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: 实验系统 PLC
目录
1 绪论 3
引言 3
系统结构设计 3
设计目的与要求 4
2 PLC的选型 5
西门子S7-200PLC系统概述 5
西门子S7-200PLC的CPU及扩展模块 6
中央处理单元(CPU) 7
数字量扩展模块 8
模拟量扩展模块 10
模拟量扩展模块的选择 11
输入扩展模块EM231 11
输出扩展模块EM232 13
输入输出扩展模块EM235 15
3 过程仪表的选择 19
液位传感器 19
电磁流量传感器、电磁流量转换器 19
温度测量 20
压力检测变送 21
电动调节阀 21
变频器 22
水泵 22
22
4 系统组态设计 23
23
24
25
PID控制算法 25
5 计算机和PLC的通信 28
串行通信接口 28
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
组态王通用版软件的结构 29
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
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。
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,。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 。
。
上位计算机

被
控
对
象
PLC及模拟量扩展模块
检测变送器
执行器

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