《工控組態(tài)技術及應用-組態(tài)王》課件模塊四

模塊四模擬量組態(tài)工程

項目一單容液位定值控制系統(tǒng)(泓格7000系列智能模塊)

項目二溫度控制系統(tǒng)

項目三百特儀表液位控制系統(tǒng)

項目四風機變頻控制系統(tǒng)

項目五液位串級控制系統(tǒng)

項目六西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)

項目一單容液位定值控制系統(tǒng)

一、學習目標

1.知識目標

(1)掌握單容液位定值控制系統(tǒng)的控制要求。

(2)掌握單容液位定值控制系統(tǒng)的硬件接線。

(3)掌握單容液位定值控制系統(tǒng)的通信方式。

(4)掌握單容液位定值控制系統(tǒng)的控制原理。

(5)掌握單容液位定值控制系統(tǒng)PID控制的設計方法。

(6)掌握單容液位定值控制系統(tǒng)腳本程序的設計方法。

(7)掌握單容液位定值控制系統(tǒng)的組態(tài)設計方法。

2.能力目標

(1)初步具備簡單工程的分析能力。

(2)初步具備簡單控制系統(tǒng)的構建能力。

(3)增強獨立分析、綜合開發(fā)研究、解決具體問題的能力。

(4)初步具備對PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計能力。

(5)初步具備單容液位定值控制系統(tǒng)的分析能力。

(6)初步具備單容液位定值控制系統(tǒng)的組態(tài)能力。

(7)初步具備單容液位定值控制系統(tǒng)的統(tǒng)調能力。二、要求學生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)檢測儀表及調節(jié)儀表的基本知識。

(2)簡單控制系統(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)的基本知識。

(10)閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本知識。

(11)組態(tài)技術基本知識。

2.必備技能

(1)熟練的計算機操作技能。

(2)變送器的調校技能。

(3)控制器的調校技能。

(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、相關知識講解

1.泓格7000智能模塊的功能

泓格ICP系列智能采集模塊通過串口通訊協(xié)議(RS-232、RS-485等)或其他通訊協(xié)議與PC機相連，并與外界現(xiàn)場信號直接相連或與由傳感器轉換過的外界信號相連，由PC機中的程序控制，可實現(xiàn)采集現(xiàn)場的模擬信號、處理采集到的現(xiàn)場信號、輸出模擬控制信號、輸入/輸出開關量等功能。

2.泓格7017模擬量輸入模塊簡介

泓格ICP7017模塊是利用RS-485與上位機進行通訊的8通道模擬量輸入采集模塊；輸入信號有電壓輸入和電流輸入兩種類型；輸入范圍：－150～150mV、－500～500mV、－1～

1V、－5～5V、－10～10V、－20～20mA。具體接線端子如圖4-1-1所示。圖4-1-1泓格ICP7017模擬量輸入模塊引腳圖如果輸入信號是電流信號，則先通過250Ω的標準電阻將其轉換成1～5V的電壓信號，具體接線方式如圖4-1-2所示。圖4-1-2泓格ICP7017接線圖

3.泓格7024模擬量輸出模塊簡介

泓格ICP7024是利用RS-485與上位機進行通訊的4通道模擬量輸出模塊，可輸出4路電壓信號或4路電流信號；電流輸

出信號范圍：0～20mA、4～20mA；電壓輸出信號范圍：

－10～10V、0～10V、－5～5V、0～5V。具體接線端子如圖4-1-3所示。輸出信號的接線方式如圖4-1-4所示。圖4-1-3泓格ICP7024模擬量輸出模塊引腳圖

圖4-1-4ICP7024接線方式

4.?7000Utility軟件的使用說明

7000Utility軟件主要為泓格模塊提供以下功能:

(1)檢測與主機相連的泓格7000模塊。

(2)設置泓格7000的相關配置。

(3)對泓格7000各個模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)輸入或數(shù)據(jù)輸出。

(4)保存檢測到的泓格模塊的信息(文件格式為*.map)。四、理實一體化教學任務

理實一體化教學任務見表4-1-1。五、理實一體化教學步驟

1.單容液位定值控制系統(tǒng)工藝流程

單容液位定值控制系統(tǒng)工藝流程圖如圖4-1-5所示。

圖中的單容液位定值控制系統(tǒng)是一個簡單控制系統(tǒng)，上水箱是被控對象，液位是被控變量，在沒有干擾的情況下，液位穩(wěn)定的條件是進水流量等于出水流量，在出水閥開度一定時，要使水箱里的液位穩(wěn)定，必須改變進水電動調節(jié)閥的開度，這樣才能使液位穩(wěn)定。圖4-1-5單容液位定值控制系統(tǒng)工藝流程圖

2.控制要求

用泓格7017智能模塊、泓格7024智能模塊、PID控制軟設備實現(xiàn)對單容液位的定值控制，并用組態(tài)王軟件實現(xiàn)對各種參數(shù)的顯示、存儲與控制功能。

3.實訓設備基本配置及接線

1)實訓設備基本配置

液位對象(有液位變送器和電動調節(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；

RS485/RS232轉換接頭及傳輸線 一根；

計算機(盡量保證每人一機) 多臺。

2)單容液位定值控制系統(tǒng)接線

單容液位定值控制系統(tǒng)接線圖如圖4-1-6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節(jié)閥。圖4-1-6單容液位定值控制系統(tǒng)接線圖

4.控制系統(tǒng)的組成及控制原理

1)控制系統(tǒng)的組成

單容液位定值控制系統(tǒng)采用計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)，其組成如圖4-1-7所示。

控制系統(tǒng)由液位對象、液位變送器、A/D轉換、控制器、D/A轉換、電動調節(jié)閥等組成，其中計算機完成控制器的作用。圖4-1-7計算機直接數(shù)字控制系統(tǒng)的組成

2)控制系統(tǒng)的控制原理

液位信號經(jīng)液位變送器的轉換，將其按量程范圍轉換為4～20mA的電流信號，經(jīng)250Ω的標準電阻轉換為1～5V的電壓信號，然后送到模數(shù)轉換模塊泓格7017的01通道，將1～5V的電壓信號轉換為數(shù)字信號，經(jīng)信號轉換器RS-485到RS-232的轉換，轉換為計算機能夠接收的信號并傳送到計算機。計算機按人們預先規(guī)定的控制程序，對被測量對象進行分析、判斷、處理，按預定的控制算法(如PID控制)進行運算，從而傳送出一個控制信號；經(jīng)信號轉換器RS-232到RS-485的轉換，然后傳送到數(shù)模轉換模塊7024的01通道，轉換為4～

20mA的電流信號再傳送到調節(jié)閥，從而控制水箱進水流量的大小。

5.單容液位定值控制系統(tǒng)的組態(tài)

1)新建工程

選擇“文件”→“新建工程”，新建單容液位定值控制系統(tǒng)的工程文件。

2)設備組態(tài)

