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1、南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文）学院（系）： 电子与电气工程学院 专 业： 自动化 学 生： 指导教师： 完成日期 2012 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）基于S7-300 PLC和ADAM模块的过程控制实验台设计 Process Control Workbench Design Based on the S7-300PLC and ADAM Module 总 计： 33 页 表 格： 1 个 插 图： 23 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文） 基于S7-300 PLC和ADAM模块的过程控制实验台设计Process Control Workb
2、ench Design Based on the S7-300PLC and ADAM Module学 院（系）： 电子与电气工程系 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 张天鹏 学 号： 096108015 指 导 教 师（职称）： 殷华文（副教授） 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology 基于S7-300PLC和ADAM模块的过程控制实验台设计 基于S7-300 PLC和ADAM模块的过程控制实验台设计自动化专业 张天鹏摘 要 本课题是用S7-300 PLC和ADAM模块对模拟工程现场的压力、温度、流量、液位四大参数进
3、行控制，主要完成控制实验台的设计。用S7-300PLC、ADAM模块、智能仪表等做控制器，用变频器、调节阀、电加热丝做执行器，设计过程控制单双回路控制系统。还包括实验台机械台架设计、交直流供电设计、端子排设计、防干烧联锁设计等工程设计。设计过程按照过程控制工程项目设计的方法、步骤和内容，最后绘制出完整的工程图纸和仪表数据表。实验台和控制对象配合在一起，可以满足过程控制实验、课程设计、毕业设计的需要，设计出的工程图纸和技术文档可以作为自动化教学科研的学习资料。关键词 实验台；S7-300PLC; 亚当模块; 过程控制 Process Control Workbench Design Based
4、on the S7-300PLC and ADAM ModuleAutomation Specialty ZHANG Tian-peng Abstract: This task uses the s7-300 and ADAM module to control the pressure, temperature,flow,level four parameters on the simulation project site,major designing workbench. Using S7-300PLC,ADAM modules, intelligent instruments, as
5、 controller, inverter, control valves, heating wire as the actuator, design process control of single and double-loop control system.Bench mechanical rig design, AC and DC power supply design, terminal design, anti-dry interlocking design engineering.Design process in accordance with the methods, pr
6、ocedures and content of the design of process control projects, and finally draw a complete engineering drawings and instrument data sheets.Bench and the control objects can meet the process control experiment, curriculum design, graduate design needs.Engineering drawings and technical documentation
7、 can be used as learning materials for automated teaching and research.Key words: Workbench; S7-300PLC; ADAM module ; process control 目 录1 引言12 实验台的设计和安装12.1 实验台架的设计和安装12.1.1试验台架的设计12.1.2 主要实验设备的安装22.1.3端子排设计22.2 S7-300PLC的选型与安装22.2.1 S7-300系统概述22.2.2 S7-300 系统结构32.3 ADAM模块的选型与功能简介32.3.1 ADAM-4017/4
