【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 磁力泵變頻器控制層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層監(jiān)控層圖214 監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架第三章　控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)第一節(jié)　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)一、面向?qū)ο蠹皩?shí)驗(yàn)?zāi)康谋菊n題研究設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，是根據(jù)S100實(shí)訓(xùn)裝置的現(xiàn)有資源設(shè)計(jì)。面向自動(dòng)化專業(yè)、測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)以及電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，可在學(xué)習(xí)“可編程控制器”、“過程控制系統(tǒng)”、“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”、“工控機(jī)與PLC”等課程的過程中或?qū)W完后，利用S100實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。通過本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生得到如下訓(xùn)練：。通過學(xué)習(xí)由S7200構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可了解PLC控制器（包括CPU模塊、輸入擴(kuò)展模塊、輸出控制模塊等）與檢測(cè)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(xùn)練和掌握構(gòu)成控制系統(tǒng)的整體電氣接線方法。通過S100實(shí)訓(xùn)裝置學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)構(gòu)成的基本原理，能夠判斷出系統(tǒng)的被控過程，被控參數(shù)，控制參數(shù)和干擾參數(shù)分別是什么；進(jìn)行控制器，執(zhí)行器，正、反作用的選擇，如判斷調(diào)節(jié)閥是氣開式還是氣關(guān)式，判斷和選擇控制規(guī)律。：通過系統(tǒng)投運(yùn)過程，掌握投運(yùn)方法，學(xué)會(huì)手動(dòng)—自動(dòng)切換。了解無擾動(dòng)切換的概念，控制點(diǎn)的概念等。學(xué)習(xí)壓力控制系統(tǒng)的投運(yùn)過程，如何通過手動(dòng)投運(yùn)，獲得理想壓力值，在系統(tǒng)穩(wěn)定后由手動(dòng)投運(yùn)切換到自動(dòng)投運(yùn)，如何加干擾，觀察壓力在干擾后如何自動(dòng)恢復(fù)到穩(wěn)定觀察壓力在恢復(fù)過程中曲線的變換P、TI、TD的調(diào)整方法訓(xùn)練。在設(shè)置比例增益KP、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間TD后，通過給控制系統(tǒng)加入設(shè)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(shè)定放大增益KP、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間TD，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)，體會(huì)PID運(yùn)算中放大增益KP、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間TD對(duì)系統(tǒng)分別有什么影響。讓學(xué)生將理論與實(shí)踐結(jié)合，學(xué)習(xí)PID控制技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)首先學(xué)習(xí)S7200PLC的模塊（包括CPU模塊、輸入擴(kuò)展模塊、輸出控制模塊等）電氣接線方法；再針對(duì)S100實(shí)訓(xùn)裝置上的實(shí)際接線面板進(jìn)行接線訓(xùn)練。然后學(xué)習(xí)PLC與外部設(shè)備的接線，如S100實(shí)訓(xùn)裝置的啟動(dòng)停止按鈕與PLC模塊的接線，變頻器與PLC模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM232的接線，液位浮球開關(guān)與PLC的接線，電動(dòng)調(diào)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(shí)訓(xùn)裝置啟動(dòng)指示燈、停止指示燈與PLC模塊的接線，如PLC與做壓力控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，都要與哪些設(shè)備相連接，做液位控制實(shí)驗(yàn)室都要與哪些設(shè)備相連接，兩種控制實(shí)驗(yàn)的接線有什么相同點(diǎn)和不同點(diǎn) ，并進(jìn)行實(shí)際操作訓(xùn)練。學(xué)習(xí)如何構(gòu)成控制系統(tǒng)，一個(gè)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(cè)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(shù)，被控參數(shù)，干擾參數(shù)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(cè)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(shù)，被控參數(shù)，干擾參數(shù)分別是什么等。在上位機(jī)監(jiān)控界面上訓(xùn)練各控制系統(tǒng)運(yùn)行過程、數(shù)據(jù)變化等。通過S100實(shí)訓(xùn)裝置學(xué)習(xí)系統(tǒng)的投運(yùn)過程，并進(jìn)行系統(tǒng)投運(yùn)訓(xùn)練。