM，這種ROM只能寫入一次，不能改寫。另一種是可擦除ROM，這種ROM經(jīng)過擦除以后還可以重寫。其中EPROM只能用紫外線擦除內(nèi)部信息，EEPROM可以用電擦除內(nèi)部信息，這兩種存儲(chǔ)器的信息可保留10年左右。電源單元：PLC配有開關(guān)電源，電源的交流輸入端一般都有脈沖吸收電路，交流輸入電壓范圍一般都比較寬，抗干擾能力比較強(qiáng)。有些PLC還配有大容量電容作為數(shù)據(jù)后備電源，停電時(shí)可以保持50H。除了需要交流電源之外，還需要直流電源。一般直流5V電源供PLC內(nèi)部使用，直流24V電源供輸入輸出端和各種傳感器使用。輸入輸出單元：輸入輸出單元由輸入模塊、輸出模塊和功能模塊構(gòu)成，是PLC與現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC通過輸入模塊把工業(yè)設(shè)備狀態(tài)或生產(chǎn)過程信息讀入中央處理單元，通過用戶程序的運(yùn)算與操作，把結(jié)果通過輸出模塊輸出給執(zhí)行單元。而功能模塊則是一些智能化了的輸入和輸出模塊。比如，溫度檢測(cè)模塊、位置檢測(cè)模塊、位置控制模塊、PID控制模塊等。中央處理單元與輸入輸出模塊的連接是由輸入接口和輸出接口完成的。接口單元：接口單元包括擴(kuò)展接口、編程器接口、存儲(chǔ)器接口和通信接口。這些接口都是為了進(jìn)一步擴(kuò)展PLC的功能而設(shè)置的。外部設(shè)備：PLC的外部設(shè)備主要有編程器，文本顯示器、操作面板、打印機(jī)等等，使PLC的使用更加方便。4.S7200PLC主CPU模塊S7200PLC系統(tǒng)中采用CPU224作為主CPU模塊。如圖1.3-9所示。圖1.3-9CPU224模塊技術(shù)指標(biāo)和使用方法請(qǐng)參照《S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)》。5.EM235模塊S7200PLC系統(tǒng)中采用EM235擴(kuò)展模塊作為模擬量輸入輸出模塊。接線端子如圖1.3-10所示。EM235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PLC的擴(kuò)展。其詳細(xì)的使用說明請(qǐng)參照《S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)》附錄A-34頁(yè)。圖1.3-10EM235模塊1.3.5流量積算變送儀面板智能流量積算儀面板如圖1.3-11所示。圖1.3-11流量積算變送儀面板圖中，a：流量積算變送儀；b：電源開關(guān)；c：I/V轉(zhuǎn)換電阻；d：信號(hào)輸入接口；e：變送輸出接口。流量積算變送儀主要功能是將渦輪流量計(jì)輸出的流量頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號(hào)輸出，并獲得流量的積算值。流量積算儀參數(shù)設(shè)置如下：一級(jí)參數(shù)設(shè)置如表1.3-5。二級(jí)參數(shù)設(shè)置如表1.3-6。*注：流量常數(shù)是根據(jù)渦輪流量計(jì)說明書中標(biāo)定的流量常數(shù)設(shè)置的。具體操作方法,請(qǐng)查閱智能流量積算儀說明書。符號(hào)名稱設(shè)定參數(shù)CLK禁鎖132AL1第一報(bào)警值5000K1流量常數(shù)10959.5（可修改）P工況密度1000ρ20標(biāo)況密度1000DIP顯示內(nèi)容2（顯示流量）5（顯示頻率）表1.3-5符號(hào)名稱設(shè)定參數(shù)符號(hào)名稱設(shè)定參數(shù)b1被測(cè)量介質(zhì)2d2用戶系數(shù)40b2流量輸入信號(hào)類型3d3流量信號(hào)輸入類型0b3第一報(bào)警方式0pb3流量輸入的零點(diǎn)遷移0b4第二報(bào)警方式0kk3流量輸入的量程比例1b5流量測(cè)量選擇1SL變送輸出量程下限-0.13C1瞬時(shí)流量時(shí)間單位2SH變送輸出量程上限-0.65C2累積流量精度0CAL流量輸入量程下限0.0C3瞬時(shí)流量的小數(shù)點(diǎn)3CAH流量輸入量程上限0.6C6流量輸入的小數(shù)點(diǎn)3PV瞬時(shí)流量單位18d1用戶系數(shù)30SV累積流量單位12表1.3-61.3.6變頻器面板變頻器面板如圖1.3-12所示。