在組態(tài)王工程瀏覽器中選擇“設備”標簽中的“COM1”，創(chuàng)建如圖4-1-8所示的設備。圖4-1-8“選擇設備”窗口

3)單容液位定值控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)

單容液位定值控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)如圖4-1-9所示。創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三相關內容。圖4-1-9單容液位定值控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)

4)創(chuàng)建畫面窗口

創(chuàng)建如圖4-1-10所示的畫面窗口，創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三。圖4-1-10單容液位定值控制系統(tǒng)畫面窗口

5)用戶窗口組態(tài)

用戶窗口組態(tài)，參考模塊二中的項目四相關內容。

(1)雙擊單容液位定值控制系統(tǒng)畫面窗口，打開動畫組態(tài)界面，繪制如圖4-1-11所示的圖形。圖4-1-11單容液位定值控制系統(tǒng)控制界面①條形顯示、數(shù)字顯示、控制器的數(shù)字顯示及設置按鈕分別與SV、PV、MV建立連接。

②控制器的設置如圖4-1-12所示。圖4-1-12控制器的設置

(2)實時曲線的組態(tài)，參考模塊二中的項目五相關內容。

①繪制如圖4-1-13所示的圖形。圖4-1-13繪制實時曲線②實時趨勢曲線的設置如圖4-1-14所示。圖4-1-14實時趨勢曲線的設置

(3)歷史曲線的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關內容。

①繪制如圖4-1-15所示的圖形。圖4-1-15歷史曲線的組態(tài)②歷史曲線的設置如圖4-1-16所示。圖4-1-16歷史曲線的設置

(4)報警的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關內容。

①打開數(shù)據(jù)詞典，雙擊變量“PV”，選擇“報警定義”標簽頁，設置PV的報警屬性，如圖4-1-17所示。圖4-1-17測量值報警屬性設置②用同樣的方法設置變量SV、MV。

③在數(shù)據(jù)詞典中,分別設置變量SV、PV、MV的記錄屬性。

④在報警畫面中繪制如圖4-1-18所示的報警圖形。圖4-1-18報警的組態(tài)⑤報警窗口的運行效果如圖4-1-19所示。圖4-1-19報警效果圖

(5)報表的組態(tài)。

①在報表畫面中繪制如圖4-1-20所示的報表圖形。圖4-1-20報表的組態(tài)②將相應的單元分別與變量PV、SV、MV建立連接。

③報表窗口的運行效果如圖4-1-21所示。圖4-1-21報表效果圖

6)命令語言

打開單容液位定值控制系統(tǒng)畫面組態(tài)界面，單擊鼠標右鍵選擇“畫面屬性”，單擊“命令語言”按鈕，添加如下的命令語言：

//數(shù)據(jù)轉換

PV=AI0;

AO0=MV;六、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內容如表4-1-2所示。七、注意事項

(1)兩個智能模塊的接線一定要正確。

(2)數(shù)據(jù)庫組態(tài)時，一定要注意變量的數(shù)據(jù)類型是否正確。

(3)設備組態(tài)時要注意通道的連接是否正確。

(4)歷史曲線組態(tài)時要注意組對象、單個對象的存盤屬性設置務必正確。

(5)各項組態(tài)必須在仿真機房調試通過。八、系統(tǒng)調試

1.單容液位定值控制系統(tǒng)組態(tài)王仿真界面調試

(1)開環(huán)調試：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，要檢查系統(tǒng)接線及設備組態(tài)，直到正常顯示為止。

(2)閉環(huán)調試：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，則須反復調試，直到達到控制要求為止。

2.調試過程中常見問題

(1)數(shù)據(jù)不顯示。

解決方法：在設備組態(tài)中解決通道連接問題。

(2)歷史曲線不顯示。

解決方法：檢查是否設置了對象的存盤屬性。

(3)報警不產生。

解決方法：檢查屬性設置中的存盤屬性和報警屬性設置。

(4)報表不產生。

解決方法：檢查報表設置中的數(shù)據(jù)連接是否正確。九、思考題

(1)計算機通過什么方式接收現(xiàn)場的模擬信號？

(2)計算機通過什么方式操縱現(xiàn)場的調節(jié)閥？

(3)如何實現(xiàn)單容液位定值控制系統(tǒng)的開環(huán)控制？

(4)如何實現(xiàn)單容液位定值控制系統(tǒng)的定值控制？項目二溫度控制系統(tǒng)

一、學習目標

1.知識目標

(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)的PID控制的設計方法。

(8)掌握溫度控制系統(tǒng)的程序設計方法。

(9)掌握溫度控制系統(tǒng)的組態(tài)設計方法。

2.能力目標

(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)的設計能力。

(3)初步具備溫度控制系統(tǒng)PLC的程序設計能力。

(4)初步具備對PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計能力。

(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)調能力。二、要求學生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)?PLC應用技術基本知識。

(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識。

(3)組態(tài)技術基本知識。

(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編程調試技能。

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

1.?EM235模塊

EM235模塊能直接與Pt100熱電阻相連，供電電源為24VDC。EM235模塊有四路模擬量輸入一路模擬量輸出。輸入、輸出都可以為0～10V電壓或0～20mA電流。圖4-2-1為EM235模塊的輸入、輸出連線示意圖。圖4-2-1EM235的輸入、輸出接線圖用DIP開關可以設置EM235模塊，如圖4-2-2所示，開關1～6用于選擇模擬量輸入范圍和分辨率，所有的輸入設置成相同的模擬量輸入范圍和格式。開關1、2、3是衰減設置，開關4、5是增益設置，開關6為單/雙極性設置。圖4-2-2EM235DIP開關設置外形圖

EM235模塊選擇單/雙極性、增益和衰減的開關設置及模塊選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關設置，分別如表4-2-1、表4-2-2所示。本系統(tǒng)中DIP開關設置如表4-2-3所示。在單極性時，對應的數(shù)據(jù)字是0～32?000；在雙極性時，對應的數(shù)據(jù)字是－32?000～32000。在本系統(tǒng)中用的是4～20mA電流，是單極性字，所以對應4mA電流數(shù)據(jù)字是0，20mA電流數(shù)據(jù)字是32000。

2.溫度控制模塊介紹

溫度控制模塊的硬件組成如圖4-2-3所示。圖4-2-3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)由冷卻風扇電機、調壓器、加熱模塊、測溫單元等組成。測溫單元Pt100檢測到的信號經(jīng)溫度變送器轉換成4～20mA的電流；經(jīng)信號單元轉換成電壓信號傳送給A8052的加熱模塊，以改變加熱器的加熱速度；通過改變風扇調節(jié)旋鈕改變加熱器的散熱速度。四、理實一體化教學任務

理實一體化教學任務見表4-2-4。五、理實一體化教學步驟

1.溫度控制系統(tǒng)控制要求

設計一個溫度控制系統(tǒng)，具體要求如下：

(1)用Pt100熱電阻、調壓器、風扇、西門子S7-200PLC、EM235模擬量處理模塊等構成溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)。

