【導(dǎo)讀】要求對(duì)物料的流量進(jìn)行控制。本文針對(duì)流量比值控制系統(tǒng)的工。藝特點(diǎn)和課程設(shè)計(jì)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(yīng)用了比值控制系統(tǒng)中單閉環(huán)和雙閉環(huán)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(duì)PID參數(shù)調(diào)節(jié)給出了詳細(xì)說(shuō)明。此外，本文還給出了控制系統(tǒng)相應(yīng)的硬件配置、以及。Wincc對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面。

　　

【正文】 紹 CPU 模塊包括中央處理單元、電源和數(shù)字 I/O 點(diǎn)，這 3 部分都集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。 CPU 模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，以便對(duì)工業(yè)自動(dòng)化控制任務(wù)或過(guò)程進(jìn)行控制。輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中采集信號(hào)，這些采集信號(hào)經(jīng)過(guò) CPU 模塊執(zhí)行程序處理，處理后得到的信號(hào)安慶師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院《過(guò)程控制系統(tǒng)》設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 12 頁(yè) 共 16 頁(yè) 傳送給輸出部分，此時(shí)輸出部分則輸出控制信號(hào)控制工業(yè)過(guò)程中的設(shè)備。下面主要介紹S7200 的 CPU 模塊。 S7200 的 CPU 模塊共有兩個(gè)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(shè)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(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)，可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模板單元，最大可擴(kuò)展至 248個(gè)數(shù)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)空間、 6個(gè)獨(dú)立的 30KHZ的高速計(jì)數(shù)器、 2路獨(dú)立的 20KHZ的高速脈沖數(shù)出、 PID 控制器、 2 個(gè) RS485 通信 /編程口、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口 PPI 通 信協(xié)議、多點(diǎn)接口 MPI通信協(xié)議和自由通信口。 所有的 S7200 系列 PLC 不光有它自身、擴(kuò)展模塊和其他用電設(shè)備的內(nèi)部電源，它本身還向外提供一個(gè) DC24V 電源，從電源輸出點(diǎn)（ L+,M）引出。此電源可為 PLC 和擴(kuò)展模塊上的 I/O 點(diǎn)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(shè)備供電。 不同規(guī)格的 CPU 提供 DC5V 和 DC24V 電源的容量（以電流表示）不同。每個(gè)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目都要就電源容量進(jìn)行規(guī)劃計(jì)算。每個(gè)擴(kuò) 展模塊都需要 DC5V 電源，應(yīng)當(dāng)檢查所有擴(kuò)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(jù) CPU 的供電能力進(jìn)行計(jì)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(lián)，但它們必須共地。 每種 CPU 模塊所提供的本機(jī) I/O 地址是固定的。進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，在 CPU 單元右邊連接的擴(kuò)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(lái)決定，擴(kuò)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(kuò)展模塊是按照偶數(shù)分配地址。模擬量擴(kuò)展模塊與數(shù)字量擴(kuò)展模塊不同的是數(shù)字量擴(kuò)展模塊中的保留位可以當(dāng)內(nèi)存中的位使用，而模擬量擴(kuò)展模塊因?yàn)闆](méi)有內(nèi)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(qū)是 S7200 系列 PLC 為模擬量輸入信號(hào)開辟的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。模擬量輸入用標(biāo)識(shí)符（ AI）、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（ W）及字節(jié)安慶師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院《過(guò)程控制系統(tǒng)》設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 13 頁(yè) 共 16 頁(yè) 的起始地址表示，該區(qū)的數(shù)據(jù)位字（ 16位）。在 CPU221 和 CPU222 中，其表示形式為： AIW0、AIW……、 AIW30，共有 16 個(gè)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(gè)字，總共允許有 32 路模擬量輸入。模擬量輸入值為只讀數(shù)據(jù)。 