《工業(yè)過程控制技術(shù)實踐教程》課件第11章

項目十一基于PLC的過程控制系統(tǒng)實訓(xùn)11.1實訓(xùn)目的11.2實訓(xùn)原理11.3

PLC過程控制實訓(xùn)裝置介紹11.4實訓(xùn)內(nèi)容

11.1實訓(xùn)目的

了解可編程邏輯控制器(PLC)的工作原理，理解PLC開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)概念，掌握PLC在過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方法。 11.2實訓(xùn)原理

1.概述

可編程程序控制器(PLC)通常也稱為可編程控制器。它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)而發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置，具有體積小、功能強、程序設(shè)計簡單、靈活通用、維護方便等優(yōu)點。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驗系統(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”、“自動化技術(shù)”、“智能控制”、“過程控制”、“自動化儀表”、“計算機應(yīng)用和控制”、“計算機控制系統(tǒng)”等課程的教學(xué)實驗與研究。S7－200系列小型PLC可以應(yīng)用于各種自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)組成如圖11－1所示。

圖11－1

S7－200PLC系統(tǒng)組成如圖11－1所示,S7－200PLC由主機、輸入/輸出接口、電源、模塊擴展接口和外部設(shè)備接口、計算機編程軟件等幾個主要部分組成。

PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的,即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，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。PLC掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。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，進入程序執(zhí)行階段。

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)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。

2.PLC模擬量擴展模塊——EM235

EM235模塊為S7－200PLC的模擬量擴展模塊，只要將模擬量的擴展接口線與主機擴展口相連，即可完成PLC的擴展。EM235硬件結(jié)構(gòu)如圖11－2所示。圖11－2

EM235硬件結(jié)構(gòu)圖3.I/O通道和變量存儲表

表11－1

PLC－I/O通道存儲表表11－2

PLC控制系統(tǒng)PID變量存儲表

11.3

PLC過程控制實訓(xùn)裝置介紹

1.概述

過程控制實驗裝置是根據(jù)我國工業(yè)自動化及相關(guān)專業(yè)教學(xué)特點，吸取了國外同類實驗裝置的特點和長處，并與目前大型工業(yè)自動化現(xiàn)場緊密聯(lián)系，采用了工業(yè)上廣泛使用并處于前沿的AI智能儀表加組態(tài)軟件控制系統(tǒng)，經(jīng)過精心設(shè)計、多次實驗和反復(fù)論證后，推出的一套基于高等院校學(xué)生、研究生教學(xué)和學(xué)科基地建設(shè)的實驗設(shè)備。該設(shè)備涵蓋了“信號和信息處理”、“傳感技術(shù)”、“工程檢測”、“模式識別”、“控制理論”、“自動化技術(shù)”、“智能控制”、“過程控制”、“自動化儀表”、“計算機應(yīng)用和控制”、“計算機控制系統(tǒng)”等課程的教學(xué)實驗與研究。整個系統(tǒng)美觀實用，功能多樣，使用方便，既能進行驗證性、設(shè)計性實驗，又能提供綜合性實驗，可以滿足不同層次的教學(xué)和研究要求。

2.控制系統(tǒng)概述

過程控制綜合實驗系統(tǒng)S7－200PLC控制面板如下圖11－3所示。圖11－3

S7－200PLC控制面板

11.4實訓(xùn)內(nèi)容

11.4.1組態(tài)軟件使用說明

圖11－4

S7200－PLC控制系統(tǒng)組態(tài)實驗界面圖11－5進入實驗界面11.4.2實驗內(nèi)容

1.一階單容上水箱對象特性測試實驗接線圖

接線說明：如圖11－6所示，將S7－200PLC的A/O輸出端的正極接至電動調(diào)節(jié)閥的4mA～20mA輸入端的+端(即正極)；將S7－200PLC的A/O輸出端的負極接至電動調(diào)節(jié)閥的4mA～20mA輸入端的-端(即負極)。圖11－6一階單容系統(tǒng)對象特性測試實驗接線圖

