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1、 A E 2 0 0 0 A型过 程 控 制 实 验 系 统 使 用 手 册S7300PLC实 验 指 导 书目 录一、概述3二、现场总线型控制系统介绍4一）现场总线过程控制系统PLC控制柜的组成4二）现场总线过程控制系统控制软件7三、现场总线对象系统介绍10一）、现场总线型对象系统主要特点11二）、现场总线型实验对象组成结构11四 S7300PLC系 统15第一节、安装软件15第二节、软件使用简介30第三节、程序中的I/O接口及变量的说明34第四节、问题说明37五 常 规 系 统 主 题 实 验40实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验40实验二、二阶双容下水箱对象特性测试实验43实验三、锅炉
2、内胆温度二位式控制实验46实验四、一阶单容水箱液位PID整定实验48实验五、二阶串接双容下水箱液位PID整定实验53实验六、锅炉内胆水温PID整定实验（动态）56实验七、涡轮流量计流量PID整定实验62实验八、双容上下水箱液位串级PID控制实验66实验九、锅炉内胆和夹套温度串级PID控制系统68实验十、电磁流量和上水箱液位串级PID控制系统71实验十一、电磁和涡轮流量计流量比值控制系统实验73实验十二、纯滞后水温PID整定实验（动态）76六 总 线 系 统 主 题 实 验81实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验81实验二、锅炉内胆温度二位式控制实验83实验三、上水箱液位PID整定实验86实验
3、四、锅炉内胆水温PID整定实验（动态）88实验五、电磁和涡轮流量计流量比值控制系统实验90一、概述生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求的目标，在18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功的应用以后，自动化技术时代开始了。随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化已经进入了计算机控制装置时代。在过去的十多年里，随着生产车间自动化和过程自动化中分散结构的迅速增长，现场总线的应用日益普遍。其原因之一是：现场总线系统实现了数字和摸拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制器（PLC）和PC之间的数据传输，把I/O通道分散到实际需要的现场
4、设备附近，使安装和布线的费用减少到最小，从而使成本费用大大的节省。其原因之二是：标准化的现场总线具有“开放”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备。现场总线系统的结构必须是透明的，这是自动化工程师们决定使用哪种现场总线时所遵循的重要原则。只有这样，他们才可能从市场上大量可供应的现场设备和部件中选择最佳的产品组成他们自己的系统。现场总线PROFIBUS满足了生产过程现场级数据可存取性的重要要求。一方面它覆盖了传感器/执行器领域的通信要求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在“分散I/O”领域由于有大量的、种类齐全的、可连接的现场设备可供选用，因此PROFI
5、BUS已成为事实上的国际公认的标准（现场总线PROFIBUS是国际标准IEC61158的组成部分Type）。本书所叙述的控制系统采用开放的现场总线系统PROFIBUS（PROcess Field BUS）和特别适用于分散外围设备的DP协议，以及连接现场总线仪表的PA协议。本装置的目的是使自动化专业的学生能尽快的入门，使研究生和高校教师能容易地利用PROFIBUS实现所设计的自动化任务。二、现场总线型控制系统介绍一）现场总线过程控制系统PLC控制柜的组成1. 电源部分控制柜右边为电源部分，从上到下依次有三相总电源开关、电源指示、启动按钮、停止按钮、日光灯电源开关、24V/S7-300电源开关、单
6、相泵电源、电动调节阀电源、变频器和流量计算仪器电源、直流电磁阀电源、电加热钥匙开关、电加热电流表。三相总电源开关为控制柜内部的带漏电保护的空气开关.2. 控制器： 西门子S7-300PLC，型号为CPU315-2 DP(1)，它集成了MPI接口，可以很方便的在PLC站点、操作站OS、编程器PG、操作员面板建立较小规模的通讯。它还集成了PROFIBUS-DP接口，通过DP可以组建更大范围的分布式自动化结构。工作电压：DC 24V通讯模块：CP5611通讯协议：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA3远程I/O模块型号：ET200M4 模拟量输入模块：西门子SM331-7NF00-OABO
7、 模拟量输入模块。输入所采集到的信号至远程I/O模块。规格：816bit AI工作方式：0-20mA、4-20mA,+/-20mA、+/-10V、1-5V、+/-5V。本控制系统采用8路1-5V电压输入，接线时要注意。5 模拟量输出模块采用西门子SM332-5HD01-OABO 模拟量输出模块。输出控制信号至远程I/O模块。规格：412BIT AO工作电压：DC 24V工作方式：0-20mA、4-20mA,+/-20mA、+/-10V、1-5V、+/-5V。本系统采用4路4-20mA电流输出，接线时要注意。6.DP链路 采用西门子DP LinK和DP/PA耦合器组成，工作电压为DC24V。DP
8、/PA耦合器原理图如下：7.数字量输入/输出模块 采用西门子8入8出数字量模块组成，工作电压为DC24V。8变频器 采用西门子420系列变频器，为了配合变频器与控制站之间的DP通信，专门配备了DP通信模块。二）现场总线过程控制系统控制软件1. STEP7STEP7是西门子公司针对S7300所开发的一款编程软件，可以通过MPI、PROFIBUS、工业以态网等接口实现PC和PLC之间的通讯，并在PC上对PLC下载和上载程序。具体操作如下：1. 运行STEP7，可以通过向导新建一个工程。 2. 打开“SIMATIC 300 STATION”中的“hardware”，进入硬件组态窗口，选择正确的输入输