圖1.3-12變頻器面板圖圖中，a：變頻器；b：正反轉(zhuǎn)操作接口；c：控制信號(hào)輸入接口；d：電源開關(guān)。變頻器型號(hào)為三菱FR-S520S-0.4K-CHR型變頻調(diào)速器，參數(shù)設(shè)置如表1.3-7。名稱表示設(shè)定范圍設(shè)定值上限頻率P10-120Hz60Hz下限頻率P20-120Hz25Hz擴(kuò)張功能顯示選擇P300，11頻率設(shè)定電流增益P391-120Hz60HzRH端子功能選擇P624操作模式選擇P790-80C5C5輸出頻率大小25HzC6C6偏置20%表1.3-71.面板接線端子功能說明為了保護(hù)變頻器各接線端子不因?qū)嶒?yàn)時(shí)經(jīng)常裝拆線而損壞或丟失，故將其常用的端子引到面板上?？刂菩盘?hào)輸入：可輸入外部0~5V電壓，或4~20mA電流控制信號(hào)。STF、STR：電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制端，SD與STF相連為正轉(zhuǎn)，SD與STR相連時(shí)為反轉(zhuǎn)。2.變頻器使用說明本裝置中使用變頻器時(shí)，主要有兩種輸出方式：一種是直接調(diào)面板旋鈕輸出頻率，另一種是用外部輸入控制信號(hào)改變變頻器輸出頻率。兩種輸出方式具體接線方法如下：變頻器面板旋鈕輸出接線方法：SD與STF（或STR）短接，當(dāng)需要改變輸出頻率時(shí)，旋動(dòng)面板上的旋鈕，順時(shí)針旋可增大輸出頻率，逆時(shí)針旋可減小輸出頻率。待旋至所需要的頻率時(shí)，按變頻器上白色的SET鍵，即可選定所需的輸出頻率。變頻器外部控制信號(hào)控制輸出接線方法：SD與STF（或STR）、RH兩端都短接，在控制信號(hào)輸入端接入控制信號(hào)（正極、負(fù)極應(yīng)對(duì)應(yīng)，不能接錯(cuò)），打開變頻器的電源開關(guān)即可輸出。通過改變控制信號(hào)的大小來改變輸出頻率。*注：附FR-S520S-0.4K-CHR三菱變頻調(diào)速器使用手冊(cè)（基本篇）1.4RS-485接口轉(zhuǎn)換器與通訊電纜1.4.1RS-485接口轉(zhuǎn)換器ATC-106型接口轉(zhuǎn)換器可將RS-232C串行口的數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩線平衡的半雙工RS-485信號(hào)。它是遠(yuǎn)距離控制設(shè)備或點(diǎn)到多點(diǎn)總線通訊的最佳旋轉(zhuǎn)。ATC-106型接口轉(zhuǎn)換器，不需要外接交流直流電源，可直接從RS-232端口內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào)（TD）、請(qǐng)求發(fā)送（RTS）或數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好（DTR）獲取電源，而且還加上了發(fā)送數(shù)據(jù)自動(dòng)控制的功能，在發(fā)送接收數(shù)據(jù)時(shí)不需要RTS使能控制，所以串口自供電以及自動(dòng)的流控使你完全不必重新設(shè)置硬件或安裝軟件，完善的浪涌保護(hù)，可以確保整個(gè)RS-485網(wǎng)絡(luò)的安全。詳細(xì)的性能指標(biāo)請(qǐng)查閱《ATC-106說明書》1.4.2通訊電纜485通訊電纜線是控制臺(tái)與RS-485接口轉(zhuǎn)換器的銜接部分，長(zhǎng)約3米，用一根兩芯屏蔽線把兩個(gè)九針串口（DB9母）連接而組成。兩個(gè)九針串口的針頭定義相同：1＃為485－，2＃為485＋。

