《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(xiàng)目一電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)項(xiàng)目二溫度控制系統(tǒng)項(xiàng)目三風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)項(xiàng)目四液位串級(jí)控制系統(tǒng)項(xiàng)目五西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)

項(xiàng)目一電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

(1)掌握光電耦合器的使用方法。

(2)掌握電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的控制要求。

(3)掌握電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的硬件接線。

(4)掌握電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的通信方式。

(5)掌握電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的控制原理。

(6)掌握電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方法。

(7)掌握電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)方法。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

(4)初步具備電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計(jì)能力。

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

(6)初步具備電機(jī)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(shí)與技能

1.必備知識(shí)

(1)?EM235模塊的使用方法。

(2)?PLC應(yīng)用技術(shù)基本知識(shí)。

(3)?PID控制基本知識(shí)。

(4)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

(5)組態(tài)技術(shù)基本知識(shí)。

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(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)的組建能力。三、相關(guān)知識(shí)

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(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)字是0～32000，雙極性時(shí)對(duì)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(duì)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(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊介紹

電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊硬件組成如圖4-1-3所示。

電機(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊作為一個(gè)小型對(duì)象，系統(tǒng)由兩個(gè)直流電機(jī)及直流調(diào)速電路等組成。兩個(gè)電機(jī)組成電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)模式，采用了電機(jī)聯(lián)軸器；調(diào)速器采用2V～10V的電壓控制，從而改變電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速控制模塊硬件組成四、理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)

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

1.電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)控制要求

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

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

(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的定值調(diào)節(jié)。

2.電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備基本配置及控制接線圖

(1)實(shí)訓(xùn)設(shè)備基本配置：

光電耦合器 一套

電機(jī) 兩臺(tái)

EM235模擬量處理模塊 一塊

調(diào)速器 一個(gè)

RS-232轉(zhuǎn)換接頭及傳輸線 一根

MCGS運(yùn)行狗 一個(gè)

計(jì)算機(jī) 一臺(tái)/人

西門子S7-200PLC 一臺(tái)

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

3.電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的I/O口分配

電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)接線圖

4.電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)經(jīng)I0.0送給高速計(jì)數(shù)器，在PLC程序中設(shè)計(jì)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(shí)數(shù)送到PID模塊，與設(shè)定值進(jìn)行比較后對(duì)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成PLC的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出信號(hào)。經(jīng)模擬量處理模塊轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的輸出信號(hào)送到調(diào)速器，從而使電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定值上。利用MCGS組態(tài)平臺(tái)來實(shí)時(shí)地監(jiān)控PLC中相關(guān)數(shù)據(jù)的變化，使電機(jī)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(shí)地再現(xiàn)出來，以便操作人員監(jiān)控工藝生產(chǎn)的各個(gè)參數(shù)。圖4-1-5電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的組成

5.電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的PLC程序

1)符號(hào)表

符號(hào)表見表4-1-6。

2)主程序

主程序包括兩個(gè)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(shí)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(jì)數(shù)器為HSC0，當(dāng)前值為0，最

大記數(shù)值為1000000，并啟動(dòng)高速計(jì)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(jī)每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生6個(gè)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(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)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(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)切換，如圖4-1-10所示。圖4-1-10手動(dòng)/自動(dòng)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(jī)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(xiàng)，新建“電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng).MCG”工程文件。

2)數(shù)據(jù)庫組態(tài)

電機(jī)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(jī)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(tái)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(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)備窗口組態(tài)

(2)電機(jī)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)窗口。

(2)雙擊電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)窗口，打開動(dòng)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(xiàng)目二)。圖4-1-15電機(jī)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(shí)時(shí)曲線的畫筆與PID_PV、PID_SP、PID_OUT等變量一一建立連接。六、實(shí)操考核

項(xiàng)目考核采用步進(jìn)式考核方式，考核內(nèi)容見表4-1-7。七、注意事項(xiàng)

(1)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)采用高速計(jì)數(shù)器采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，注意記數(shù)脈沖的接線端子。

(2)安裝光電耦合器時(shí)一定要注意安裝位置。

(3)采集的數(shù)據(jù)在進(jìn)行PID運(yùn)算以前要將其轉(zhuǎn)換為0～1之間的實(shí)數(shù)。

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

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

(1)電機(jī)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(dá)到電機(jī)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(yùn)行初步調(diào)試正確的PLC程序。

②開環(huán)調(diào)試。將手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕置于手動(dòng)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(dòng)/自動(dòng)切換按鈕置于自動(dòng)方式，觀察控制系統(tǒng)的控制效果是否達(dá)到控制要求，如果沒有達(dá)到控制要求，則反復(fù)調(diào)試，直到達(dá)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(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的標(biāo)度變換？