(2)用組態(tài)王軟件來監(jiān)控溫度控制系統(tǒng)。

(3)實現(xiàn)對溫度控制系統(tǒng)的定值調節(jié)。

2.溫度控制系統(tǒng)實訓設備的基本配置及控制接線圖

1)實訓設備基本配置

Pt100熱電阻 一個；

溫度變送器 一個；

風扇 一個；

EM235模擬量處理模塊 一塊；

RS232轉換接頭及傳輸線 一根；

計算機(盡量保證每人一機) 多臺；

西門子S7-200PLC 一臺。

2)溫度控制系統(tǒng)接線圖

溫度控制系統(tǒng)接線圖如圖4-2-4所示。圖4-2-4溫度控制系統(tǒng)接線圖

3.溫度控制系統(tǒng)I/O分配

溫度控制系統(tǒng)I/O分配見表4-2-5。

4.溫度控制系統(tǒng)的組成及控制原理

在PLC程序中設計100ms的中斷程序來讀取溫度的當前值，并經(jīng)過標度變換將其轉換成0～1之間的實數(shù)傳送到PID模塊，與設定值進行比較后對偏差進行PID運算，將運算結果轉換成PLC的標準數(shù)字輸出信號，經(jīng)模擬量處理模塊再轉換成4～20mA的輸出信號傳送到調壓器，從而改變加熱管的加熱速度；在冷卻風扇的作用下，使溫度對象的溫度穩(wěn)定在設定值上。

5.溫度控制系統(tǒng)PLC控制程序

1)主程序

網(wǎng)絡1：初始化PID參數(shù)，指定采樣周期為0.1s，中斷時間為100ms。初始化程序圖如圖4-2-5所示。圖4-2-5初始化程序圖

2)中斷服務程序

(1)網(wǎng)絡1：將溫度檢測元件熱電阻檢測到的信號轉換為0～1之間的數(shù)再傳送到PID-PV。

數(shù)據(jù)采集程序如圖4-2-6所示。圖4-2-6數(shù)據(jù)采集程序圖

(2)網(wǎng)絡2：實現(xiàn)手動/自動切換。手動/自動切換程序圖如圖4-2-7所示。圖4-2-7手動/自動切換程序圖

(3)網(wǎng)絡3：將0～1之間的輸出值轉換為標準的輸出值傳送到AQWO。

輸出處理程序如圖4-2-8所示。圖4-2-8輸出處理程序圖

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”，新建溫度控制系統(tǒng)的工程文件。

2)設備組態(tài)

在組態(tài)王工程瀏覽器中選擇“設備”標簽頁中的“COM1”選項，創(chuàng)建如圖4-2-9所示的設備(創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三)。圖4-2-9選擇設備窗口

3)溫度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典的組態(tài)

溫度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)窗口如圖4-2-10所示(創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三)。圖4-2-10溫度控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)窗口

(1)?PID_PV變量定義如圖4-2-11所示。圖4-2-11PID_PV的定義

(2)?PID_SP、PID_MV等變量的定義與PID_PV類似，讀寫屬性設置為“讀寫”。寄存器號與數(shù)據(jù)詞典對應。

4)創(chuàng)建畫面窗口

溫度控制系統(tǒng)畫面組態(tài)窗口如圖4-2-12所示(創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三)。圖4-2-12溫度控制系統(tǒng)畫面組態(tài)窗口

5)用戶窗口組態(tài)

用戶窗口組態(tài)參考模塊二中的項目三。

(1)雙擊溫度控制系統(tǒng)畫面窗口，打開動畫組態(tài)界面，繪制如圖4-2-13所示的圖形。圖4-2-13溫度控制系統(tǒng)控制界面

(2)條形顯示、數(shù)字顯示、設置按鈕分別與PID_PV、PID_SP、PID_MV、PID_P、PID_I、PID_D、PID_AM、PID_MAN、PID_OUT等建立連接。

(3)實時曲線的組態(tài)參考模塊二中的項目五。實時曲線的設置如圖4-2-14所示。圖4-2-14實時曲線的設置

(4)按鈕的設置如圖4-2-15所示。圖4-2-15按鈕的設置在“命令語言連接”編輯欄中選中“按下時”，分別對按鈕輸入以下命令語言：

●歷史曲線：“ShowPicture(”歷史曲線“);”。

●報警：ShowPicture(“報警”);

●報表：ShowPicture(“報表”);

●退出系統(tǒng)：ClosePicture(“溫度控制”);

PID_SP=0;

PID_OUT=0;

Exit(0);”?！袷謩?自動切換：if(PID_AM==0)

PID_AM=1;

Else

PID_AM=0;

if(PID_AM==0)

sss="手";

else

sss="自";”

(5)當前狀態(tài)與內存字符串sss連接。

(6)歷史曲線的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關內容。歷史曲線的設置如圖4-2-16所示。圖4-2-16歷史曲線的設置

(7)報警的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關內容。

●打開數(shù)據(jù)詞典，雙擊變量“PID_PV”，選擇“報警定義”標簽頁，設置PID_PV的報警屬性，如圖4-2-17所示。圖4-2-17測量值報警屬性設置●用同樣的方法設置變量PID_SP、PID_MV。

●在數(shù)據(jù)詞典中，分別設置變量PID_SP、PID_PV、PID_MV的記錄屬性。

●在報警畫面中繪制報警圖形。

(8)報表的組態(tài)。在報表畫面中繪制如圖4-2-18所示的報警圖形。將相應的單元分別與變量PID_PV、PID_SP、PID_MV建立連接。圖4-2-18報表的組態(tài)六、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內容如表4-2-6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)應采用PID三作用調節(jié)規(guī)律。

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

(4)?PID運算的輸出信號要轉換為PLC的標準輸出值。

(5)控制信號在送往調壓器之前要通過EM235模擬量處理模塊進行處理。八、系統(tǒng)調試

1.溫度控制系統(tǒng)PLC程序調試

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傳送到執(zhí)行機構。

2.組態(tài)王仿真界面調試

(1)運行初步調試正確的PLC程序。

(2)進入組態(tài)王運行界面，將系統(tǒng)置于手動方式，觀察輸入、輸出信號是否能正常顯示，如果顯示不正常，則須檢查硬件接線及設備組態(tài)，直到顯示正常為止。

(3)將系統(tǒng)置于自動方式，觀察顯示曲線是否能達到溫度控制系統(tǒng)的控制要求，如果不能達到要求，則修改相應的程序或參數(shù)。

反復調試，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。

3.調試過程中的常見問題與解決方法

(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；檢查數(shù)據(jù)采集程序是否正確。

(2)溫度調節(jié)性能差。

解決方法：采取PID三作用調節(jié)規(guī)律，調整PID的控制

參數(shù)。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)溫度輸入信號的標度變換？

(3)在PLC中如何對輸出信號進行轉換？

(4)溫度控制一般采取哪種調節(jié)規(guī)律？項目三百特儀表液位控制系統(tǒng)