2.二階雙容中水箱對象特性測試實驗接線圖

接線說明：

(1)如圖11－7所示,將I/O信號接口面板上的中水箱液位的鈕子開關(guān)撥到1V～5V信號的位置。

(2)將中水箱液位+端(正極)接到S7－200PLC的A/I0的正極，中水箱液位-端接到S7－200PLC的A/I0的負極。

(3)將S7－200PLC的A/O輸出端的正極接至電動調(diào)節(jié)閥的4mA～20mA輸入端的+端(正極)，將S7－200PLC的A/O輸出端的負極接至電動調(diào)節(jié)閥的4mA～20mA輸入端的-端(負極)。

(4)單相電源的空氣開關(guān)設(shè)置在“關(guān)”的位置。圖11－7二階雙容水箱對象特性測試系統(tǒng)連線圖

3.釜內(nèi)膽溫度二位式控制實驗連線圖

(1)如圖11－8所示，將I/O信號接口面板上的釜水溫度的信號接至1V～5V的信號位置。

(2)將釜水溫度信號的+端(正極)接到S7－200PLC的A/I0正極，釜水溫度-端(負極)接到S7－200PLC的A/I0的負極。

(3)將S7－200PLC的A/O輸出端的正極接至單相SCR可調(diào)壓裝置的4mA～20mA輸入端的+端(即正極)，將S7－200PLC的A/O輸出端的負極接至單相SCR可調(diào)壓裝置的4mA～20mA輸入端的-端(即負極)。

(4)單相電源的空氣開關(guān)設(shè)置在“關(guān)”的位置。圖11－8釜內(nèi)膽溫度二位式控制實驗接線圖

4.二階中水箱液位PID整定實驗接線圖

接線說明：

(1)如圖11－9所示，I/O接口板上的中水箱液位信號接至1V～5V位置。

(2)將中水箱液位+端接到PLC的AI1通道的+端，中水箱液位-端(負極)接到PLC的AI1通道的-端。

(3)將PLC的AO通道的+端接至電動調(diào)節(jié)閥的4mA～20mA輸入端的+端(即正極)，將PLC的AO通道的-端接至電動調(diào)節(jié)閥的4mA～20mA輸入端的-端(即負極)。

(4)PLC電源開關(guān)設(shè)置在“關(guān)”的位置。

(5)將電源控制板上的電源空氣開關(guān)、單相泵電源開關(guān)設(shè)置在“關(guān)”的位置。圖11－9二階中水箱液位PID整定實驗接線圖

5.釜內(nèi)膽水溫PID整定實驗(動態(tài))接線圖

接線說明：

(1)如圖11－10所示,I/O接口面板上的釜水溫度信號接至1V～5V的信號位置。

(2)將釜水溫+端(正極)接到S7－200PLC的A/I0的正極，釜水溫-端(負極)接到S7－200PLC的A/I0的負極。

(3)將S7－200PLC的A/O輸出端的正極接至單相SCR可調(diào)壓裝置的4mA～20mA輸入端的+端(即正極)，將S7－200PLC的A/O輸出端的負極接至單相SCR可調(diào)壓裝置的4mA～20mA輸入端的-端(即負極)。

(4)單相電源的空氣開關(guān)設(shè)置在“關(guān)”的位置。圖11－10釜內(nèi)膽溫度控制實驗連線圖

6.電磁流量計流量PID整定實驗接線圖

接線說明：

(1)如圖11－11所示，將電磁電流量計的+端(正極)接到S7－200PLC的A/I0(正極)，將電磁流量計的-端(負極)接到S7－200PLC的A/I0(負極)。

(2)將S7－200PLC的A/O輸出端的正極接至變頻器的4mA～20mA輸入端的+端(即正極)，將S7－200PLC的A/O輸出端的負極接至變頻器的4mA～20mA輸入端的-端(即負極)，變頻器的公共端、正轉(zhuǎn)、切換短接。

(3)單相電源的空氣開關(guān)打在“關(guān)”的位置。圖11－11電磁流量計流量PID整定實驗接線圖

7.上水箱與中水箱液位均勻控制實驗接線圖

接線說明：

(1)如圖11－12所示,將上水箱液位信號的+端接到S7－200PLC的A/I0的正端(+)，上水箱液位信號的負端(-)接到S7－200PLC的A/I0的負端(-)；將中水箱液位正端(+)接到S7－200PLC的A/I1的正端(+)，中水箱液位信號的負端(-)接到S7－2