【文章內容簡介】 磁力泵變頻器控制層現場設備層監(jiān)控層圖214 監(jiān)控系統(tǒng)構架第三章　控制系統(tǒng)實驗設計第一節(jié)　實驗內容設計一、面向對象及實驗目的本課題研究設計的控制系統(tǒng)實驗，是根據S100實訓裝置的現有資源設計。面向自動化專業(yè)、測控技術與儀器專業(yè)以及電氣工程及其自動化專業(yè)的學生，可在學習“可編程控制器”、“過程控制系統(tǒng)”、“計算機控制技術”、“工控機與PLC”等課程的過程中或學完后，利用S100實訓裝置進行控制系統(tǒng)實驗。通過本設計的控制系統(tǒng)實驗可使學生得到如下訓練：。通過學習由S7200構成的控制系統(tǒng)，可了解PLC控制器（包括CPU模塊、輸入擴展模塊、輸出控制模塊等）與檢測裝置、執(zhí)行裝置等的連線方法，包括兩線制接法、四線制接法等；訓練和掌握構成控制系統(tǒng)的整體電氣接線方法。通過S100實訓裝置學習控制系統(tǒng)構成的基本原理，能夠判斷出系統(tǒng)的被控過程，被控參數，控制參數和干擾參數分別是什么；進行控制器，執(zhí)行器，正、反作用的選擇，如判斷調節(jié)閥是氣開式還是氣關式，判斷和選擇控制規(guī)律。：通過系統(tǒng)投運過程，掌握投運方法，學會手動—自動切換。了解無擾動切換的概念，控制點的概念等。學習壓力控制系統(tǒng)的投運過程，如何通過手動投運，獲得理想壓力值，在系統(tǒng)穩(wěn)定后由手動投運切換到自動投運，如何加干擾，觀察壓力在干擾后如何自動恢復到穩(wěn)定觀察壓力在恢復過程中曲線的變換P、TI、TD的調整方法訓練。在設置比例增益KP、積分時間TI、微分時間TD后，通過給控制系統(tǒng)加入設定值階躍干擾，觀察系統(tǒng)過渡過程曲線，判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，再重新設定放大增益KP、積分時間TI、微分時間TD，再重復實驗，體會PID運算中放大增益KP、積分時間TI、微分時間TD對系統(tǒng)分別有什么影響。讓學生將理論與實踐結合，學習PID控制技術。二、實驗方法設計首先學習S7200PLC的模塊（包括CPU模塊、輸入擴展模塊、輸出控制模塊等）電氣接線方法；再針對S100實訓裝置上的實際接線面板進行接線訓練。然后學習PLC與外部設備的接線，如S100實訓裝置的啟動停止按鈕與PLC模塊的接線，變頻器與PLC模擬量輸出擴展模塊EM232的接線，液位浮球開關與PLC的接線，電動調節(jié)閥與模擬量輸出模塊EM232的接線，溢流電磁閥與PLC模塊的接線，S100實訓裝置啟動指示燈、停止指示燈與PLC模塊的接線，如PLC與做壓力控制實驗時，都要與哪些設備相連接，做液位控制實驗室都要與哪些設備相連接，兩種控制實驗的接線有什么相同點和不同點 ，并進行實際操作訓練。學習如何構成控制系統(tǒng)，一個控制系統(tǒng)都由哪幾部分組成，如壓力控制系統(tǒng)中控制器、執(zhí)行器、被控過程、測量及變送器分別是什么，找出壓力控制系統(tǒng)中的控制參數，被控參數，干擾參數分別是什么。液位控制系統(tǒng)中，控制器、執(zhí)行器、被控過程、測量及變送器分別是什么，找出液位控制系統(tǒng)中的控制參數，被控參數，干擾參數分別是什么等。在上位機監(jiān)控界面上訓練各控制系統(tǒng)運行過程、數據變化等。通過S100實訓裝置學習系統(tǒng)的投運過程，并進行系統(tǒng)投運訓練。投運前首先確定下位水箱裝滿水，系統(tǒng)各元件連接正常，接線面板接線正常，然后運行S100實訓裝置，以液位控制系統(tǒng)的投運為例，系統(tǒng)運行時，磁力泵將水從下位水箱中抽入上位水箱，在上位機監(jiān)控系統(tǒng)中設定一個液位，當上位水箱中的水到達設定值時，通過手動調節(jié)回流管路的閥門和供水管路的電動調節(jié)閥，使系統(tǒng)達到動態(tài)平衡，再切換到自動投運。自動投運的過程就是PID的調節(jié)過程，通過學習，了解PID對過渡過程的影響，了解控制器可變參數比例增益（KP）、積分時間（TI）、微分時間（TD）的調整對系統(tǒng)產生什么影響，分別改變PID參數比例增益（KP）、積分時間（TI）、微分時間（TD）對系統(tǒng)產生哪些不同的影響，同時體會PID控制對系統(tǒng)的影響。