小型集散控制系统过程控制温度流量测量

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1、摘要该系统是一个小型集散控制系统，装有组态王工控软件的上位计算机完成对被控对象的模拟和监控(SCA—DA),通过RS-232/RS485和卜•位机PLC串口通信，下位机出西PLC(s7_200)组成，实时检测被控对象的温度、压力、液位、流量四个参数，把采集到的数据进行处理和保存，并根据控制要求进行PID运算，运算结果控制执行器动作，执行器为电动调节阀、变频器和电动机。并以串级控制系统为例，说明了过程控制系统的组态及实验步骤。实践证明，该实验装置充分模拟工业控制现场，操作简单，实验效果良好。关键词：过程控制组态王6.0

2、实验系统PLC目录1绪论31.1引言31.2系统结构设计31.3设计目的与要求42PLC的选型52」西门子S7-200PLC系统概述52.2西门子S7-200PLC的CPU及扩展模块62.2.1中央处理单元（CPU）62.2.2数字量扩展模块82.2.3模拟量扩展模块102.3模拟量扩展模块的选择112.3.1输入扩展模块EM231112.3.2输出扩展模块EM232132.3.3输入输出扩展模块EM235153过程仪表的选择193」液位传感器193.2电磁流量传感器、电磁流量转换器193.3温度测量203.4压力检

3、测变送213.5电动调节阀213.6变频器223.7水泵223.8交流固态继电器SSR224系统组态设计234」流程图与纽.态图234.2组态画面244.3动画连接254.4PID控制算丫去255计算机和PLC的通信285」串行通信接口285.2RS-232/RS485的接口信号286基于组态王的上位机监控界而开发296」组态王通用版软件的结构296.2组态王和下位机通讯307显示仪表的选择31结论32致谢33参考文献331绪论1.1引言最近一二十年我国工业生产口动化的领域扩大了，口动化技术快速向过程控制发展，各工科

4、院校口动化类专业人都开设了过程控制类课程。但由于缺乏较好的实验设施，影响了教学质量和人才培养质量。为了加强实践环节、培养学生的工程意识，我校新建了过程控制实验室，选用沈飞电了科技发展有限公司制造的JBS—GK02大型过程控制实验装置。该装置对温度、压力、液位、流量四个典型控制参数进行检测和控制，可以方便的组合成多种控制实验，特别是木实验装置可组成耦合程度可调的双输入双输出控制系统，可通过调节手调阀的开度来调节耦合程度。还可通过计算机(用组态王软件定义的各种画面与PLC通讯)对系统进行监控。在双容液位控制屮用简单的方法

5、设计了非线性控制对彖，构成非线性控制。这在国内同类装置屮述属首创。1-2系统结构设计1系统组成根据用户要求，该控制系统为两级分布式结构，第一级为计算机，由组态软件开发现场监控和数据采集系统(SCADA),通过RS-232/RS485和下位机PLC串口通信，第二级由下位机PLC纟fl成，实时检测被控对象的温度、压力、液位、流量四个参数，把采集到的数据进行处理和保存。并根据控制要求进行PID运算，运算结果控制执行器动作，执行器为电动调节阀、变频器和电动机。上位机操作系统选用WindowsXP,监控软件选用组态王6.Oo计

6、算机作为上位机可以提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理；PLC作为下位机，执行可靠有效的分散控制。在控制系统中，一般计算机仅用丁•编程、参数设定和修改、图形和数据的在线显示，并没有直接参与现场控制，现场上的控制执行者是PLC。系统组成框图见图Mo系统框图如图1.1所示。图1.1系统控制框图2控制方案在本系统中以一个水箱和两个水槽为被控对象，实时检测被控对象的温度、压力、液位、流量四个参数，把采集到的数据进行显示，并送入PLC根据要求进行PID运算，运算结果控制执行器的动作，执行器为电动调节阀、变频器和电动机，从

7、而达到过程控制参数的控制要求。上水箱液位和管道流量，这两个参量具有相关联系，流量的大小可以影响上水箱液位，根据流量与液位的关系，故系统采用串级控制，内环为流量控制，外环为液位控制。内环与外环的控制算法均采用PID算法，PID算法实现简单，控制效果好，系统稳定性好。外环液位控制器的输出作为内环流量控制器的设定值，流虽控制器的输岀来控制调节阀的大小，来控制管道流量的人小，进而控制上水箱液位。1.3设计目的与要求1设计目的(1)加深对过程控制系统基本原理的理解和对过程仪表的实际应用能力。(2)培养运用组态软件和计算机设计过

8、程控制系统的实际能力。(3)掌握组态软件的使用、自动化仪表的选择、PLC和变频器在过程控制系统中的应用，以及集散控制系统的组成。(4)发扬理论联系实际的作风，增强相关知识点的贯穿能力，从而培养分析问题和解决问题的能力。2设计要求(1)设计一个小型集散控制系统，装有组态王工控软件的上位机算机完成对被控对彖的模拟和监控。(2)通过RS-232/RS