模擬量輸入模塊對(duì)模擬量進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成 CPU 單元所能接受的數(shù)字量信號(hào)。模擬量輸入模塊的分辨率為 12 位，單極性數(shù)據(jù)格式的全量程范圍為 0～ 3200，雙極性全量程范圍的數(shù)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(shí)要與現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程檢測(cè)信 號(hào)范圍相對(duì)應(yīng)。 S7200 系列 PLC 模擬量輸入模塊為 EM232，模擬量輸出映像區(qū)是 S7200 系列 PLC 為模擬量輸出信號(hào)開辟的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。模擬量輸入用標(biāo)識(shí)符（ AQ）、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（ W）及字節(jié)的起始地址表示，該區(qū)的數(shù)據(jù)位字（ 16位）。在 CPU221 和 CPU222 中，其表示形式為： AIW0、AIW……、 AIW30，共有 16 個(gè)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(gè)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(nèi)部的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為外部控制所需要的模擬電壓或電流，再去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。模擬量輸出模塊存儲(chǔ)區(qū)中數(shù)字量的數(shù)據(jù)字格式為 12 位，左端對(duì)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(hào)位， 0表示正數(shù)， 1 表示負(fù)數(shù)。最低位是 4個(gè)連續(xù)的 DAC 寄存器之前，低位的 4 個(gè) 0 被截?cái)?，不?huì)影響輸出信號(hào)值。模擬量輸出范圍包括 10～ +10V,0～ 20mA。模擬量輸出模塊對(duì)負(fù)載的要求主要是負(fù)載阻抗，在電流輸出方式下一般給出最大負(fù)載阻抗；在電壓輸出方式下，一般給出最小負(fù)載阻抗。模擬量屬 于小信號(hào)，在應(yīng)用中要注意抗干擾措施，其主要方法有與交流信號(hào)和可產(chǎn)生干擾源的供電電源保持一定的距離，模擬量信號(hào)接線要采用屏蔽措施，采用一定的補(bǔ)償措施，減少環(huán)境對(duì)模擬量信號(hào)的影響。 本課設(shè)光看題目原理比較簡(jiǎn)單，開始時(shí)還以為比較容易，其實(shí)當(dāng)慢慢深入時(shí)才會(huì)發(fā)現(xiàn)課設(shè)不是這么好做的。首先題目過(guò)于寬泛，就說(shuō)是水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不知道從何處著手。其次是需要應(yīng)用相關(guān)軟件，如課設(shè)的過(guò)程中需要繪制一些電器原理圖，這就要求自己對(duì)相關(guān)軟件熟練操作。例如畫電機(jī)原理圖和操作回路圖的時(shí)候本來(lái)應(yīng)該用專業(yè)軟件安慶師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院《過(guò)程控制系統(tǒng)》設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 14 頁(yè) 共 16 頁(yè) autoCAD 畫 的，但是由于平時(shí)沒(méi)有學(xué)過(guò)，所以自己在 word 中直接畫的，最終花了不少時(shí)間才完成。 課設(shè)不是三兩天就能做好的，它需要我們翻閱大量的資料，對(duì)書本知識(shí)還不太懂的需要重新溫習(xí)課本知識(shí)，例如本課設(shè)中單容水箱的傳遞函數(shù)以及 PID 控制的原理還有 PLC 的變成方法等等，有些相當(dāng)復(fù)雜，原理不易理解，需要多看幾遍才能看懂。還有就是保護(hù)電路的設(shè)計(jì)不太懂，因?yàn)闀隙际窃砜驁D，所以本次保護(hù)電路設(shè)計(jì)的不夠健全。 由于本次課設(shè)感覺像是純理論的，沒(méi)有結(jié)合到實(shí)際中去，所以做起來(lái)比較空洞，參數(shù)的確定很難定出一個(gè)準(zhǔn)確值出來(lái)。所以我們 平時(shí)做課設(shè)時(shí)候一定要理論結(jié)合實(shí)際只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能加深對(duì)理論的理解，進(jìn)而指導(dǎo)自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。從本次課中讓我知道我們平時(shí)只要有時(shí)間就應(yīng)該盡量的去多學(xué)一點(diǎn)知識(shí)去武裝自己的頭腦，免得書到用時(shí)方恨少。同時(shí)，我們不光是要學(xué)專業(yè)軟件，還要掌握好我們的理論課程，如果沒(méi)有學(xué)的非常牢靠，解起題目來(lái)就不會(huì)那么的得心應(yīng)手，我覺得過(guò)程控制與我們以后的工作現(xiàn)場(chǎng)密切相關(guān)，任何工業(yè)控制都逃不了這個(gè)范疇，所以不光是為了本課程設(shè)計(jì)，而是為了我們的以后著想 ，我們也應(yīng)該學(xué)好過(guò)程控制 系統(tǒng) 這門課。 安慶師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院《過(guò)程控制系統(tǒng)》設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 15 頁(yè) 共 16 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] 鐘肇慶等 .西門子 S7300 系列 PLC 及應(yīng)用軟件 STEP7. 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