【正文】 膜片兩邊的差壓就產(chǎn)生了一個應(yīng)力場，它使膜片的一部分壓縮，另一部分拉伸，在壓縮區(qū)和拉伸區(qū)分別有兩個應(yīng)變電阻片，用以感受壓力而引起的阻值變化，從而將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號。 此變送器 的量程為 0~1bar，精度為 級，輸出模擬量 4~20mA電流 信號， G1/4 外螺紋的安裝方式， 供電電壓為直流 24V，連接方式為兩線制。超聲波脈沖以聲波速度傳播， 并由在空中的傳播時間 t 來計算超聲波液位傳感器與蓄水箱液面之間的距離 s，由于聲波在空中的傳播速度 c 是一定的，則根據(jù)： s=ct / 2 可計算出 s，又因為超聲 變送 器與蓄水箱底部的距離 H 是一定的，則蓄水箱中液體的高度為 h=Hs。發(fā)送超聲波時，圓錐形振子有較強的方向性，因而能高效率地發(fā)送超聲波，接收超聲波時，超聲波的振動集中于振子的中心，所以能產(chǎn)生高效率的高頻電壓。在雙晶振子的兩面涂敷薄膜電極，其上面用引線通過金屬板接到一個電極端，下面用引線直接接到另一個電極端。 圖 212 為超聲波產(chǎn) 生的機理圖（超聲波傳感器的核心部分）。 此變送器的量程為 50~1200mm，精度為 1 級，輸出模擬量 4~20mA 電流信號，供電電壓為直流 24V，連接方式為四線制。當(dāng)電橋平衡時： )(21)3( rRtRRrR ????? （ 21） 設(shè)計電橋時可以使 R1=R2，這樣就減少了由于環(huán)境溫度變化使連接導(dǎo)線電阻變化給 測量帶來的影響。 Rt 為測溫?zé)犭娮瑁囊欢伺c一根導(dǎo)線相連，另一端與另外兩根導(dǎo)線相連，這兩根導(dǎo)線與連接 Rt 的導(dǎo)線長短、粗細以及材質(zhì)都是一樣的，即阻值均為 r。 此變送器是一種熱電阻式、帶數(shù)顯儀表的儀器，它的量程為 0~100℃ ，精度為 1 級，輸出模擬量 4~20mA 電流信號，供電電壓為直流 24V，連接方式為兩線制。 （ 4）分辨率： 模擬量 擴展單元模塊 EM232 的分辨率 電壓為 12 位，電流 11位。 模擬 輸出模塊 EM232 6ES 7 2320HB220XA8 的技術(shù)參數(shù)如下： （ 1）模擬量輸出端口：模擬量擴展單元模塊 EM232 具有 2 路 12 位模擬量輸出（ AQ）； （ 2） 模擬量 輸出范圍： 模擬量擴展單元模塊 EM232 電壓正負(fù) 10V，電流020mA； 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 11 （ 3）數(shù)據(jù)字格式： 模擬量擴展單元模塊 EM232 的數(shù)字格式 為 320xx+320xx，對應(yīng) 電壓 10V~+10V。 （ 4）輸入上限： 模擬量擴展單元模塊 EM231 CN 6ES7 201 的 最大輸入電壓為 30VDC，最大輸入電流 為 32mA。5V；電流： 0~20mA；轉(zhuǎn)換時間 250μS； （ 3） 數(shù)據(jù)字格式： 模擬量擴展單元模塊 EM231 CN 6ES7 201 的數(shù)字格式 為320xx+320xx，對應(yīng)電 壓 ~+ 或 5V~+5V。 EM231 CN 6ES7 2010H0220XA0 模擬 量 擴展輸入模塊的技術(shù)參數(shù)如下： （ 1）模擬量輸入端口： 模擬量擴展單元模塊 EM231 CN 6ES7 201， 具有 4路 12 位模擬量輸入（ AI）模板 ； （ 2）輸入范圍： 模擬量擴展單元模塊 EM231 CN 6ES7 201 的差分輸入 范圍是：電壓： 0~10V， 0~5V， 177。 