一、學習目標

1.知識目標

(1)掌握百特儀表的功能及使用方法。

(2)掌握百特儀表液位控制系統(tǒng)的控制要求。

(3)掌握百特儀表液位控制系統(tǒng)的硬件接線。

(4)掌握百特儀表液位控制系統(tǒng)的通信方式。

(5)掌握百特儀表液位控制系統(tǒng)的控制原理。

(6)掌握百特儀表液位控制系統(tǒng)的組態(tài)設計方法。

2.能力目標

(1)初步具備百特儀表液位控制系統(tǒng)的分析能力。

(2)初步具備百特儀表液位控制系統(tǒng)的設計能力。

(3)初步具備PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計能力。

(4)初步具備百特儀表液位控制系統(tǒng)的組態(tài)能力。

(5)初步具備百特儀表液位控制系統(tǒng)的調試能力。二、要求學生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)自動控制基本知識。

(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識。

(3)組態(tài)技術基本知識。

(4)?PID控制原理。

2.必備技能

(1)熟練的自動控制系統(tǒng)接線操作技能。

(2)熟練的自動控制系統(tǒng)調試技能。

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

1.?XMA5000百特儀表簡介

(1)適用范圍：適用于溫度控制、壓力控制、流量控制、液位控制等各種控制系統(tǒng)中。

(2)萬能輸入信號：只需做相應的按鍵設置和硬件跳線設置，即可在以下所有輸入信號之間任意切換，即設即用。熱電阻：Pt100、Pt100.0、Cu50、Cu100、Pt10。

熱電偶：K、E、S、B、T、R、N。

標準信號：0～10mA、4～20mA、0～5V、1～5V。

霍爾傳感器：mV輸入信號，0～5V以內任意信號按鍵即設即用。

遠傳壓力表：30～350Ω，信號誤差現(xiàn)場按鍵修正。其他用戶特殊訂制輸入信號。

(3)給定方式：有以下多種給定方式可選。

①本機給定方式(LSP)?？赏ㄟ^面板上的增減鍵直接修改給定值，也可以加密碼鎖定禁止修改。

②時間程序給定(TSP)。時間程序給定曲線圖如圖4-3-1

所示。圖4-3-1時間程序給定曲線圖③外部模擬給定信號(遠程給定)(RSP)。

0～10mA/4～20mA/0～5V/1～5V通用。

(4)多種控制輸出方式可選擇：10mA、4～20mA、0～5V、1～5V控制輸出；時間比例控制繼電器輸出(1A/220VAC阻性負載)；時間比例控制5～30VSSR控制信號輸出；時間比例控制雙向可控硅輸出(3A，600V)；單相2路可控硅過零或移相觸發(fā)控制輸出(獨創(chuàng)電路可觸發(fā)3～1000A可控硅)；三相6路可控硅過零(獨創(chuàng)電路可觸發(fā)3～1000A可控硅)，外掛三相SCR觸發(fā)器。

(5)專家自整定算法。獨特的PID參數(shù)專家自整定算法，將先進的控制理論和豐富的工程經(jīng)驗相結合，使得PID控制器可適應各種現(xiàn)場，對一階慣性負載、二階慣性負載、三階慣性負載、一階慣性加純滯后負載、二階慣性加純滯后負載、三階慣性加純滯后負載這六種有代表性的典型負載的全參數(shù)測試表明，PID參數(shù)專家自整定的成功率達95%以上。

(6)可帶RS-485/RS-232/Modem隔離通訊接口或串行標準打印機接口。

(7)單片機智能化設計。

(8)零點、滿度自動跟蹤，長期運行無漂移，全部參數(shù)按鍵均可設定。

2.XMA5000百特儀表面板簡介

1)面板示意圖

XMA5000百特儀表面板示意圖如圖4-3-2所示。圖4-3-2XMA5000百特儀表面板示意圖

2)主顯示屏(PV)

上電復位時，第一屏顯示表型“”(XMA控制器)。

正常工作時，顯示測量值“PV”。

參數(shù)設定操作時，顯示被設定參數(shù)名，或被設定參數(shù)當

前值。

信號斷線時，顯示“”。

信號超量程時，顯示“”或“”。

3)副顯示屏

上電復位時，第一屏顯示“”(福光百特)。

在自動工作態(tài)下，顯示控制輸出值MV。用增值鍵、減值鍵調整給定值SP時，顯示SP值。當停止增減SP值操作2s后，恢復顯示控制輸出值MV。

在手動工作態(tài)下，顯示控制輸出值。參數(shù)設定操作時，顯示被設定參數(shù)名。

啟動時間程序給定后，在自動態(tài)下顯示SP值，在手動狀態(tài)下顯示MV值。自整定期間，交替顯示“”和輸出MV。

4)?LED指示燈

HIGH：報警2(上限)動作時，燈亮。

LOW：報警1(下限)動作時，燈亮。

MAN：自動工作態(tài)，燈滅；手動工作態(tài)，燈亮。

OUT：時間比例輸出“ON”時，燈亮。

3.?XMA5000百特儀表操作說明

1)按鍵說明

(1)?SET鍵：在自動或手動工作態(tài)下，按“SET”鍵進入?yún)?shù)設定態(tài)；在參數(shù)設定態(tài)下，按“SET”鍵確認參數(shù)設定操作。

(2)

鍵和

鍵：在自動工作態(tài)下，按“

”鍵或“

”鍵可修改給定值(SP)，在副顯示屏顯示；在手動工作態(tài)下，按“

”鍵或“

”鍵可修改控制輸出值(MV)；在參數(shù)設定時，“

”鍵和“

”鍵用于參數(shù)設定菜單選擇和參數(shù)值設定。

(3)?A/M鍵：該鍵可實現(xiàn)手動工作狀態(tài)和自動工作狀態(tài)的相互切換。

2)給定值設置

(1)單設定點(本機設定點)的SP設定操作。在自動工作態(tài)下，按“

”、“▽”鍵可修改SP設定值，在副顯示屏顯示。上電復位后將調出停電前的SP值作為上電后的初始SP值。

(2)時間程序給定t.SP。在時間程序給定工作態(tài)下，SP將按預先設定好的程序運行，

、▽鍵操作無效。上電復位時，具有SP跟蹤PV功能，即從時間程序曲線中最接近當前PV值的點開始運行程序。

時間程序控制程序的啟動：在本機定值給定狀態(tài)下，同時按“SET”和“

”鍵，將切換到時間程序、控制運行，并保持切換前后SP值和MV值不變。時間程序控制的停止：在時間程序給定控制狀態(tài)下，同時按“SET”鍵和“▽”鍵，將切換到本機單值給定運行，并保持切換前后SP值和MV值不變。

