過程控制系統設計說明書zheng基于siemenss7-200plc的流量比值控制系統設計-資料下載頁

【導讀】要求對物料的流量進行控制。本文針對流量比值控制系統的工。藝特點和課程設計的控制要求，給出了基于西門子S7-200PLC的整套控制方案。在控制算法上，綜合。應用了比值控制系統中單閉環和雙閉環兩種控制方式，分別采用乘法和除法兩種方案。比值控制，針對PID參數調節給出了詳細說明。此外，本文還給出了控制系統相應的硬件配置、以及。Wincc對控制系統的監控畫面。

　　

【正文】 紹 CPU 模塊包括中央處理單元、電源和數字 I/O 點，這 3 部分都集成在一個緊湊、獨立的設備中。 CPU 模塊負責執行程序，以便對工業自動化控制任務或過程進行控制。輸入部分從現場設備中采集信號，這些采集信號經過 CPU 模塊執行程序處理，處理后得到的信號安慶師范學院物理與電氣工程學院《過程控制系統》設計說明書 第 12 頁 共 16 頁 傳送給輸出部分，此時輸出部分則輸出控制信號控制工業過程中的設備。下面主要介紹S7200 的 CPU 模塊。 S7200 的 CPU 模塊共有兩個系列 :CPU21X 和 CPU22X。 CPU21X 系列包括 CPU21 CPU21CPU215 和 CPU216； CPU22X 系列包括 CPU22 CPU22 CPU22 CPU226 和 CPU226XM。由于本課設中我選用 CPU226XM，所以在此只介紹 CPU226XM。 CPU226XM 具有 24 輸入 /16 輸出共 40 個數字量 I/O 點，可連接 7 個擴展模板單元，最大可擴展至 248個數字量 I/O或 35 路模擬量 I/O，組成的 I/O 端子排可以很容易的整體拆卸。具有 26KB的程序和數據存儲區空間、 6個獨立的 30KHZ的高速計數器、 2路獨立的 20KHZ的高速脈沖數出、 PID 控制器、 2 個 RS485 通信 /編程口、點對點接口 PPI 通 信協議、多點接口 MPI通信協議和自由通信口。 所有的 S7200 系列 PLC 不光有它自身、擴展模塊和其他用電設備的內部電源，它本身還向外提供一個 DC24V 電源，從電源輸出點（ L+,M）引出。此電源可為 PLC 和擴展模塊上的 I/O 點供電，也為一些特殊功能模塊供電。此電源還從 S7200 系列 PLC 的通信口輸出，給 PC/PPI 編程電纜，或 TD200 文本操作界面等設備供電。 不同規格的 CPU 提供 DC5V 和 DC24V 電源的容量（以電流表示）不同。每個實際應用項目都要就電源容量進行規劃計算。每個擴 展模塊都需要 DC5V 電源，應當檢查所有擴展模塊的 DC5V 電源要求是否超出 CPU 的供電能力，如果超出，就必須減少或改變模塊配置。有些模塊需要 DC24V 電源供電，這些電源也要根據 CPU 的供電能力進行計算。如果所需電源超出電源容量，需要增加外接 DC24V 電源。 S7200 系列 PLC 的 CPU 所提供的電源不能和外接電源并聯，但它們必須共地。 每種 CPU 模塊所提供的本機 I/O 地址是固定的。進行擴展時，在 CPU 單元右邊連接的擴展模塊的地址有 I/O 端口的類型以及它在同類 I/O 鏈中的位置來決定，擴展 模塊的地址編碼按照由左至右的順序依次排列。 模擬量擴展模塊是按照偶數分配地址。模擬量擴展模塊與數字量擴展模塊不同的是數字量擴展模塊中的保留位可以當內存中的位使用，而模擬量擴展模塊因為沒有內存映像，不能使用這些 I/O 地址。 S7200 系列 PLC 模擬量輸入模塊為 EM231，模擬量輸入映像區是 S7200 系列 PLC 為模擬量輸入信號開辟的一個存儲區。模擬量輸入用標識符（ AI）、數據長度（ W）及字節安慶師范學院物理與電氣工程學院《過程控制系統》設計說明書 第 13 頁 共 16 頁 的起始地址表示，該區的數據位字（ 16位）。在 CPU221 和 CPU222 中，其表示形式為： AIW0、AIW……、 AIW30，共有 16 個字，總共允許有 16 路模擬量輸入。在 CPU224 和 CPU226中，其表示形式為： AIW0、 AIW……、 AIW62，共 32 個字，總共允許有 32 路模擬量輸入。模擬量輸入值為只讀數據。 模擬量輸入模塊對模擬量進行 A/D 轉換，將模擬量信號轉換成 CPU 單元所能接受的數字量信號。模擬量輸入模塊的分辨率為 12 位，單極性數據格式的全量程范圍為 0～ 3200，雙極性全量程范圍的數字量是 3200～ +3200. 模擬量輸入模塊有各種輸入范圍，它們包括0～ 10V， 5V,0～ 20mA 等。在選用時要與現場過程檢測信 號范圍相對應。 