二、 EM231 CN 6ES7 2010H0220XA0 PLC 的模擬量是通過擴展模塊引入的 ， 通過學(xué)習(xí) S100 的電氣接線圖可知，PLC 的數(shù)字 I/O 點數(shù)充足，但壓力變送器、溫度變送器和液位變送器的輸出信號為 4~20mA 的電流信號 ，因此需要擴展模擬量單元模塊。 圖 28 西門子 S7200CPU226 訂貨號為 6ES7 2162AD220XB0 的 S7200 CPU226 CN 技術(shù)參數(shù)如下： （ 1）數(shù)字量 I/O 端口：具有 24 點輸入和 16 點輸出，共 40 個數(shù)字量 I/O 點； （ 2）擴展能力：從模塊數(shù)限制方面最大可以連接 7 個擴展模塊；從 I/O 點數(shù)最大可擴展至 248 個數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 口； （ 3）存儲能力： S7200 CPU226CN 的存儲空間包括程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲區(qū)空間，共有 13KB； （ 4） T/C 的配置： S7200 CPU226CN 配備了 256 個 計數(shù)器和 256 個定時器另外還擁有 6 個獨立的高速計數(shù)器，其頻率高達 30kHz，擁有 2 路獨立的高速脈沖輸出，頻率高達 20kHz； （ 5）通信能力： S7200 CPU226CN 具有 2 個 RS485 總線通信 /編程口； S7200 PLC226 具有兩種通訊協(xié)議，它們分別是多點接口 MPI（ Multi Point Interface）通信協(xié)議，點對點接口 PPI（ Point to Point Interface）通信協(xié)議；此外 S7200PLC226CN還具有自由的通信口； （ 6） PID 控制器： S7200 CPU226CN 模塊還配備了 PID 控制器，便于應(yīng)用天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 10 在 過程控制領(lǐng)域。 S7200 系列 既可以 獨立運行， 又可以與其它控制器（如 S7300PLC、 S7400PLC 等）和終端設(shè)備 相連 ，組成 網(wǎng)絡(luò) ，以實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 8 圖 25 控制流程圖 圖 26 編制儀表符號 圖 27 供水管 道中的壓力儀表圓圈 電磁閥 M、 加熱棒 電動球閥 TIC 121 LA 133 L M PIC 111 FIC 141 儲水箱 LIC 131 LA 132 H 蓄水箱 編號含義： XXX 檢測點序號 被測變量： 1 壓力 2 溫度 3 液位 4 流量 設(shè)備編號 PIC 111 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 9 第二節(jié) S100 實訓(xùn)裝置 PLC 系統(tǒng) S7200 是 屬于 小型 化 的可編程控制器，適用于 I/O 點數(shù)小于 256 點以下的場合，在 各行各業(yè)， 滿足需求的場合得到廣泛應(yīng)用，用以實現(xiàn) 檢測、監(jiān)測及控制的自動化。在這里 做簡單介紹。 如圖 27 所示為 供水管道中的壓力 ，表示方法為 ： 圈內(nèi)上半部分 P 表示為 壓力 測量量； I 表示該點上位機的監(jiān)控中有指示， C 表示該點是可以控制的， 儀表的編號 為圓圈的下半部分 ， 根據(jù)上述文獻設(shè)計儀表編號 ，由于 系統(tǒng)由同 一臺設(shè)備S100 實訓(xùn)裝置組成 ，所以 儀表的 統(tǒng)用編號都為 1，被測量： 1 壓力 2 溫度 3 液位 4 流量，所以選擇 1， 按從上到下的順序設(shè)計儀表編號， 編號為 1。 4．