時間程序給定和單值給定控制的切換是雙向無擾的。

3)手動輸出操作

不論本機處于單值給定工作狀態(tài)，還是時間程序給定工作狀態(tài)，按“A/M”鍵均可進入手動工作狀態(tài)，可通過

、▽鍵直接修改MV值，在副顯示屏顯示。

在手動工作狀態(tài)下，按“A/M”鍵將回到原先的自動工作狀態(tài)。輸出MV值在手動/自動狀態(tài)的切換過程中是雙向無擾的。

t.SP給定時，手動操作轉自動操作具有SP自動跟蹤PV功能，即從時間程序曲線中最接近PV的點開始運行。

4)?PID自整定程序的啟動

按本書“附錄”中的附表4操作說明，可啟動PID自整定程序。啟動后，若偏差(SP-PV)/FS＜5%，則繼續(xù)維持常規(guī)PID運行，暫不進行PID參數(shù)自整定；若偏差大于5%，則作兩個周期全開全關位式控制，計算出系統(tǒng)合適的PID參數(shù)，按此參數(shù)進行常規(guī)PID控制。

自整定期間，副顯示屏交替顯示“”和MV值。

4.?XMA5000百特儀表(96mm×96mm)接線端子圖

XMA5000百特儀表接線端子圖如圖4-3-3所示。圖4-3-3XMA5000百特儀表(96mm×96mm)接線端子圖四、理實一體化教學任務

理實一體化教學任務見表4-3-1。五、理實一體化教學步驟

1.百特儀表液位控制系統(tǒng)控制工藝流程圖

百特儀表液位控制系統(tǒng)控制工藝流程圖如圖4-1-5所示。

2.百特儀表液位控制系統(tǒng)控制要求

用百特儀表實現(xiàn)對單容液位的定值控制，并用組態(tài)王軟件實現(xiàn)對各種參數(shù)的顯示、存儲與控制功能。

3.百特儀表液位控制系統(tǒng)實訓設備基本配置及控制接線圖

1)實訓設備基本配置

液位對象(帶液位變送器和電動調節(jié)閥) 一套；

XMA5000(96mm*96mm)百特儀表 一塊；

RS-485/RS-232轉換接頭及傳輸線 一根；

計算機(盡量保證每人一機) 多臺。

2)百特儀表液位控制系統(tǒng)接線圖

百特儀表液位控制系統(tǒng)接線圖如圖4-3-4所示。圖4-3-4百特儀表液位控制系統(tǒng)接線圖

4.控制系統(tǒng)的組成及控制原理

1)控制系統(tǒng)的組成

百特儀表液位控制系統(tǒng)采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)，其組成如圖4-3-5所示。

控制系統(tǒng)由計算機、液位對象、液位變送器、XMA5000(96mm×96mm)百特儀表、電動調節(jié)閥等組成，其中百特儀表完成控制器的作用，計算機起監(jiān)控作用。圖4-3-5計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組成

2)控制原理

液位信號經(jīng)液位變送器的轉換，將其按量程范圍轉換為4～20mA的電流信號，然后傳送到XMA5000智能儀表中進行PID運算，從而傳送出一個控制信號，去控制現(xiàn)場的調節(jié)閥，以此來控制水箱進水流量的大小。計算機通過RS-232/RS-485轉換實現(xiàn)對智能儀表的監(jiān)控。

5.百特儀表液位控制系統(tǒng)的組態(tài)

1)新建工程

選擇“文件”→“新建工程”，新建百特儀表液位控制系統(tǒng)的工程文件。

2)設備組態(tài)

在組態(tài)王工程瀏覽器中選擇“設備”標簽頁中的“COM1”選項，如圖4-3-6所示，選擇百特XM類儀表，創(chuàng)建如圖4-3-7所示的設備(創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三)。圖4-3-6選擇儀表類型圖4-3-7創(chuàng)建設備

3)百特儀表液位控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)

百特儀表液位控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)如圖4-3-8所示(創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三)。圖4-3-8百特儀表液位控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)

(1)?PID_PV變量的定義如圖4-3-9所示。圖4-3-9PID_PV變量的定義

(2)?PID_SP變量的定義如圖4-3-10所示。圖4-3-10PID_SP變量的定義

(3)?PID_MV變量的定義如圖4-3-11所示。圖4-3-11PID_MV變量的定義

4)創(chuàng)建畫面窗口

創(chuàng)建畫面窗口如圖4-3-12所示(創(chuàng)建方法同模塊二中的項三)。圖4-3-12百特儀表液位控制系統(tǒng)畫面組態(tài)窗口

5)用戶窗口組態(tài)

用戶窗口組態(tài)參考模塊二中的項目四相關內容。

(1)雙擊百特儀表液位控制系統(tǒng)畫面窗口，打開動畫組態(tài)界面，繪制如圖4-3-13所示的控制界面。圖4-3-13百特儀表液位控制系統(tǒng)控制界面

(2)條形顯示、數(shù)字顯示、設置按鈕分別與變量PID_PV、PID_SP、PID_MV、PID_P、PID_I、PID_D、PID_AM等建立連接。

(3)實時曲線的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關內容。實時趨勢曲線的設置如圖4-3-14所示。圖4-3-14實時趨勢曲線的設置

(4)按鈕的設置如圖4-3-15所示。圖4-3-15按鈕的設置在“命令語言連接”編輯欄中選擇“按下時”選項，分別對按鈕輸入以下命令語言：

●歷史曲線：“ShowPicture(”歷史曲線“);”。

●報警：ShowPicture(“報警”);

●報表：ShowPicture(“報表”);

●退出系統(tǒng)：ClosePicture(“溫度控制”);

PID_SP=0;

PID_OUT=0;

Exit(0);”?！袷謩?自動切換：if(PID_AM==0)

PID_AM=1;

else

PID_AM=0;

if(PID_AM==0)

xianshi="手";

else

xianshi="自";

(5)當前狀態(tài)與內存字符串xianshi連接。

(6)歷史曲線的組態(tài)：參考模塊二中的項目五相關內容。歷史曲線的設置如圖4-3-16所示。圖4-3-16歷史曲線的設置

(7)報警的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關內容。

●打開數(shù)據(jù)詞典，雙擊變量“PID_PV”，選擇“報警定義”標簽頁，設置變量PID_PV的報警屬性，如圖4-3-17所示。圖4-3-17測量值報警屬性設置●用同樣的方法設置變量PID_SP、PID_MV。

●在數(shù)據(jù)詞典中，分別設置變量PID_SP、PID_PV、PID_MV的記錄屬性。

●在報警畫面中繪制報警圖形。

(8)報表的組態(tài)。在報表畫面中繪制如圖4-3-18所示的報表圖形。圖4-3-18報表的組態(tài)六、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內容如表4-3-2所示。表4-3-2項?目?考?核?表七、注意事項

(1)百特儀表液位控制系統(tǒng)采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

(2)百特儀表液位控制系統(tǒng)組態(tài)的連接必須與百特儀表的存儲器建立連接。

(3)百特儀表液位控制系統(tǒng)中計算機只起監(jiān)督作用，控制作用由百特儀表完成。八、系統(tǒng)調試

1.百特儀表液位控制系統(tǒng)組態(tài)王仿真界面調試

(1)開環(huán)調試：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能正常顯示，如果顯示不正常，則須檢查系統(tǒng)接線及設備組態(tài)，直到正常顯示為止。

