小型集散控制系统_过程控制_温度流量测量.doc

摘要 该系统是一个小型集散控制系统，装有组态王工控软件的上位计算机完成对被控对象的模拟和监控(SCA—DA)，通过 RS一232／RS485和下位机 PLC串口通信，下位机由西PLC(s7—200)组成，实时检测被控对象的温度、压力、液位、流量四个参数，把采集到的数据进行处理和保存，并根据控制要求进行 PID 运算，运算结果控制执行器动作，执行器为电动调节阀、变频器和电动机。并以串级控制系统为例，说明了过程控制系统的组态及实验步骤。实践证明，该实验装置充分模拟工业控制现场，操作简单 ，实验效果良好。 关键词：过程控制 组态王6.0 实验系统 PLC 目录 1 绪论 3 1.1 引言 3 1.2 系统结构设计 3 1.3 设计目的与要求 4 2 PLC的选型 5 2.1 西门子S7-200PLC系统概述 5 2.2 西门子S7-200PLC的CPU及扩展模块 6 2.2.1 中央处理单元（CPU） 7 2.2.2 数字量扩展模块 8 2.2.3 模拟量扩展模块 10 2.3 模拟量扩展模块的选择 11 2.3.1 输入扩展模块EM231 11 2.3.2 输出扩展模块EM232 13 2.3.3 输入输出扩展模块EM235 15 3 过程仪表的选择 19 3.1 液位传感器 19 3.2 电磁流量传感器、电磁流量转换器 19 3.3 温度测量 20 3.4 压力检测变送 21 3.5 电动调节阀 21 3.6 变频器 22 3.7 水泵 22 3.8交流固态继电器SSR 22 4 系统组态设计 23 4.1流程图与组态图 23 4.2组态画面 24 4.3动画连接 25 4.4 PID控制算法 25 5 计算机和PLC的通信 28 5.1 串行通信接口 28 5.2 RS-232/RS485的接口信号 28 6 基于组态王的上位机监控界面开发 29 6.1 组态王通用版软件的结构 29 6.2 组态王和下位机通讯 29 7 显示仪表的选择 30 结论 30 致谢 31 参考文献 31 1 绪论 1.1 引言 最近一二十年我国工业生产自动化的领域扩大了，自动化技术快速向过程控制发展，各工科院校自动化类专业大都开设了过程控制类课程。但由于缺乏较 好的实验设施，影响了教学质量和人才培养质量。为了加强实践环节、培养学生的工程意识，我校新建了过程控制实验室，选用沈飞电子科技发展有限公司制造的JBS—GK02大型过程控制实验装置。该装置对温度、压力、液位、流量四个典型控制参数进行检测和控制，可以方便的组合成多种控制实验，特别是本实验装置可组成耦合程度可调的双输入双输出控制系统，可通过调节手调阀的开度来调节耦合程度。还可通过计算机(用组态王软件定义的各种画面与PLC通讯)对系统进行监控。在双容液位控制中用简单的方法设计了非线性控制对象 ，构成非线性控制。这在国内同类装置中还属首创。 1.2 系统结构设计 1系统组成 根据用户要求，该控制系统为两级分布式结构，第一级为计算机，由组态软件开发现场监控和数据采集系统(SCADA)，通过RS-232/RS485和下位机 PLC串口通信，第二级由下位机PLC组成，实时检测被控对象的温度、压力、液位、流量四个参数，把采集到的数据进行处理和保存。并根据控制要求进行 PID运算，运算结果控制执行器动作，执行器为电动调节阀、变频器 和电动机。上位机操作系统选用 Windows XP，监控软 件选用组态王6．0。计算机作为上位机可以提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理；PLC作为下位机，执行可靠有效的分散控制。在控制系统中，一般计算机仅用于编程、参数设定和修改、图形和数据的在线显示，并没有直接参与现场控制，现场上的控制执行者是PLC。系统组成框图见图 1.1。 系统框图如图1.1所示。 图1.1 系统控制框图 2 控制方案 在本系统中以一个水箱和两个水槽为被控对象，实时检测被控对象的温度、压力、液位、流量四个参数，把采集到的数据进行显示，并送入PLC根据要求进行PID运算，运算结果控制执行器的动作，执行器为电动调节阀、变频器和电动机，从而达到过程控制参数的控制要求。上水箱液位和管道流量，这两个参量具有相关联系，流量的大小可以影响上水箱液位，根据流量与液位的关系，故系统采用串级控制，内环为流量控制，外环为液位控制。内环与外环的控制算法均采用PID算法，PID算法实现简单，控制效果好，系统稳定性好。外环液位控制器的输出作为内环流量控制器的设定值，流量控制器的输出来控制调节阀的大小，来控制管道流量的大小，进而控制上水箱液位。 1.3 设计目的与要求 1设计目的 （1）加深对过程控制系统基本原理的理解和对过程仪表的实际应用能力。 （2）培养运用组态软件和计算机设计过程控制系统的实