位號的第一個字母代號只能按被測變量來選用，而不能依儀表本身的結(jié)構(gòu)或被控變量來選用。 2．有兩個以上具有相同功能的儀表 在 同一個儀表回路中，可用儀表位號后附加尾綴（大寫英文字母）的方法加以區(qū)別。 儀表位號在工藝管道及控制流程圖和儀表系統(tǒng)圖中的標(biāo)注方法是：字母代號填在圓圈上半圓中，數(shù)字編號填在圓圈下半圓中（如圖 26）。 儀表位號 由 字母代號和阿拉伯?dāng)?shù)字編號兩部分組成。 相應(yīng)的檢測點用儀表圓圈表示。 四、 S100 實訓(xùn) 裝置 控制流程圖 S100S 實訓(xùn)裝置控制 流程 圖 如圖 25 所示 ， 該控制流程圖是在了解 S100 實訓(xùn)裝置及確定檢測點、控制點之后繪制出來的 ， 上文中已經(jīng)簡單交代了控制系統(tǒng)的工作流程 ， 下面將 具體 介紹 S100 實訓(xùn)裝置控制 流程圖的表示方法。 S100 實訓(xùn)裝置還配有調(diào)壓模塊和變頻器，調(diào)壓模塊，可以改變加熱棒的頻率，變頻器可以改變磁力泵的頻率； 此外， S100 實訓(xùn)裝置還配備了一臺上位機，利用計算機對系統(tǒng)進行監(jiān)控，進行壓力控制系統(tǒng)實驗，液位控制系統(tǒng)實驗，流量控制系統(tǒng)實驗，液位控制系統(tǒng)實驗等。 兩塊擴展模擬輸出模塊 ： EM232 CN 6ES7 2320HB220XA0。 三 、 S100 實訓(xùn)裝置的 控制 系統(tǒng) 配置 S100 實訓(xùn)裝置 配置了以 德國 西門子 S7200 CUP226 CNCPU 為核心的 PLC控制系統(tǒng)。 浮球液位開關(guān)如圖 22c 中所示，在這里浮球液位開關(guān)是對上位水箱上限進行限定的，當(dāng)上位水箱中的水位過高時，將信號送入 PLC 中由 PLC 控制溢流管道上的電磁閥，打開電磁閥，使水回流到下位水箱中。 圖 23 供水管路上的器件 a b c a b c d 天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 6 在上位水箱內(nèi)，裝有超聲波非接觸式液位變送器，保護裝置的浮球液位開關(guān)，和電磁閥。通過 PLC 控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，可以對壓力、流量液位等參數(shù)進行控制。 磁力泵如圖 23c 所示， 磁力泵 采用 變頻調(diào)速 ， 功率 、排量 20LPM，通過磁力泵，將下位水箱中的水送入上位水箱中，是整套系統(tǒng)中重要的執(zhí)行機構(gòu)。 擴散硅壓力變送器如圖 23a 所示 ， 量程 01bar， 精度 級 ，擴散硅壓力變送器，可以測量供水管路中的壓力，將壓力信號轉(zhuǎn)換成 4～ 20mA 的電信號送到PLC 中。 下位水箱中還配備浮球開關(guān)如圖 22c 所示，當(dāng)下位水箱中水位過低時，可以將信號送入 PLC 中，由 PLC 控制變頻器，再通過變頻器控制磁力泵可以關(guān)閉磁力泵，對裝置進行保護。加熱裝置如圖 22a 所示， 加熱管 采用 可控硅調(diào)壓 （ 工作電壓 AC220V、功率 1000W、調(diào)壓控 制輸入 0～ 10V） ； 通過調(diào)壓模塊改變加熱裝置的頻率 從而對下位水箱中的天津科技大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 5 水進行加熱，使水溫發(fā)生變化，改變下位水箱中水的溫度；溫度變送裝置如圖22 b 所示， 敏感元件采用 PT100 熱電阻 ， 帶數(shù)顯儀表 ， 量程 0～ 100186。 