(2)閉環(huán)調試：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，則須反復調試，直到達到控制要求為止。

2.調試過程中的常見問題及解決方法

(1)數(shù)據(jù)不顯示。

解決方法：在設備組態(tài)中解決通道連接問題。

(2)歷史曲線不顯示。

解決方法：檢查是否設置對象的存盤屬性。

(3)報警不產生。

解決方法：檢查屬性設置中的存盤屬性和報警屬性設置。

(4)報表不產生。

解決方法：檢查報表設置中的數(shù)據(jù)連接是否正確。九、思考題

(1)計算機如何實現(xiàn)對百特儀表液位控制系統(tǒng)的監(jiān)控？

(2)如何實現(xiàn)百特儀表液位控制系統(tǒng)的開環(huán)控制？

(3)如何實現(xiàn)百特儀表液位控制系統(tǒng)的定值控制？項目四風機變頻控制系統(tǒng)

一、學習目標

1.知識目標

(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)掌握風機變頻控制系統(tǒng)的控制要求。

(5)掌握風機變頻控制系統(tǒng)的硬件接線。

(6)掌握風機變頻控制系統(tǒng)的通信方式。

(7)掌握風機變頻控制系統(tǒng)的控制原理。

(8)掌握風機變頻控制系統(tǒng)的PID控制的設計方法。

(9)掌握風機變頻控制系統(tǒng)的PLC程序的設計方法。

(10)掌握風機變頻控制系統(tǒng)的組態(tài)設計方法。

2.能力目標

(1)初步具備風機變頻控制系統(tǒng)的分析能力。

(2)初步具備PLC風機變頻控制系統(tǒng)的設計能力。

(3)初步具備風機變頻控制系統(tǒng)PLC的程序設計能力。

(4)初步具備對PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計能力。

(5)初步具備風機變頻控制系統(tǒng)的組態(tài)能力。

(6)初步具備風機變頻控制系統(tǒng)PLC程序與組態(tài)的統(tǒng)調

能力。二、要求學生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)?PLC應用技術基本知識。

(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)基本知識。

(3)組態(tài)技術基本知識。

(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編程調試技能。

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

1.?EM235模塊

EM235模塊的有關知識參見模塊四中的項目二。

2.風機模塊前面板

風機模塊前面板圖如圖4-4-1所示。圖4-4-1風機模塊前面板圖

3.調速器

調速器特性：電源輸入0～36V，通過PWM技術，調節(jié)輸出電壓不超過輸入電壓?？刂戚斎腚妷簽?～10V，輸入電阻＞100kΩ。

4.速度測量傳感器

速度測量傳感器為光電耦合器件。本項目采用夏普公司

的高性能光電發(fā)射測量元件。內部電路圖和管腳圖如圖4-4-2所示。圖4-4-2速度測量傳感器內部電路圖和管腳圖

5.臺州富凌變頻器

臺州富凌變頻器前操作面板如圖4-4-3所示。圖4-4-3臺州富凌變頻器前操作面板圖變頻器操作方法：變頻器的操作面板采用三級菜單結構進行參數(shù)設置等操作。三級菜單分別為：功能參數(shù)組(一級菜單)，功能碼(二級菜單)，功能設定值(三級菜單)。變頻器操作流程如圖4-4-4所示。圖4-4-4變頻器操作流程圖

6.風機

采用小型的三相風機，具有噪音小、耗電低的特點，同時可以實現(xiàn)正轉、反轉等控制，為變頻器的控制提供了對象。由于其功率小，所以可以采用220VAC輸入，得到220V相電壓的三相輸出。四、理實一體化教學任務

理實一體化教學任務見表4-4-1。五、理實一體化教學步驟

1.風機變頻控制系統(tǒng)的控制要求

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

(2)用組態(tài)王軟件來監(jiān)控風機變頻控制系統(tǒng)。

(3)實現(xiàn)對風機變頻控制系統(tǒng)的定值調節(jié)。

2.風機變頻控制系統(tǒng)實訓設備基本配置及控制接線圖

1)實訓設備基本配置

速度測量傳感器 一套；

風機 一個；

EM235模擬量處理模塊 一塊；

變頻器 一臺；

RS-232轉換接頭及傳輸線 一根；

計算機(盡量保證每人一機) 多臺；

西門子S7-200PLC 一臺。

2)系統(tǒng)接線

(1)風機變頻控制系統(tǒng)接線圖如圖4-4-5所示。圖4-4-5風機變頻控制系統(tǒng)接線圖

(2)臺州富凌變頻器ZB2000型接線圖如圖4-4-6所示。

變頻器的選擇為單相輸入，頻率外部給定為電壓型。圖4-4-6臺州富凌變頻器ZB2000型接線圖

3.風機變頻控制系統(tǒng)I/O分配

風機變頻控制系統(tǒng)I/O分配見表4-4-2。

4.風機變頻控制系統(tǒng)的組成及控制原理

如圖4-4-7所示，速度測量傳感器將風機的轉速轉換成脈沖信號，然后經(jīng)I0.0傳送給高速計數(shù)器，在PLC程序中設計

100ms的中斷程序讀取高速傳感器的當前值，并經(jīng)過標度變換將其轉換成0～1之間的實數(shù)，傳送到PID模塊，與設定值進行比較后對偏差進行PID運算，將運算結果轉換成PLC的標準數(shù)字輸出信號，經(jīng)模擬量處理模塊轉換成4～20mA的輸出信號傳送到變頻器，變頻器通過面板來控制風機的正轉、反轉以及風機的轉速，使風機的轉速穩(wěn)定在設定值范圍。圖4-4-7風機變頻控制系統(tǒng)控制圖

5.風機變頻控制系統(tǒng)PLC控制程序

1)符號表

符號表見表4-4-3。

2)主程序

主程序包括以下兩個網(wǎng)絡：

(1)網(wǎng)絡1：初始化PID參數(shù)，指定采樣周期為0.1s，中斷時間為100ms。

初始化程序圖如圖4-4-8所示。圖4-4-8初始化程序1圖

(2)網(wǎng)絡2：定義高速計數(shù)器為HSCO，當前值為0，最大計數(shù)值為1000000，并啟動高速計數(shù)器HSCO。初始化程序如圖4-4-9所示。圖4-4-9初始化程序2圖

3)中斷服務程序

(1)網(wǎng)絡1：風機每轉一圈產生7個脈沖，將100ms產生的脈沖數(shù)除以0.7，得到風機每秒的轉速，并給LDO賦值，然后重新啟動計數(shù)器計數(shù)。