(4)去掉微分作用，應(yīng)該將微分時(shí)間放在何處？

(5)如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的定值控制？項(xiàng)目二溫度控制系統(tǒng)

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識(shí)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(jì)方法。

(8)掌握溫度控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方法。

(9)掌握溫度控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)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(jì)能力。

(3)初步具備溫度控制系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計(jì)能力。

(4)初步具備對(duì)PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)與技能

1.必備知識(shí)

(1)?PLC應(yīng)用技術(shù)基本知識(shí)。

(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

(3)組態(tài)技術(shù)基本知識(shí)。

(4)溫度傳感器基本知識(shí)。

(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(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)的組建能力。三、相關(guān)知識(shí)

1.?EM235模塊

見本模塊中的項(xiàng)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(gè)小型控制對(duì)象，系統(tǒng)由冷卻風(fēng)扇電機(jī)，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(hào)經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的電流；經(jīng)信號(hào)單元轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)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(shí)一體化教學(xué)任務(wù)

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

1.溫度控制系統(tǒng)控制要求

設(shè)計(jì)一個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制系統(tǒng)的定值調(diào)節(jié)。

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

(1)實(shí)訓(xùn)設(shè)備基本配置：

pt100熱電阻 一個(gè)

溫度變送器 一個(gè)

風(fēng)扇 一個(gè)

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(yùn)行狗 一個(gè)

計(jì)算機(jī) 一臺(tái)/人

西門子S7-200PLC 一臺(tái)

(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(hào)經(jīng)溫度變送器的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的模擬信號(hào)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(hào)存放到PLC的寄存器中，在PLC程序中設(shè)計(jì)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(shí)數(shù)送到PID模塊。與設(shè)定值進(jìn)行比較后對(duì)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成PLC的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出信號(hào)，經(jīng)模擬量處理模塊轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的輸出信號(hào)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(duì)象的溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。利用MCGS組態(tài)平臺(tái)來實(shí)時(shí)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(shí)地再現(xiàn)出來，以便操作人員監(jiān)控工藝生產(chǎn)的各個(gè)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(shí)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(hào)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(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)切換。手動(dòng)/自動(dòng)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(dòng)/自動(dòng)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(xiàng)，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(tái)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(dòng)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(xiàng)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(shí)時(shí)曲線的畫筆與PID_PV、PID_SP、PID_OUT等變量一一建立連接。六、實(shí)操考核

項(xiàng)目考核采用步進(jìn)式考核方式，考核內(nèi)容如表4-2-3

所示。七、注意事項(xiàng)

(1)熱電阻接線時(shí)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(jìn)行PID運(yùn)算以前要將其轉(zhuǎn)換為0～1之間的實(shí)數(shù)。

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

(5)控制信號(hào)在送往調(diào)壓器之前要經(jīng)過EM235模擬量處理模塊進(jìn)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(hào)是否能采集，手動(dòng)控制信號(hào)是否能夠送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

(2)?MCGS仿真界面調(diào)試。

①運(yùn)行初步調(diào)試正確的PLC程序。

②進(jìn)入MCGS運(yùn)行界面，將系統(tǒng)置于手動(dòng)方式，觀察輸入/輸出信號(hào)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(dòng)方式，觀察顯示曲線是否達(dá)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(dá)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(shí)，為什么要采取三線制接法？

(2)在PLC中如何實(shí)現(xiàn)溫度輸入信號(hào)的標(biāo)度變換？

(3)在PLC中如何對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換？

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

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識(shí)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(tái)州富凌變頻器的使用方法。

(4)掌握風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的控制要求。

(5)掌握風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的硬件接線。

(6)掌握風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的通信方式。

(7)掌握風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的控制原理。

(8)掌握風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)PID控制的設(shè)計(jì)方法。

(9)掌握風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計(jì)方法。

(10)掌握風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)組態(tài)的設(shè)計(jì)方法。

2.能力目標(biāo)

(1)初步具備風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的分析能力。

(2)初步具備PLC風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

(3)初步具備風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)PLC程序的設(shè)計(jì)能力。

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

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

(6)初步具備風(fēng)機(jī)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(shí)與技能

1.必備知識(shí)

(1)?PLC應(yīng)用技術(shù)基本知識(shí)。

(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

(3)組態(tài)技術(shù)基本知識(shí)。

(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(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)的組建能力。三、相關(guān)知識(shí)