它的工作過程是：先在下位水箱中加入水，通過磁力泵，將水抽入上位水箱中，而在水從下位水箱抽入上位水箱的過程中，有兩管道條通路，一條 是 電動調(diào)節(jié)閥 控制的管道，一條是手動閥門控制的管道（防止電動調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障），水從上位水箱回流到下位水箱有兩條管道，都是手動閥控制，還有兩條是溢流管道，防止上位水箱中的液位過高溢出水箱，一條是電 磁 閥控制，一條是手動閥控制（防止電磁閥出現(xiàn)故障）。 通過了解西門子 S7200PLC CPU226 CN 和模擬量輸入模塊 EM231，并進行硬件接口設(shè)計，畫出 CPU226 CN 和 EM231 的硬件接線圖；了解 CPU 組態(tài)并對各輸入模塊進行編址；學(xué)習(xí)子程序的 ，系統(tǒng)組態(tài)，參數(shù)的檢測與傳送程序設(shè)計等 。設(shè)計基于 S100 實訓(xùn)裝置的實驗總體方案；設(shè)計各實驗內(nèi)容和系統(tǒng)構(gòu)成圖。了解 S100 實訓(xùn)裝置的構(gòu)成和原理；認(rèn)識 S100 實訓(xùn)裝置的硬件組成； 了解 S100 實訓(xùn)裝置的配置，了解 S100裝置配置的檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)。 借鑒以上成功經(jīng)驗， 設(shè)計以組態(tài)王作為上位機開發(fā)組態(tài)軟件開發(fā) S100 實訓(xùn)裝置的 實驗 監(jiān)控系統(tǒng)， 通過上位機的操作能對下位機的參數(shù) （ 液位 /流量 等 ） 進行監(jiān)控 。描述了系統(tǒng)的組成、控制功能以及監(jiān)控功能的實現(xiàn)。 任俊杰 [7]以 S7200PLC 為控制器，小型電熱鍋爐為被控對象，構(gòu)成了過程控制實驗系統(tǒng)，上位機采用組態(tài)王設(shè)計人機畫面，實現(xiàn)對過程的監(jiān)控并提供過程控制實驗 面板 。但如果將 PLC 的控制對象在計算機上應(yīng)用組態(tài)軟件全真模擬， 那么可以彌補上述不足， 還可以采用動畫的形式直觀地演示 PLC 控制對象的工作過程。但難以解決的關(guān)鍵問題是 PLC 的控制對象模擬。張靜之 [6]等研究基于組態(tài)技術(shù)的教學(xué)實驗開發(fā)是以具體的控制對象，利用組態(tài)軟件具有的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)故障或事故報警、現(xiàn)場動態(tài)圖形等功能，真實地反映現(xiàn)場生產(chǎn)過程或?qū)崟r狀態(tài)，以計算機信 息圖形界面為人機交互界面，采用 PLC 進行控制。李奎 [4]利用組態(tài)王軟件實現(xiàn)組態(tài)應(yīng)用教學(xué)、三菱 PLC 的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)建了虛擬監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) ,實現(xiàn)了單套實訓(xùn)設(shè)備的監(jiān)控管理功能，設(shè)計了基于 FX2N128MR PLC 和組態(tài) 王軟件的溶液混合設(shè)備虛擬控制系統(tǒng)，通過 IE 瀏覽器實現(xiàn)了遠程監(jiān)控的功能 ,減少了設(shè)備硬件損耗。要求能實時檢測水箱液位的高度，并與設(shè)定值做比較，由 PLC 控制水泵的轉(zhuǎn)動進行液位的調(diào)整，最終達到液位的設(shè)定值。利用水箱、閥門 、管道、水泵、 CY30011A 型水位傳感器、 PLC 控制器、 RS232 通訊接口和上位機，構(gòu)建單容水箱液位控制系統(tǒng)。 趙航 [3]利用組態(tài)