第二章軟件系統(tǒng)AE2000B1型過程控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)包括有S7200PLC系統(tǒng)的下位機(jī)程序，以及各個(gè)控制系統(tǒng)的上位機(jī)軟件系統(tǒng)。2.1S7200PLC下位機(jī)程序軟件S7200PLC程序的編寫在STEP7-Micro/WIN32上完成，并下載到PLC上運(yùn)行。2.1.1STEP7-Micro/WIN32軟件簡(jiǎn)介1.網(wǎng)絡(luò)在梯形圖中，程序被分成稱為網(wǎng)絡(luò)的一些段。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是觸點(diǎn)、線圈和功能框的有序排列。這些元件連接在一起組成一個(gè)左母線和右母線之間的完整電路。（不存在短路、開路和反向能量流）。STEP7-Micro/WIN32允許以網(wǎng)絡(luò)為單位給LAD程序建立注釋。FBD編程使用網(wǎng)絡(luò)概念給程序分段和加注釋。STL程序不使用網(wǎng)絡(luò)，但是，可以使用NETWORK這個(gè)關(guān)鍵詞對(duì)程序分段。如果這樣，程序可以轉(zhuǎn)換成LAD或FBD。2.執(zhí)行分區(qū)在LAD、FBD或STL中，一個(gè)程序包含至少一個(gè)命令部分可其它可選部分。命令部分是主程序。可選部分包括一個(gè)或多個(gè)子程序或中斷程序。通過選擇或點(diǎn)擊STEP7-Micro/WIN32中的分區(qū)選項(xiàng)，可以容易地切換程序的分區(qū)。3.EN/ENO定義EN（允許輸入）是LAD和FBD中功能框的布爾量輸入。對(duì)要執(zhí)行的功能框，這個(gè)輸入必須存在能量流。在STL中，指令沒有EN輸入，但是對(duì)于要執(zhí)行的STL語(yǔ)句，棧頂?shù)闹当仨毷?。ENO（允許輸出）是LAD和FBD中功能框的布爾量輸出。如果功能框的EN輸入存在能量流，功能框準(zhǔn)確無(wú)誤地執(zhí)行了其功能，那么ENO輸出將把能量流傳到下一個(gè)單元。如果在執(zhí)行過程中存在錯(cuò)誤，那么能量流就在出現(xiàn)錯(cuò)誤的功能框終止。在SIMATICSTL中沒有ENO輸出，但是，和帶有ENO輸出的LAD和FBD指令相對(duì)應(yīng)當(dāng)STL指令設(shè)置一個(gè)特殊的ENO位。這個(gè)位可以用STL指令的AENO（ANDENO）訪問，可以用來產(chǎn)生與功能框的ENO位相同的效果。4.條件/無(wú)條件輸入在LAD和FBD中，與能量流有關(guān)的功能框或線圈用不是到左母線的連接表示。與能量流無(wú)關(guān)的線圈或功能框用一個(gè)直接到左母線的連接表示。如圖2.1-1所示。圖2.1-15.無(wú)輸出的指令不能級(jí)聯(lián)的指令盒用不帶布爾輸出來表示。它們是子程序調(diào)用、JMP、CRET等。也有只能放在左母線的梯形圖線圈，它們包括是LBL、NEXT、SCR和SCRE等。在FBD中，它們表示為指令盒，并把它們與不帶標(biāo)號(hào)的能量輸入相區(qū)別。6.比較指令SIMATICFBD、IEC梯形圖和IECFBD的比較指令用指令盒表示，盡管比較操作是一個(gè)觸點(diǎn)。比較指令的執(zhí)行和能量流動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。如果能量流不存在，比較大輸出就是0。如果能量流存在，比較的輸出就和比較的結(jié)果有關(guān)。2.1.2S7200PLC程序的下載1.安裝STEP7-Micro/WIN32軟件在配套光盤中，找到STEP7-Micro/WIN32的安裝文件，雙擊Setup，如圖2.1-2所示。圖2.1-2選擇英文，點(diǎn)擊“確定”，如圖2.1-3所示。圖2.1-3點(diǎn)擊Next，接著點(diǎn)擊Yes，再連續(xù)點(diǎn)擊Next后如圖2.1-4所示。圖2.1-4安裝過程中會(huì)出現(xiàn)如圖2.1-5所示的對(duì)話框。圖2.1-5選擇PC/PPIcable（PPI）項(xiàng)，點(diǎn)擊OK。