1.EM235模塊

見本模塊中的項(xiàng)目一。

2.風(fēng)機(jī)模塊前面板

風(fēng)機(jī)模塊前面板如圖4-3-1所示。圖4-3-1風(fēng)機(jī)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(tái)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(jí)菜單結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置等操作。三級(jí)菜單分別為功能參數(shù)組(一級(jí)菜單)、功能碼(二級(jí)菜單)和功能設(shè)定值(三級(jí)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(jī)

小型的三相風(fēng)機(jī)，具有聲音小、耗電低的特點(diǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等控制，作為變頻器控制的對(duì)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(shí)一體化教學(xué)任務(wù)

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

1.風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)控制要求

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

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

(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的定值調(diào)節(jié)。

2.風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備基本配置及控制接線圖

(1)實(shí)訓(xùn)設(shè)備基本配置：

速度測量傳感器 一套

風(fēng)機(jī) 一個(gè)

EM235模擬量處理模塊 一塊

變頻器 一臺(tái)

RS-232轉(zhuǎn)換接頭及傳輸線 一根

MCGS運(yùn)行狗 一個(gè)

計(jì)算機(jī) 一臺(tái)/人

西門子S7-200PLC 一臺(tái)

(2)系統(tǒng)接線。

①風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)接線圖如圖4-3-5所示。

②臺(tái)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(jī)變頻控制系統(tǒng)接線圖圖4-3-6臺(tái)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(jī)變頻控制系統(tǒng)的I/O口分配

風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的I/O口分配見表4-3-2。

4.風(fēng)機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)后經(jīng)I0.0送給高速計(jì)數(shù)器，在PLC程序中設(shè)計(jì)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(shí)數(shù)送到PID模塊.圖4-3-7風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)控制圖與設(shè)定值進(jìn)行比較后對(duì)偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成PLC的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出信號(hào)，經(jīng)模擬量處理模塊轉(zhuǎn)換成4mA～20mA的輸出信號(hào)送到變頻器，變頻器通過面板來

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

值上。

5.風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)PLC控制程序

1)符號(hào)表

符號(hào)表見表4-3-3。

2)主程序

主程序包括兩個(gè)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(shí)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(jì)數(shù)器為HSC0，當(dāng)前值為0，最大記數(shù)值為1000000，并啟動(dòng)高速計(jì)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(jī)每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生7個(gè)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(dòng)計(jì)數(shù)器計(jì)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(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)切換。手動(dòng)/自動(dòng)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(dòng)/自動(dòng)切換程序圖4-3-13輸出處理程序

6.風(fēng)機(jī)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(xiàng)，新建“風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng).MCG”工程文件。

2)數(shù)據(jù)庫組態(tài)

風(fēng)機(jī)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(jī)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(tái)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(jī)變頻控制系統(tǒng)設(shè)備窗口組態(tài)

(2)風(fēng)機(jī)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(jī)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(jī)變頻控制系統(tǒng)窗口。

(2)雙擊風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)窗口，打開動(dòng)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(xiàng)目二)。圖4-3-17風(fēng)機(jī)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(shí)時(shí)曲線的畫筆與PID_PV、PID_SP、PID_OUT等變量一一建立連接。六、實(shí)操考核

項(xiàng)目考核采用步進(jìn)式考核方式，考核內(nèi)容如表4-3-4

所示。七、注意事項(xiàng)

(1)風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)采用高速計(jì)數(shù)器采集風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

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

(3)采集的數(shù)據(jù)在進(jìn)行PID運(yùn)算以前要將其轉(zhuǎn)換為0～1之間的實(shí)數(shù)。

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

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

(1)風(fēng)機(jī)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(dá)到風(fēng)機(jī)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(yùn)行初步調(diào)試正確的PLC程序。②進(jìn)入MCGS運(yùn)行界面，調(diào)試MCGS組態(tài)界面，觀察顯示界面是否達(dá)到風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的控制要求，否則根據(jù)風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的顯示需求添加必要的動(dòng)畫，再根據(jù)動(dòng)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(dá)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(hào)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(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的標(biāo)度變換？

(2)如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的開環(huán)控制？

(3)如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)變頻控制系統(tǒng)的定值控制？項(xiàng)目四液位串級(jí)控制系統(tǒng)

一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知識(shí)目標(biāo)

(1)掌握液位串級(jí)控制系統(tǒng)的控制要求。

(2)掌握液位串級(jí)控制系統(tǒng)的硬件接線。

(3)掌握液位串級(jí)控制系統(tǒng)的通信方式。

(4)掌握液位串級(jí)控制系統(tǒng)的控制原理。

(5)掌握液位串級(jí)控制系統(tǒng)PID控制的設(shè)計(jì)方法。

(6)掌握液位串級(jí)控制系統(tǒng)腳本程序的設(shè)計(jì)方法。

(7)掌握液位串級(jí)控制系統(tǒng)組態(tài)的設(shè)計(jì)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(jí)控制系統(tǒng)的構(gòu)建能力。