數(shù)據(jù)采集程序如圖4-4-10所示。圖4-4-10數(shù)據(jù)采集程序圖

(2)網(wǎng)絡2：將轉速轉換為0～1之間的數(shù)，然后傳送到

PID-PV。

輸入處理程序如圖4-4-11所示。圖4-4-11輸入處理程序圖

(3)網(wǎng)絡3：實現(xiàn)手動/自動切換。

手動/自動切換程序如圖4-4-12所示。圖4-4-12手動/自動切換程序圖

(4)網(wǎng)絡4：將0～1之間的輸出值轉換為標準的輸出值，然后傳送到AQWO。

輸出處理程序如圖4-4-13所示。圖4-4-13輸出處理程序圖

6.風機變頻控制系統(tǒng)的組態(tài)

1)新建工程

選擇“文件”→“新建工程”，新建風機變頻控制系統(tǒng)的工程文件。

2)設備組態(tài)

在組態(tài)王軟件工程瀏覽器中選擇“設備”標簽頁中的“COM1”選項，創(chuàng)建如圖4-4-14所示的設備(創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三)。圖4-4-14選擇設備窗口

3)風機變頻控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)

風機變頻控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)如圖4-4-15所示。創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三。圖4-4-15風機變頻控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)窗口

(1)變量PID_PV的定義如圖4-4-16所示。圖4-4-16變量PID_PV的定義

(2)?PID_SP、PID_MV等變量的定義與變量PID_PV類似，讀寫屬性設為“讀寫”。寄存器號與數(shù)據(jù)詞典對應。

4)創(chuàng)建畫面窗口

創(chuàng)建畫面窗口如圖4-4-17所示。創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三。圖4-4-17風機變頻控制系統(tǒng)畫面組態(tài)窗口

5)用戶窗口組態(tài)

用戶窗口組態(tài)參考模塊二中的項目四相關內容。

(1)雙擊風機變頻控制系統(tǒng)畫面窗口，打開動畫組態(tài)界面，繪制如圖4-4-18所示的圖形。圖4-4-18風機變頻控制系統(tǒng)控制界面

(2)條形顯示、數(shù)字顯示、設置按鈕分別與PID_PV、PID_SP、PID_MV、PID_P、PID_I、PID_D、PID_AM、PID_MAN、PID_OUT等變量建立連接。

(3)實時曲線的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關內容。實時曲線的設置如圖4-4-19所示。圖4-4-19實時曲線的設置

(4)按鈕的設置如圖4-4-20所示。圖4-4-20按鈕的設置在“命令語言連接”編輯欄中選擇“按下時”，分別對按鈕輸入以下命令語言：

●歷史曲線：“ShowPicture(”歷史曲線“);”。

●報警：ShowPicture(“報警”);

●報表：ShowPicture(“報表”);

●退出系統(tǒng)：ClosePicture(“溫度控制”);

PID_SP=0;

PID_OUT=0;

Exit(0);”?！袷謩?自動切換：if(PID_AM==0)

PID_AM=1;

else

PID_AM=0;

if(PID_AM==0)

xianshi="手";

else

xianshi="自";

(5)當前狀態(tài)與內存字符串xianshi連接。

(6)歷史曲線的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關知識內容。設置如圖4-4-21所示。圖4-4-21歷史曲線的設置對話框

(7)報警的組態(tài)(參考模塊二中的項目五)。

●打開數(shù)據(jù)詞典，雙擊變量“PID_PV”，選擇“報警定義”標簽頁，設置變量PID_PV的報警屬性，如圖4-4-22所示。圖4-4-22測量值報警屬性設置對話框●用同樣的方法設置變量PID_SP、PID_MV。

●在數(shù)據(jù)詞典中，分別設置變量PID_SP、PID_PV、PID_MV的記錄屬性。

●在報警畫面中繪制報警圖形。

(8)報表的組態(tài)。在報表畫面中繪制如圖4-4-23所示的報表圖形。

將相應的單元分別與變量PID_PV、PID_SP、PID_MV建立連接。圖4-4-23報表的組態(tài)六、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內容如表4-4-4所示。七、注意事項

(1)風機變頻控制系統(tǒng)應采用高速計數(shù)器采集風機的轉速。

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

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

(4)?PID運算的輸出信號要轉換為PLC的標準輸出值。

(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)調試

1.風機變頻控制系統(tǒng)PLC程序調試

反復調試PLC程序，直到達到風機變頻控制系統(tǒng)的控制要求為止。

2.組態(tài)王仿真界面調試

(1)運行初步調試正確的PLC程序。

(2)進入組態(tài)王運行界面，調試組態(tài)王組態(tài)界面，觀察顯示界面是否達到風機變頻控制系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)風機變頻控制系統(tǒng)的顯示需求添加必要的動畫，根據(jù)動畫要求修改PLC程序。

3.調試過程中的常見問題及解決方法

(1)數(shù)據(jù)不顯示。

解決方法：在設備組態(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；若仍不正常，則須反復修改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)輸入信號的標度變換？

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

(3)如何實現(xiàn)風機變頻控制系統(tǒng)的定值控制？

項目五液位串級控制系統(tǒng)

一、學習目標

1.知識目標

(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控制的設計方法。

(6)掌握液位串級控制系統(tǒng)腳本程序的設計方法。

(7)掌握液位串級控制系統(tǒng)的組態(tài)設計方法。

2.能力目標

(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)的構建能力。

(3)增強獨立分析、綜合開發(fā)研究、解決具體問題的能力。

(4)初步具備對PID串級控制系統(tǒng)的設計能力。

(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)調能力。二、要求學生必備的知識與技能

1.必備知識

(1)檢測儀表及調節(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)?ADAM4017模擬量輸入模塊基本知識。

(5)?ADAM4024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)變送器的調校技能。

(3)控制器的調校技能。

(4)?ADAM4017模擬量輸入模塊的接線能力。

(5)?ADAM4024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、相關知識講解

1.?ADAM4017模擬量輸入模塊簡介

參見模塊二中的項目二相關內容。

2.?ADAM4024模擬量輸出模塊簡介

參見模塊二中的項目二相關內容。四、理實一體化教學任務

理實一體化教學任務見表4-5-1。五、理實一體化教學步驟

1.液位串級控制系統(tǒng)工藝流程

液位串級控制系統(tǒng)工藝流程見圖4-5-1。圖4-5-1液位串級控制系統(tǒng)工藝流程圖液位串級控制系統(tǒng)包括兩個控制器，主、副兩個被控對象，下水箱液位是主對象h2，中水箱液位是副對象h1，兩個控制器分別設置在主、副回路中。設在主回路的控制器稱為主控制器，設在副回路的控制器稱為副控制器。兩個控制器串聯(lián)連接，主控制器的輸出作為副回路的設定值，副控制器的輸出去控制執(zhí)行元件。主對象的輸出為系統(tǒng)的被控制量h2，副對象的輸出h1是一個輔助的被控變量。

2.控制方案的設計

用ADAM4017智能模塊、ADAM4024智能模塊、PID控制軟設備實現(xiàn)對液位的串級控制，并用組態(tài)王軟件實現(xiàn)對各種參數(shù)的顯示、存儲與控制功能。

