【正文】 現(xiàn)場總線技術(shù)課程設(shè)計課程設(shè)計要求及安全操作規(guī)程一、設(shè)計前的準(zhǔn)備，比如：西門子S7300PLC、STEP7組態(tài)編程及WINCC組態(tài)方面的書籍或資料。，了解設(shè)計要求，明確設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題，并按照各項目要求準(zhǔn)備記錄等。，該實驗裝置的總線控制柜由西門子S7300 PLC組成。實驗前應(yīng)了解實驗裝置中的對象、水泵和所用控制組件的名稱、作用及其所在位置, 以便于在實驗中對它們進行操作和觀察。熟悉實驗裝置面板圖，要求做到由面板上的圖形、文字符號能準(zhǔn)確找到該設(shè)備的實際位置；熟悉工藝管道結(jié)構(gòu)、每個手動閥門的位置及其作用。二、設(shè)計過程的基本要求1．明確設(shè)計任務(wù)；2．提出設(shè)計方案；3．運用STEP7組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行硬件組態(tài)設(shè)計；4．編寫LAD（梯形圖）程序；5. 運用WINCC組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行界面設(shè)計；5．進行實驗操作，做好觀測和記錄；6．整理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，撰寫課程設(shè)計報告。三、課程設(shè)計報告要求 、目錄；，每個項目包括設(shè)計要求、設(shè)計過程、結(jié)果或效果圖及總結(jié)分析；。四、安全操作規(guī)程1．實驗之前確保所有電源開關(guān)均處于“關(guān)”的位置，儲水箱中是否有充足的水；2．打開電源開關(guān)順序：依次打開PLC控制柜中總電源開關(guān)、變頻器開關(guān)（停大約10S后）、控制站開關(guān)、24VDC開關(guān)等。3．關(guān)閉電源開關(guān)順序：首先關(guān)閉控制站開關(guān)，再依次關(guān)閉其他電源開關(guān)，最后關(guān)閉總電源開關(guān)。4. STEP7硬件組態(tài)下載程序時，請將PLC控制柜中CPU模塊開關(guān)置于STOP狀態(tài)，下載完畢時切換至RUN狀態(tài)。5．小心操作，切勿亂扳硬擰，嚴防損壞儀表及模塊。6．嚴格遵守實驗室有關(guān)規(guī)定。1． 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成與認識一、系統(tǒng)簡介THPCAT2型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實驗裝置是基于PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，在傳統(tǒng)過程控制實驗裝置的基礎(chǔ)上升級而成的新一代現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。整個實驗裝置分為控制系統(tǒng)和控制對象兩部分，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖11所示：圖11控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制對象總貌圖如圖12所示。二、系統(tǒng)組成實驗裝置對象主要由網(wǎng)孔板、不銹鋼儲水箱、有機玻璃水箱、電加熱鍋爐(由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構(gòu)成)、純滯后盤管等組成。在實驗屏的下面布置有儲水箱和兩套供水系統(tǒng)。兩路獨立的供水系統(tǒng)（主副回路），分別由兩只獨立的水泵驅(qū)動供水，主回路采用現(xiàn)場總線儀表，副回路采用常規(guī)儀表。主要包括磁力泵、電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計、渦輪流量計、壓力變送器、液位變送器、差壓變送器、溫度傳感器等。管路系統(tǒng)采用快速連接管道，可以自由拆裝組合，管路中設(shè)置了電磁閥，可以實現(xiàn)手自動切換。在調(diào)節(jié)閥的旁路設(shè)計有旁路閥。圖12 控制對象總貌圖1. 被控對象（1）水箱包括大容積的不銹鋼儲水箱1套、有機玻璃工作水箱4只，容積大于40升。有機玻璃工作水箱采用淡藍色優(yōu)質(zhì)有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。儲水箱內(nèi)部有兩個橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，以防雜物進入水泵和管道。除此之外，儲水箱還設(shè)計了液位報警保護系統(tǒng)，以免水泵空轉(zhuǎn)而影響水泵的使用壽命。(2) 加溫鍋爐及盤管不銹鋼加溫鍋爐，包括加熱層（加溫內(nèi)筒）和冷卻層（冷卻夾套），均由不銹鋼精制而成，可利用它進行溫度實驗。模擬工業(yè)現(xiàn)場的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)的純滯后盤管，為了確保大滯后時間常數(shù)，設(shè)計長度達20多米，管徑為15mm。2. 檢測裝置壓力傳感器、變送器：采用SIEMENS帶PROFIBUSPA通信協(xié)議的壓力傳感器和工業(yè)用的擴散硅壓力變送器，擴散硅壓力變送器含不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補償。壓力傳感器用來對上、下水箱的液位進行檢測，因為為二線制，故工作時需串接24V直流電源。溫度傳感器：本裝置采用五個Pt100傳感器，分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套以及盤管的水溫。