(3)增強(qiáng)獨(dú)立分析、綜合開發(fā)研究、解決具體問題能力。

(4)初步具備對(duì)PID串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。

(5)初步具備液位串級(jí)控制系統(tǒng)的分析能力。

(6)初步具備液位串級(jí)控制系統(tǒng)的組態(tài)能力。

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

1.必備知識(shí)

(1)檢測儀表及調(diào)節(jié)儀表的基本知識(shí)。

(2)串級(jí)控制系統(tǒng)的組成。

(3)計(jì)算機(jī)控制基本知識(shí)。

(4)泓格7017模擬量輸入模塊基本知識(shí)。

(5)泓格7024模擬量輸出模塊基本知識(shí)。

(6)計(jì)算機(jī)輸入通道基本知識(shí)。

(7)計(jì)算機(jī)輸出通道基本知識(shí)。

(8)?PID控制原理。

(9)計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

(10)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

(11)組態(tài)技術(shù)基本知識(shí)。

2.必備技能

(1)熟練的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)的組建能力。三、相關(guān)知識(shí)

1.泓格7017模擬量輸入模塊簡介

見模塊三中的項(xiàng)目一。

2.泓格7024模擬量輸出模塊簡介

見模塊三中的項(xiàng)目一。四、理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)

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

1.液位串級(jí)控制系統(tǒng)的工藝流程圖

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

2.控制方案的設(shè)計(jì)

用泓格7017智能模塊、泓格7024智能模塊、PID控制軟設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的串級(jí)控制，并用MCGS軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)各種參數(shù)的顯示、存儲(chǔ)與控制功能。

3.實(shí)訓(xùn)設(shè)備基本配置及接線

(1)實(shí)訓(xùn)設(shè)備基本配置：

液位對(duì)象(有液位變送器和電動(dòng)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(yùn)行狗 一個(gè)

計(jì)算機(jī) 一臺(tái)/人

(2)液位串級(jí)控制系統(tǒng)接線。液位串級(jí)控制系統(tǒng)接線如圖4-4-2所示，如果沒有液位對(duì)象，可用信號(hào)發(fā)生器和電流表代替液位變送器和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。圖4-4-2液位串級(jí)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(hào)經(jīng)兩個(gè)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(hào)，經(jīng)250Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻轉(zhuǎn)換為1V～5V的電壓信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)RS-485到RS-232的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠接收的信號(hào)送到計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)按人們預(yù)先規(guī)定好的串級(jí)控制程序，對(duì)被測量

進(jìn)行分析、判斷、處理，按預(yù)定的控制算法(如PID控制)進(jìn)行運(yùn)算，從而送出一個(gè)控制信號(hào)，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(hào)送到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而控制水箱進(jìn)水流量的大小。主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。串級(jí)系統(tǒng)由于增加了副回路，因而對(duì)于進(jìn)入副回路的干擾具有很強(qiáng)的抑制作用，使作用于副環(huán)的干擾對(duì)主變量的影響大大減小。

5.液位串級(jí)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(xiàng)，新建“液位串級(jí)控制系統(tǒng).MCG”工程文件。

2)數(shù)據(jù)庫組態(tài)

液位串級(jí)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(jí)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(tái)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(jí)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(jí)控制系統(tǒng)窗口。

(2)雙擊液位串級(jí)控制系統(tǒng)窗口，打開動(dòng)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(xiàng)目二)。圖4-4-9液位串級(jí)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(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)表、報(bào)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(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)表、報(bào)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(shí)操考核

項(xiàng)目考核采用步進(jìn)式考核方式，考核內(nèi)容如表4-4-2

所示。七、注意事項(xiàng)

(1)液位串級(jí)控制系統(tǒng)接線時(shí)注意只用泓格7017的兩個(gè)通道。

(2)副控制器的設(shè)定值要與主控制器的輸出信號(hào)相連接。

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

(1)調(diào)試液位串級(jí)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(dòng)/自動(dòng)切換按鈕置于手動(dòng)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(dòng)/自動(dòng)切換按鈕置于自動(dòng)方式，觀察控制系統(tǒng)的控制效果是否達(dá)到控制要求，如果沒有達(dá)到控制要求則反復(fù)調(diào)試，直到達(dá)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(dòng)/自動(dòng)切換按鈕置于手動(dòng)方式，將副回路手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕置于手動(dòng)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(dòng)/自動(dòng)切換按鈕置于手動(dòng)方式，將副回路手動(dòng)/自動(dòng)切換按鈕置于自動(dòng)方式，觀察控制系統(tǒng)的控制效果是否達(dá)到控制要求，如果沒有達(dá)到控制要求則反復(fù)調(diào)試，直到達(dá)到控制要求為止。