S7200 系列 PLC 模擬量輸入模塊為 EM232，模擬量輸出映像區是 S7200 系列 PLC 為模擬量輸出信號開辟的一個存儲區。模擬量輸入用標識符（ AQ）、數據長度（ W）及字節的起始地址表示，該區的數據位字（ 16位）。在 CPU221 和 CPU222 中，其表示形式為： AIW0、AIW……、 AIW30，共有 16 個字，總共允許有 16 路模擬量輸出。在 CPU224 和 CPU226中，其表示形式為： AIW0、 AIW……、 AIW62，共 32 個字，總共允許有 32 路模擬量輸出。 模擬 量輸出模塊用于將 PLC 內部的數字量轉換為外部控制所需要的模擬電壓或電流，再去控制執行機構。模擬量輸出模塊存儲區中數字量的數據字格式為 12 位，左端對齊，MSB 和 LSB 分別為最高有效位和最低有效位。最高有效位是符號位， 0表示正數， 1 表示負數。最低位是 4個連續的 DAC 寄存器之前，低位的 4 個 0 被截斷，不會影響輸出信號值。模擬量輸出范圍包括 10～ +10V,0～ 20mA。模擬量輸出模塊對負載的要求主要是負載阻抗，在電流輸出方式下一般給出最大負載阻抗；在電壓輸出方式下，一般給出最小負載阻抗。模擬量屬 于小信號，在應用中要注意抗干擾措施，其主要方法有與交流信號和可產生干擾源的供電電源保持一定的距離，模擬量信號接線要采用屏蔽措施，采用一定的補償措施，減少環境對模擬量信號的影響。 本課設光看題目原理比較簡單，開始時還以為比較容易，其實當慢慢深入時才會發現課設不是這么好做的。首先題目過于寬泛，就說是水箱液位控制系統設計，不知道從何處著手。其次是需要應用相關軟件，如課設的過程中需要繪制一些電器原理圖，這就要求自己對相關軟件熟練操作。例如畫電機原理圖和操作回路圖的時候本來應該用專業軟件安慶師范學院物理與電氣工程學院《過程控制系統》設計說明書 第 14 頁 共 16 頁 autoCAD 畫 的，但是由于平時沒有學過，所以自己在 word 中直接畫的，最終花了不少時間才完成。 課設不是三兩天就能做好的，它需要我們翻閱大量的資料，對書本知識還不太懂的需要重新溫習課本知識，例如本課設中單容水箱的傳遞函數以及 PID 控制的原理還有 PLC 的變成方法等等，有些相當復雜，原理不易理解，需要多看幾遍才能看懂。還有就是保護電路的設計不太懂，因為書上都是原理框圖，所以本次保護電路設計的不夠健全。 由于本次課設感覺像是純理論的，沒有結合到實際中去，所以做起來比較空洞，參數的確定很難定出一個準確值出來。所以我們 平時做課設時候一定要理論結合實際只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能加深對理論的理解，進而指導自己的實際動手能力和獨立思考的能力。從本次課中讓我知道我們平時只要有時間就應該盡量的去多學一點知識去武裝自己的頭腦，免得書到用時方恨少。同時，我們不光是要學專業軟件，還要掌握好我們的理論課程，如果沒有學的非常牢靠，解起題目來就不會那么的得心應手，我覺得過程控制與我們以后的工作現場密切相關，任何工業控制都逃不了這個范疇，所以不光是為了本課程設計，而是為了我們的以后著想 ，我們也應該學好過程控制 系統 這門課。 安慶師范學院物理與電氣工程學院《過程控制系統》設計說明書 第 15 頁 共 16 頁 參考文獻 [1] 鐘肇慶等 .西門子 S7300 系列 PLC 及應用軟件 STEP7. 廣州：華南理工大學出版設， 2020 [2] 柴瑞娟等 . 西門子 PLC 編程技術及工程應用 . 北京：機械工業出版社， 2020 [3] 高鴻斌等 . 西門子 PLC 與工業控制網絡應用 . 北京：電子工業出版社， 1998 [4] 西門子有限公司 .SIMATIC WinCC 組態手冊 . 西門子自動化有限公司， 2020 [5] 王樹青 . 工業過程控制工程 . 北京 . 化學工業出版社， 1996 [6] 西門子自動化與驅動集團 .西門子工業通訊 . 西門子自動化有限公司 ,1996 [7] 崔堅 . 西門子工業網絡通信指南上 /下冊 . 北京：電子工業出版社， 1991 [8] 徐炳華 . 流體輸送設備的自動調節 . 北京：化學工業出版社， 1981 [9] 張運剛，宋曉春，郭武強 . 從入門到精通 工業組態技術及應用 . 北京：人民郵電出版社 [10] . Process Control Systems .Second Book Company， 1979 [11] Kane control and Optimization Gulf,1980 [12] 廖常初 . S7300/400 PLC 應用技術 . 北京：機械工業出版社， 2020