过程控制系统课程设计报告.pdfVIP

1.概述

课程设计的目的

了解具体过程控制系统设计的基本步骤和方法，加深对过程控制系统基本原

理的理解和对S7-300PLC与S7-200PLC编程的实际应用能力，培养运用WINCC组

态软件和计算机设计过程控制系统的实际能力。

课程设计的内容

用S7-300PLC与S7-200PLC主-从站进行单回路流量过程控制。

要实现的目标

（1）明确控制要求，设计出系统结构图、方框图、电气接线图、程序流程

图等。

（2）S7-200PLC从站程序设计

①采用模块程序设计，控制程序包括主程序OB1、子程序SBR_0和中断程

序INT_0。

②流量给定700升。

③采用定时中断SMB35，来调用流量采样定时中断程序INT_0，把实时检

测的管路流量反馈到S7-200PLC的模拟量输入口，与流量给定量进行比

较算出误差e。

④采用指令系统中的PID控制算法，整定好PID参数，计算出的实时控制

量通过S7-200PLC的模拟量输出口输出，来控制电动执行器和阀门的开

度。

⑤所有信号要转换为4-20mACD信号，并与流量物理量0-2500升建立对应

关系。

⑥采用状态表进行各变量的监视与修改，系统有启动、停止按钮操作功能。

（3）S7-300PLC主站程序设计

①要求采用SFC14和SFC15指令进行主-从站的数据交换，通过S7-300PLC

主站进行写操作（如系统启动/停止等），并能读取S7-200PLC从站的参数；

S7-200PLC能接受S7-300PLC主站的指令；实现主-从站读/写（接收/发送）操

作。

1

（4）性能指标要求

无超调量，稳态误差为3%，加随机扰动能克服掉。

（5）上位监控要求：

采用WINCC上位监控软件，设计出单回路流量一阶的上位监控系统，包括

建立通讯，数据变库组态、工艺图形组态、数据组态与显示、趋势组态与显示、

报表组态与显示等功能。

2.S7-300PLC与200PLC主-从站单回路流量系统硬件设计方案

2.1主-从站单回路流量过程控制系统硬件组成原理

该实验过程控制系统的控制器选用S7—300PLC作为主站控制器，由电源模块

307—1BA00—00AA00、CPU模块315—2AG10—0AB0、模拟量输入模块331—5HF02

—0AB0、模拟量输出模块332—5HF02—0AB0、数字量输入/输出模块323—1BH01

—0AA0组成，PC机与300PLC采用MPI(CP5611)通讯。

选用S7—200PLC作为从站控制器，CPU为224，数字量输入为14点DC输入，

数字量输出为10点晶体管输出，扩展了EM277现场总线PROFIBUS-DP通讯模块，

扩张了EM235模拟量输入/输出模块。

上位机监视和控制整个系统的运行，通过300PLC控制200PLC而200PLC控制

被控对象，被控对象被控制执行相应的任务并将其状态反馈给200PLC，在由

200PLC传给300PLC，最后由300PLC传给上位机。

分层论述：

（1）监控层，由计算机及组态王对控制层的CPU进行MPI通信，达到控制及监

视控制层的目的。

（2）控制层，由300PLC的CPU对上位机和200PLC进行数据交换，300PLC通过

EM277控制200PLC的启/停（I0.0、I0.1）及数据的读/写。

（3）被控层，通过接受200PLC的EM277的信号，实现单回路流量过程控制，可

以进行流量给定和流量反馈的显示及PID参数的显示。

硬件系统结构图如图2.1所示。

2

图2.1硬件系统结构图

2.2主-从站单回路流量过程控制系统硬件电气接线图设计

系统的被控对象（管路1）通过压力变送器将流量反馈到200PLC的AI模块，

经过PLC内部运算，计算出控制量