8、017+模块简介32.3.2 ADAM-4021(4024)模块简介52.3.3 ADAM4055模块简介62.3.4 ADAM4520模块简介62.4变频器的选择与功能简介62.5 智能仪表的选型与功能简介82.5.1 AI系列智能仪表概述82.5.2 技术规格82.5.3 仪表接线92.5.4 面板说明103 控制台供电线路的设计与安装113.1空气开关线径线缆的选择113.1.1空气开关的选择113.1.2线径的选择113.1.3线缆的选择123.2 控制台供电线路的设计123.3 防干烧联锁设计134 实验项目简介144.1 恒压供水144.2 水箱液位单回路PID控制154.3 管道
9、流量单回路PID控制174.4 锅炉温度单回路PID控制184.5 液位流量串级控制19结束语21参考文献22附录23致谢33III1 引言过程控制通常是指石油，化工，电力，冶金，轻工，建材，核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产工程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。在现代化工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标，提高经济效益和劳动生产率，改善劳动条件，保护生态环境等方面起着越来越大的作用。近几年来,由于计算机、通信、网络技术的迅速发展,工业监控系统也发展到新一代水平。随着工艺流程由简单过程向大型化、连续化、复杂化方向发展,控制系统由简单控制系统发展为复杂
10、控制系统。现代工业生产过程中，随着生产规模的不断扩大、生产过程的强化、对产品质量的严格要求以及各公司之间的激烈竞争，人工操作与控制已远远不能满足现代化生产的要求。过程控制系统已成为工业生产过程必不可少的装备，为保证现代企业安全、优质、低消耗和高效益生产提供了有效的技术手段。而且随着资源能源的紧缺，人类生存环境条件的恶化，对过程工业的自动控制要求越来越高。本课题是用S7-300 PLC和ADAM模块对模拟工程现场的压力、温度、流量、液位四大参数进行控制，主要完成控制实验台的设计。用S7-300PLC、ADAM模块、智能仪表等做控制器，用变频器、调节阀、电加热丝做执行器，设计过程控制单双回路控制系
11、统。还包括实验台机械台架设计、交直流供电设计、端子排设计、防干烧联锁设计等工程设计。设计过程按照过程控制工程项目设计的方法、步骤和内容，最后绘制出完整的工程图纸和仪表数据表。涉及过程控制工程项目设计的工作方法，工作内容，工作步骤。2 实验台的设计和安装2.1 实验台架的设计和安装2.1.1试验台架的设计本实验台的设计目的在于模拟工业现场对工业生产过程进行控制。设计时力求与工业现场保持一致。本实验台由基座和控制面板两大部分组成。基座有三角钢通过人工截取和固定组建而成，主要为控制台提供支撑。具体形状为一个长方体，长、宽、高，分别为100cm、50cm、75cm。上面固定一块等大的PV塑料板。控制面
12、板由PV塑料板通过三角钢固定竖立在控制台正中间。控制面板长、宽，分别为100cm、75cm。各种设备安装在控制面板正面，配电线路以及端子排一律安装在控制面板后面，此举既能方便操作，又能有效的保护人身安全，符合工业现场设计规则1。2.1.2 主要实验设备的安装为完成控制要求本实验台主要选用的设备有S7-300PLC、ADAM模块、变频器、智能仪表、空开开关、按钮等。具体安装位置为，PLC的导轨安装在控制面板的右上角，S7-300的各个模块安装在导轨上。右下方安装ADAM模块。左上方安装变频器，变频器与PLC中间安装智能仪表，左侧中间安装两排S7-300的控制按钮，一共十六个。左下方安装空气开关和
13、开关指示灯。一共有四个空气开关，分别命名为一号、二号、三号、四号。其中一号开关控制变频器、磁力驱动泵，二号开关控制两个QS电动调节阀、两个电磁流量传感器、两个温度变送器，三号开关控制S7-300PLC、ADAM模块、压力传感器、24V直流电源，四号开关控制接触器、加热丝。我们用四个空气开关对各个设备及对象分开控制。这样做的好处是各个设备及对象单独供电，减少了因某个开关的损坏造成的影响，提高了设备的稳定性。而且这样做可以做到需要用那些设备就给其供电，避免了需要用其中个别设备就全部供电的缺点，减少了能源消耗。同时又提高了设备的安全性能。这样做既符合工业生产过程中对设备稳定性和安全性的要求，也响应了
14、国家节能减排的号召。2.1.3端子排设计 电力电子配接线中,凡屏内设备与屏外设备相连接时,都要通过一些专门的接线子,这些接线端子组合起来,便称为端子排。端子排的作用就是将屏内设备和平外设备的线路相连接，起到信号（电流电压）传输的作用。有了端子排，使得接线美观，维护方便，在远距离线之间的联接时主要是牢靠，施工和维护方便。 选择的端子排型号为TB-1512L ，600V 15A。一共分上中下三排。上排连接PLC，中排连接ADAM模块、智能仪表，下排连接各个传感器，变送器及24V直流电源。端子排图见附录。2.2 S7-300PLC的选型与安装2.2.1 S7-300系统概述 SIMATIC S7-300 PLC 是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。其中，微型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置为8DI/6DO，可扩展2-7个模块，最大I/O点数为64DI/DO；12AI/4AO