投運(yùn)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(yùn)行S100實(shí)訓(xùn)裝置，以液位控制系統(tǒng)的投運(yùn)為例，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，磁力泵將水從下位水箱中抽入上位水箱，在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)定一個(gè)液位，當(dāng)上位水箱中的水到達(dá)設(shè)定值時(shí)，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)回流管路的閥門和供水管路的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使系統(tǒng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，再切換到自動(dòng)投運(yùn)。自動(dòng)投運(yùn)的過程就是PID的調(diào)節(jié)過程，通過學(xué)習(xí)，了解PID對(duì)過渡過程的影響，了解控制器可變參數(shù)比例增益（KP）、積分時(shí)間（TI）、微分時(shí)間（TD）的調(diào)整對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生什么影響，分別改變PID參數(shù)比例增益（KP）、積分時(shí)間（TI）、微分時(shí)間（TD）對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生哪些不同的影響，同時(shí)體會(huì)PID控制對(duì)系統(tǒng)的影響。第二節(jié) 實(shí)驗(yàn)接線設(shè)計(jì)一、S100實(shí)訓(xùn)裝置基本接線設(shè)計(jì)無論是做壓力控制實(shí)驗(yàn)，還是做液位控制實(shí)驗(yàn)，在PLC 模塊的接線生接線，兩種控制實(shí)驗(yàn)有些接線是相同的，比如S100實(shí)訓(xùn)裝置的啟動(dòng)停止按鈕與PLC模塊的接線，變頻器與PLC模擬量輸出擴(kuò)展模塊EM232的接線，液位浮球開關(guān)與PLC的接線，電動(dòng)調(diào)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(shí)訓(xùn)裝置啟動(dòng)指示燈、停止指示燈與PLC模塊的接線，以上為實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。S100實(shí)訓(xùn)裝置的PLC主模塊提供了數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出的接線端子，引到接線面板上進(jìn)行PLC CPU模塊的接線訓(xùn)練。1M作為公共接線端，為保護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，防止學(xué)生錯(cuò)接產(chǎn)生損失，24V PLC供電端在內(nèi)部接好，沒有引到接線面板，，用綠色燈表示，在接線面板對(duì)應(yīng)為HI1，用紅色燈表示，在接線面板對(duì)應(yīng)為HI2，此外，S100實(shí)訓(xùn)裝置還提供了急停和復(fù)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(duì)應(yīng)接線面板為S05，接線面板對(duì)應(yīng)S01，接線面板對(duì)應(yīng)為S02，對(duì)應(yīng)接線面板為常開按鈕SB1，對(duì)應(yīng)接線面板為SB2。 變頻器啟動(dòng)+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(yùn)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(dòng)按鈕圖31 S7200PLC CPU226接線在本課題的討論中，選用了兩個(gè)2模擬量輸出模塊，其電氣圖設(shè)計(jì)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(diào)壓模塊 ++24VDC圖32 EM232與變頻器和調(diào)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(dòng)調(diào)節(jié)閥 SIG SIG++24VDC圖33 EM232與電動(dòng)調(diào)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(gè)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(hào)輸出，連接到變頻器的模擬量信號(hào)輸入端INV+；I0端口為模擬量輸出電流信號(hào)，在本控制系統(tǒng)中未曾用到。第二組，由MV1和I1這3個(gè)端口組成，模擬量輸出連接控制調(diào)壓模塊，從而控制對(duì)加熱管對(duì)水溫的控制。其中，M1端口為公共端，連接調(diào)壓模塊的低電位0V；V1端口為模擬量電壓信號(hào)輸出，連接到調(diào)壓模塊的模擬量信號(hào)輸入端；I1端口為模擬量輸出電流信號(hào)，這里也未曾用到。第三組，由MV2和I2這3個(gè)端口組成，模擬量輸出連接控制電動(dòng)球閥。其中，M2端口為公共端，連接電動(dòng)閥的的低電位0V；V2端口為模擬量電壓信號(hào)輸出，連接到電動(dòng)閥的模擬量信號(hào)輸入端SIG+；I2端口為模擬量輸出電流信號(hào)，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(cè)機(jī)構(gòu)的電氣接線圖模擬量擴(kuò)展單元模塊EM231的4個(gè)輸入口都可以接入電壓或電流信號(hào)，但每一個(gè)端口只能接入一種信號(hào)，而不能同時(shí)接入兩種信號(hào)。AD芯片原理上只能接受電壓信號(hào)，不能接受電流信號(hào)。為此，輸入端口的電流信號(hào)必須被轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。轉(zhuǎn)換方法就是在電流輸入端與參考點(diǎn)之間跨接一個(gè)采樣電阻，將電流信號(hào)變換成電壓信號(hào)。對(duì)于EM231模塊，這個(gè)采樣電阻已經(jīng)安裝在PCB板上，只需將A+與RA短接就可以了。A+對(duì)應(yīng)于信號(hào)源的正輸出，A對(duì)應(yīng)于信號(hào)源的負(fù)輸出；如果是電壓信號(hào)，RA不用；如果是電流信號(hào)，短接A+和RA。電壓信號(hào)都是有源輸出，電流信號(hào)有一部分也是有源輸出，按上述方法接。對(duì)于無源的兩線制輸出電流信號(hào)，信號(hào)源驅(qū)動(dòng)電源的負(fù)極直接接到A，而信號(hào)源則串聯(lián)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(shí)訓(xùn)裝置接線對(duì)照表