9、出模块。注意配置好相应的输入输出规格，本系统输入模块采用1-5V直流电压模式，输出模块采用4-20mA电流模式。3. 在“BLOCKS”中添加所需编程模块，进行编程。STEP7可以很方便的在STL、LAD、FBD中切换编程方式。为方便编程，编程之前先把输入输出通道和所要的输入输出量对应起来。 4. 实验中我们主要用到的功能函数模块为FB41，它是集成的PID模块，主要结构如下： （5）调试程序，直至无误，下载程序。（6）将PLC置于RUN模式，运行程序。如果PLC上的SF灯亮，则说明有系统错误，可以在：“PLC”-“module information”中观察，然后进行错误处理。2. WINC
10、CWINCC是西门子公司开发的上位机组态软件，通过WINCC可以对控制对象进行检测和控制。具体操作如下：(1) 运行WINCC。(2) 新建一个工程，进入工程资源管理器。(3) 在“变量管理器”中添加SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE驱动程序。(4) 在相应的通讯接口类型中新建驱动连接。在新建的驱动连接中建立变量。注意，变量的地址要和PLC中的地址相对应。如图：(5) 在图形编辑器中创建组态画面。画面中用到的变量一定要事先定义好。(6) 保存并激活WINCC。运行工程，实现在上位机对控制对象的监控。三、现场总线对象系统介绍现场总线型过程控制实验装置是根据工业自动化及相关专业教学
11、特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上处于领先的现场总线控制系统，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出的一套基于本科，着重于研究生教学、学科基地建设的实验设备。该设备涵盖了信号和信息处理、传感技术、工程检测、模式识别、控制理论、自动化技术、智能控制、过程控制、自动化仪表、计算机应用和控制、计算机控制系统等课程的教学实验与研究。整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。一、现场总线过程控制综合实验装置的设计思路：1、主线清晰的将工业自动化的专业课程进行串接2、满足本
12、学科基础实验教学的前提下,提供学生进行工程实践能力培养的平台3、提高学生的就业竞争力4、将现代企业过程自动化、信息化、网络化、多功能化、智能化、集中监控化的特点体现出来5、结合国内外最新科技动态推出的集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术为一体的多功能过程自动化教学实验装置，为自动化专业的学生提供一个全面认识、实践自动化理论知识，系统掌握工厂实际应用设备的功能较为齐全的实验平台6、教师科学研究及科研课题的开发平台 二、 现场总线过程控制综合实验装置的构成：1 对象系统2 上位计算机控制系统1)对象系统的作用及包含的专业内容1、控制工程中控制对象的微缩，控制装置的组成、控制系统的调
13、节方法，调节规律学习应用平台，控制框图真实化的体现及展开。2、包含体现四大热工参数的检测及方法3、工程化检测及控制仪表装置的学习2)上位计算机控制系统为现场总线控制系统。 一）、现场总线型对象系统主要特点1被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数。2执行器中既有气动调节阀（或电动调节阀）、三相SCR移相调压等仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器。3调节系统除了有调节器的设定值阶跃扰动外，还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀或手操作阀制造各种扰动。4一个被调参数可在不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。5某些检测信号、执
14、行器在本对象中存在相互干扰，二者同时进行时要对原独立调节系统的被调参数进行重新整定，由此可对单回路调节与复杂调节系统比较优劣。6各种控制算法和调节规律在开放的组态实验软件平台上都可以实现。7实验数据及图表在上位机组态软件中永久存储，并可随时调用，以便实验者进行实验后的比较和分析。该系统设计从工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才的培养原则出发，实验对象采用了很多工业现场常用检测控制装置，上位机监控软件采用WINCC工控组态软件。学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能够很快适应环境进入角色，同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发平台。二）、现场总线型实验对象组成结构过程
15、控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长宽高：850450400mm）、强制对流换热管系统、串接圆筒有机玻璃上水箱（250370mm）、下水箱（250270mm）、三相4.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）、纯滞后盘管等实验装置。系统动力支路分两路组成：一路由单相丹麦格兰富循环水泵、气动（或电动）调节阀、电磁流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路由小流量水泵、变频调速器、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。如图2-1所示：图2-1、系统结构图对象系统结构图中检测变送和执行元件包括：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、电磁流量计、压力表、气动（或电动）调节阀等。现场总线实验对象检测及执行装置包括：
