小型集散控制系统过程控制温度流量测量

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

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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） .................................................................................. 6 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....................................................................................... 30 7 显示仪表的选择...................................................................................................... 31 结论.............................................................................................................................. 32 致谢.............................................................................................................................. 33 参考文献...................................................................................................................... 33

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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。

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