五個Pt100傳感器的檢測信號中檢測鍋爐內(nèi)膽溫度的一路到SIEMENS帶PROFIBUSPA通信協(xié)議的溫度變送器，直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；另外四路經(jīng)過常規(guī)溫度變送器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號。 Pt100傳感器精度高，熱補償性能較好。流量傳感器、轉(zhuǎn)換器：流量傳感器分別用來對調(diào)節(jié)閥支路、變頻支路及盤管出口支路的流量進行測量。渦輪流量計型號：LWGY10，流量范圍：0～，精度：%。輸出：4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號。本裝置采用兩套流量傳感器、變送器分別對變頻支路及盤管出口支路的流量進行測量，調(diào)節(jié)閥支路的流量檢測采用SIEMENS帶PROFIBUSPA通信接口的檢測和變送一體的電磁式流量計。3. 執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)閥：采用SIEMENS帶PROFIBUSPA通信協(xié)議的氣動調(diào)節(jié)閥，用來進行控制回路流量的調(diào)節(jié)。它具有精度高、體積小、重量輕、推動力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優(yōu)點。由CPU直接發(fā)送的數(shù)字信號控制閥門的開度，本氣動調(diào)節(jié)閥自動進行零點校正，使用和校正都非常方便。變頻器：本裝置采用SIEMENS帶PROFIBUSDP通信接口模塊的變頻器，其輸入電壓為單相AC220V，輸出為三相AC220V。水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動泵，型號為16CQ8P，流量為32升/分，揚程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。其中一只為三相380V恒壓驅(qū)動，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動?？梢葡郤CR調(diào)壓裝置：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號。輸出電壓用來控制加熱器加熱，從而控制鍋爐的溫度。 電磁閥：在本裝置中作為氣動調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥型號為：2W16025 ；工作壓力：最小壓力為0Kg/㎝2，最大壓力為7Kg/㎝2 ；工作溫度：－5～80℃。4. 控制器控制器采用SIEMENS公司的S7300 CPU，型號為3152DP，本CPU既具有能進行多點通信功能的MPI接口，又具有PROFIBUSDP通信功能的DP通信接口。5. 空氣壓縮機用于給氣動調(diào)節(jié)閥提供氣源，電動機的動力經(jīng)連桿帶動活塞做往復(fù)運動，使汽缸、活塞、閥組所組成的密閉空間容積產(chǎn)生周期變化，完成吸氣、壓縮、排氣的空氣壓縮過程，壓縮空氣經(jīng)繞有冷卻翅片的排氣銅管、單向閥進入儲氣罐?？諌簷C設(shè)有氣量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)儲氣罐內(nèi)的氣壓超過額定排氣壓力時，壓力開關(guān)會自動切斷電源使空壓機自動停止工作，氣壓開關(guān)自動復(fù)位，空壓機又重新工作，使儲氣罐內(nèi)壓縮空氣壓力保持在一定范圍內(nèi)。三、總線控制柜總線控制柜有以下幾部分構(gòu)成：1．控制系統(tǒng)供電板：該板的主要作用是把工頻AC220V轉(zhuǎn)換為DC24V，給主控單元和DP從站供電。2．控制站：控制站主要包含CPU、以太網(wǎng)通信模塊、DP鏈路、分布式I/O DP從站和變頻器DP從站構(gòu)成。3．溫度變送器： PA溫度變送器把PT100的檢測信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后傳送給DP鏈路。四、系統(tǒng)特點l 被控參數(shù)全面,涵蓋了連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位、壓力、流量及溫度等典型參數(shù)。l 本裝置由控制對象、綜合上位控制系統(tǒng)、上位監(jiān)控計算機三部分組成。l 真實性、直觀性、綜合性強，控制對象組件全部來源于工業(yè)現(xiàn)場。l 執(zhí)行器中既有氣動調(diào)節(jié)閥，又有變頻器、可控硅移相調(diào)壓裝置，調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了有設(shè)定值階躍擾動外，還可以通過對象中電磁閥和手動操作閥制造各種擾動。l 一個被調(diào)參數(shù)可在不同動力源、不同執(zhí)行器、不同的工藝管路下演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣。l 系統(tǒng)設(shè)計時使2個信號在本對象中存在著相互耦合，二者同時需要對原獨立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)進行整定，或進行解耦實驗，以符合工業(yè)實際的性能要求。l 能進行單變量到多變量控制系統(tǒng)及復(fù)雜過程控制系統(tǒng)實驗。l 各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開放的實驗軟件平臺上都可以實現(xiàn)。五、系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件分為上位機軟件和下位機軟件兩部分，下位機軟件采用SIEMENS的STEP7，上位機軟件采用SIEMENS的WINCC，上、下位機軟件應(yīng)用介紹分別見附錄一、二。 LED燈的PLC控制及其實現(xiàn)一、設(shè)計目的掌握通過PROFIBUSDP總線讀取/控制開關(guān)量的原理與方法。掌握PROFUBU