3.實訓設備基本配置及接線

1)實訓設備基本配置

液位對象(帶液位變送器和電動調節(jié)閥) 一套；

ADAM4017模擬量輸入模塊 一塊；

ADAM4024模擬量輸出模塊 一塊；

RS-485/RS-232轉換接頭及傳輸線 一根；

計算機(盡量保證每人一機) 多臺。

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4-5-2所示，如果沒有液位對象，可用信號發(fā)生器和電流表來代替液位變送器和電動調節(jié)閥。圖4-5-2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換，將其按量程范圍轉換為4～20mA的電流信號，經(jīng)250?Ω的標準電阻轉換為1～5?V的電壓信號，然后傳送到模數(shù)轉換模塊ADAM4017的01、02通道，將兩路1～5V的電壓信號轉換為數(shù)字信號，經(jīng)RS-485到RS-232的轉換，轉換為計算機能夠接收的信號傳送到計算機。計算機按人們預先規(guī)定好的串級控制程序，對被測量對

象進行分析、判斷、處理，按預定的控制算法(如PID控制)進行運算，從而傳送出一個控制信號，經(jīng)RS-232到RS-485的

轉換，然后傳送到數(shù)模轉換模塊7024的01通道，轉換為4～

20mA的電流信號傳送到電動調節(jié)閥，從而控制水箱進水流量的大小。

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”，新建液位串級控制系統(tǒng)的工程文件。

2)設備組態(tài)

在組態(tài)王工程瀏覽器中選擇“設備”標簽頁中的“COM1”

選項，創(chuàng)建如圖4-5-3所示的設備。創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三。圖4-5-3選擇設備窗口

3)液位串級控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)

液位串級控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)如圖4-5-4所示。創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三。圖4-5-4液位串級控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)詞典組態(tài)窗口

4)創(chuàng)建畫面窗口

創(chuàng)建畫面窗口如圖4-5-5所示。創(chuàng)建方法同模塊二中的項目三。圖4-5-5液位串級控制系統(tǒng)畫面組態(tài)窗口

5)用戶窗口組態(tài)

參考模塊二中的項目四相關內容。

(1)雙擊液位串級控制系統(tǒng)畫面窗口，打開動畫組態(tài)界面，繪制如圖4-5-6所示的圖形。圖4-5-6液位串級控制系統(tǒng)控制界面①主控制器的數(shù)字顯示及設置按鈕分別與PID-SV主、PID-PV主、PID-MV主建立連接。

②副控制器的數(shù)字顯示及設置按鈕分別與PID-SV副、PID-PV副、PID-MV副建立連接。

③主控制器的設置如圖4-5-7所示。圖4-5-7主控制器的設置④副控制器的設置如圖4-5-8所示。圖4-5-8副控制器的設置

(2)實時曲線的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關內容。

①繪制如圖4-5-9所示的圖形。圖4-5-9實時曲線的設置②主控制器實時曲線設置如圖4-5-10所示。圖4-5-10主控制器實時曲線的設置③副控制器實時曲線設置如圖4-5-11所示。圖4-5-11副控制器實時曲線的設置

(3)歷史曲線的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關內容。

①繪制如圖4-5-12所示的圖形。圖4-5-12歷史曲線的組態(tài)②歷史曲線的設置如圖4-5-13所示。圖4-5-13歷史曲線的設置

(4)報警的組態(tài)參考模塊二中的項目五相關內容。

①打開數(shù)據(jù)詞典，雙擊變量“PID_PV主”，選擇“報警定義”標簽頁，設置PID_PV主的報警屬性，如圖4-5-14所示。圖4-5-14測量值報警屬性設置對話框②用同樣的方法設置PID_SV主、PID_MV主、PID_PV副、PID_SV副、PID_MV副。

③在數(shù)據(jù)詞典中，分別設置PID_SV主、PID_PV主、PID_MV主、PID_PV副、PID_SV副、PID_MV副的記錄屬性。

④在報警畫面中繪制如圖4-5-15所示的報警圖形。圖4-5-15報警組態(tài)⑤報警窗口的運行效果如圖4-5-16所示。圖4-5-16報警效果圖

(5)報表的組態(tài)。

①在報表畫面中繪制如圖4-5-17所示的報警圖形。圖4-5-17報表的組態(tài)②將相應的單元分別與PID_SV主、PID_PV主、PID_MV主、PID_PV副、PID_SV副、PID_MV副建立連接。

③報表窗口的運行效果如圖4-5-18所示。圖4-5-18報表效果圖

6)命令語言

打開液位串級控制系統(tǒng)組態(tài)界面，單擊鼠標右鍵選擇“畫面屬性”，單擊“命令語言”按鈕，添加如下的命令語言：

//數(shù)據(jù)轉換

PID_PV主=AI0;

PID_PV副=AI1;

PID-SV副=PID_MV主;

AO0=PID_MV副;六、實操考核

項目考核采用步進式考核方式，考核內容如表4-5-2

所示。七、注意事項

(1)在液位串級控制系統(tǒng)接線時，要注意只用ADAM4017的兩個通道。

(2)副控制器的設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)傳送到對象的輸出只有一個。八、系統(tǒng)調試

1.液位串級控制系統(tǒng)主回路調試

(1)開環(huán)調試：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，須檢查系統(tǒng)接線及設備組態(tài)，直到顯示正常為止。

(2)閉環(huán)調試：將“手動/自動切換”按鈕置于“自動”方式，觀察控制系統(tǒng)的控制效果是否能達到控制要求。如果沒有達到控制要求，則須反復調試，直到達到控制要求為止。

2.液位串級控制系統(tǒng)副回路調試

(1)開環(huán)調試：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，須檢查系統(tǒng)的接線及設備組態(tài)，直到顯示正常為止。

(2)閉環(huán)調試：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)的控制效果是否能達到控制要求。如果沒有達到控制要求，則須反復調試，直到達到控制要求為止。

3.液位串級控制系統(tǒng)聯(lián)調

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)律如何設置？

(4)主控制器設為手動方式，副回路是隨動控制系統(tǒng)嗎？項目六西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)

一、學習目標

1.知識目標

(1)掌握西門子S7-300PLC的工作原理。

(2)掌握模擬量輸入模塊/輸出模塊的特性。

(3)掌握模擬量控制的相關知識。

(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控制算法的設計方法。

(6)掌握西門子S7-300PLC液位控制系統(tǒng)的構成。

(7)掌握簡單控制系統(tǒng)的設計思路。

(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)設備的連接。

(10)掌握控制系統(tǒng)的組態(tài)設計方法。

2.能力目標

(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)的設計能力。

(3)增強獨立分析、綜合開發(fā)研究、解決具體問題的

能力。

(4)初步具備西門子S7-300PLC系統(tǒng)的設計能力。

(5)初步具備西門子S7-300PLC