安裝完成后點(diǎn)擊Finish，計(jì)算機(jī)重新啟動(dòng)后便可使用STEP7-Micro/WIN32軟件。2.下載程序打開STEP7-Micro/WIN32軟件，瀏覽附錄光盤，打開程序，程序名稱為：“plcpid1-5good串級(jí)”，如圖2.1-6所示。圖2.1-6點(diǎn)擊圖標(biāo)“”下載程序。程序下載完畢后，點(diǎn)擊圖標(biāo)“”運(yùn)行程序。2.1.3程序中開放的變量實(shí)驗(yàn)輸入通道輸出通道設(shè)定值手動(dòng)設(shè)定值（主控）測(cè)量值輸出值1、一階對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)00/VD100VD108上液位測(cè)量值1OP12、二階對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)00//VD200VD208下液位測(cè)量2OP23、鍋爐內(nèi)膽溫度位式控制實(shí)驗(yàn)00VD304vd308（回差）VD300M0.1df內(nèi)膽溫度設(shè)定值3vd356(sv+df)設(shè)定值加回差3內(nèi)膽溫度測(cè)量值3OP3vd352(sv-df)設(shè)定值減回差34、上水箱液位PID控制實(shí)驗(yàn)00VD404VD400VD408上液位設(shè)定值4上液位測(cè)量值4OP45、鍋爐內(nèi)膽溫度PID控制實(shí)驗(yàn)00VD504VD500VD508內(nèi)膽溫度設(shè)定值5內(nèi)膽溫度測(cè)量值5OP56、電磁流量計(jì)流量控制實(shí)驗(yàn)00VD604VD600VD608電磁流量設(shè)定值6電磁流量測(cè)量值OP67上下水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)主控：10VD704VD700VD808下液位設(shè)定值7下液位測(cè)量值7OP7副控：0V804VD800上液位設(shè)定值7上液位測(cè)量值7表2.1-1說明例如：1、一階對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)一欄，VD100是PLC開放給組態(tài)軟件的變量，而上液位測(cè)量值1是組態(tài)軟件定義的與PLC相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)變量，表示是PLC采樣上來的上水箱液位測(cè)量值。1表示實(shí)驗(yàn)一。主回路比例積分微分采樣時(shí)間單回路PID調(diào)節(jié)VD412VD420VD424VD416P1I1D1sample串級(jí)調(diào)節(jié)主回路副回路比例積分微分采樣時(shí)間比例積分微分采樣時(shí)間VD512VD520VD524VD516VD412VD420VD424VD416P2I2D2sample1P1I1D1sample實(shí)驗(yàn)選擇判斷VB1500SELECT表2.1-2調(diào)節(jié)參數(shù)的變量規(guī)定說明例如：?jiǎn)位芈稰ID調(diào)節(jié),VD412是PLC開放給組態(tài)軟件的變量，而P1是組態(tài)軟件定義的與PLC相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)變量，表示是PLC的比例調(diào)節(jié)參數(shù)，可讀可寫。2.2MCGS組態(tài)軟件本實(shí)驗(yàn)中所采用的HMI軟件是北京昆侖公司開發(fā)的全中文工控組態(tài)軟件MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，通用監(jiān)控系統(tǒng)）。這是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺(tái)上運(yùn)行，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的