第二節(jié) 實驗接線設計一、S100實訓裝置基本接線設計無論是做壓力控制實驗，還是做液位控制實驗，在PLC 模塊的接線生接線，兩種控制實驗有些接線是相同的，比如S100實訓裝置的啟動停止按鈕與PLC模塊的接線，變頻器與PLC模擬量輸出擴展模塊EM232的接線，液位浮球開關與PLC的接線，電動調節(jié)閥與模擬量輸出模塊EM232的接線，溢流電磁閥與PLC模塊的接線，S100實訓裝置啟動指示燈、停止指示燈與PLC模塊的接線，以上為實驗的基本接線，不管是做壓力控制系統(tǒng)試壓，還是做液位控制系統(tǒng)實驗。S100實訓裝置的PLC主模塊提供了數字量輸入和數字量輸出的接線端子，引到接線面板上進行PLC CPU模塊的接線訓練。1M作為公共接線端，為保護實驗設備，防止學生錯接產生損失，24V PLC供電端在內部接好，沒有引到接線面板，，用綠色燈表示，在接線面板對應為HI1，用紅色燈表示，在接線面板對應為HI2，此外，S100實訓裝置還提供了急停和復位接線，但在接線面板沒有引出，這里不做介紹；2M作為按鈕部分輸入的公共端， ，對應接線面板為S05，接線面板對應S01，接線面板對應為S02，對應接線面板為常開按鈕SB1，對應接線面板為SB2。 變頻器啟動+24VDC低水位水箱下限位高水位水箱上限位24VDC+紅 停止指示燈HI、2綠 運行指示燈HI、1 Q ? ? ? ? ? ? 1M 1L 1M 02 2M I ? ? ? ? ? ? ? ? ?CPU226 CN 6ES7 2162AD22 0XB0溢流電磁閥24VDC+停止按鈕啟動按鈕圖31 S7200PLC CPU226接線在本課題的討論中，選用了兩個2模擬量輸出模塊，其電氣圖設計如圖32和圖33所示。 M0 V0 I0 M1 V1 I1 M L+ COM ? ? ? ? ? ?EM232 6ES 7 2320HB220XA8變頻器INV INV+調壓模塊 ++24VDC圖32 EM232與變頻器和調壓模塊的電氣接線圖24VDC+M2 V2 I2 M3 V3 I3 M L+ COM ? ? ? ? ? ?EM232 6ES 7 0HB220XA8DC DC+ 電動調節(jié)閥 SIG SIG++24VDC圖33 EM232與電動調節(jié)閥的電氣接線圖在圖32和圖33中第一組，由M0、V0和I0這3個端口組成，模擬量輸出連接控制變頻器。其中，M0端口為公共端，連接變頻器的低電位0V；VO端口為模擬量電壓信號輸出，連接到變頻器的模擬量信號輸入端INV+；I0端口為模擬量輸出電流信號，在本控制系統(tǒng)中未曾用到。第二組，由MV1和I1這3個端口組成，模擬量輸出連接控制調壓模塊，從而控制對加熱管對水溫的控制。其中，M1端口為公共端，連接調壓模塊的低電位0V；V1端口為模擬量電壓信號輸出，連接到調壓模塊的模擬量信號輸入端；I1端口為模擬量輸出電流信號，這里也未曾用到。第三組，由MV2和I2這3個端口組成，模擬量輸出連接控制電動球閥。其中，M2端口為公共端，連接電動閥的的低電位0V；V2端口為模擬量電壓信號輸出，連接到電動閥的模擬量信號輸入端SIG+；I2端口為模擬量輸出電流信號，未曾用到。EM231 CN 6ES7 2010H0220XA0接線圖 RA A+ A RB B+ B RC C+ C RD D+ DEM231CNM L+ ↓+24VDC壓力傳感器— ++24VDC+24VDC超聲波液位傳感器— + dc dc++圖34 EM231DI與檢測機構的電氣接線圖模擬量擴展單元模塊EM231的4個輸入口都可以接入電壓或電流信號，但每一個端口只能接入一種信號，而不能同時接入兩種信號。AD芯片原理上只能接受電壓信號，不能接受電流信號。為此，輸入端口的電流信號必須被轉換成電壓信號。轉換方法就是在電流輸入端與參考點之間跨接一個采樣電阻，將電流信號變換成電壓信號。對于EM231模塊，這個采樣電阻已經安裝在PCB板上，只需將A+與RA短接就可以了。A+對應于信號源的正輸出，A對應于信號源的負輸出；如果是電壓信號，RA不用；如果是電流信號，短接A+和RA。電壓信號都是有源輸出，電流信號有一部分也是有源輸出，按上述方法接。對于無源的兩線制輸出電流信號，信號源驅動電源的負極直接接到A，而信號源則串聯在電源正極與A+之間，A+與RA短接。圖35為EM231與溫度變送器、壓力傳感器和超聲波液位傳感器的連接方式。S100實訓裝置接線對照表