(4)將主回路、副回路都置于自動(dòng)方式，使控制系統(tǒng)進(jìn)入串級(jí)控制方式。九、思考題

(1)串級(jí)控制系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？

(2)如何實(shí)現(xiàn)串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)？

(3)串級(jí)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(dòng)方式,副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)嗎？項(xiàng)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(shí)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(shí)。

(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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)能力。

(3)增強(qiáng)獨(dú)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(jì)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(duì)簡單控制算法PID的設(shè)計(jì)能力。

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

(8)初步具備對(duì)簡單過程控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)的設(shè)計(jì)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(shí)與技能

1.必備知識(shí)

(1)計(jì)算機(jī)控制基本知識(shí)。

(2)計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

(3)西門子S7-300PLC系統(tǒng)基本認(rèn)識(shí)。

(4)西門子S7-300PLC系統(tǒng)模擬量輸入/輸出模塊基本

知識(shí)。

(5)?I/O信號(hào)處理基本知識(shí)。

(6)簡單過程控制系統(tǒng)基本知識(shí)。

(7)檢測儀表及調(diào)節(jié)儀表的基本知識(shí)。

(8)?PID控制原理。

(9)?PLC編程的基本知識(shí)。

(10)組態(tài)技術(shù)基本知識(shí)。

2.必備技能

(1)熟練的計(jì)算機(jī)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(hào)類型的辨識(shí)能力。

(8)?S7-300PLCPID模塊應(yīng)用能力。

(9)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組建能力。三、理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)

理實(shí)一體化教學(xué)任務(wù)見表4-5-1。四、理實(shí)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(hào)作為測量信號(hào)，通過控制器控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，達(dá)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(jì)

(1)系統(tǒng)I/O設(shè)計(jì)：AI(2個(gè))，AO(1個(gè))。

(2)系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計(jì)：用一臺(tái)S7-300(CPU315-2DP)PLC、一個(gè)SM331模擬量輸入模塊和一個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)S7-300PLC液位的控制，并用MCGS軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)各種參數(shù)的顯示、存儲(chǔ)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(shí)訓(xùn)設(shè)備基本配置及控制接線圖

(1)實(shí)訓(xùn)設(shè)備基本配置：

液位對(duì)象(帶液位變送器和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥)一套

S7-300PLCCPU(CPU315-2DP)一個(gè)

模擬量輸入模塊(SM331) 一個(gè)

模擬量輸出模塊(SM332) 一個(gè)

通信卡(CP5611專用網(wǎng)卡) 一個(gè)

通信電纜(MPI) 一個(gè)

計(jì)算機(jī) 一臺(tái)/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(duì)象，可用信號(hào)發(fā)生器和電流表代替液位變送器和電動(dòng)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(hào)經(jīng)液位變送器的轉(zhuǎn)換，成為4mA～

20mA的電流信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送到CPU模塊CPU315-2DP中，然后按照預(yù)先編寫的程序，對(duì)被測量進(jìn)行分析、判斷、處理，按預(yù)定的控制算法進(jìn)行PID運(yùn)算。從而送出一個(gè)控制信號(hào)，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(hào)送給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而通過調(diào)節(jié)閥門的開度來達(dá)到控制水箱進(jìn)水流量的目的。閥門的開度可通過SM331模塊的1通道送到計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jìn)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(jī)架上有八個(gè)槽，編號(hào)為1～8。1號(hào)槽必須放電源模塊，2號(hào)槽必須放CPU及擴(kuò)展模塊，4～8號(hào)槽可以任意放置各種SM(信號(hào)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(hào)表

符號(hào)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(duì)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(hào)是4mA～20mA的電流信號(hào)，通過編寫子程序?qū)崿F(xiàn)4mA～20mA電流信號(hào)到電動(dòng)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(shí)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(hào)和閥門開度信號(hào)的特點(diǎn)，依次對(duì)信號(hào)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(duì)現(xiàn)場采集到的模擬量信號(hào)進(jìn)行標(biāo)度變換，在OB35中斷組織塊內(nèi)進(jìn)行調(diào)用，中斷時(shí)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(duì)應(yīng)背景數(shù)據(jù)塊為DB1)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定并連接變量，中斷時(shí)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(xiàng)，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(tái)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-