教育资料（2021-2022年收藏的）自动控制系统案例分析资料.doc

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1、北京联合大学实 验 报 告课程（项目）名称： 过 程 控 制 学 院： 自动化学院 专 业： 自动化 班 级： 0910030201 学 号：2009100302119 姓 名： 张 松 成 绩： 2012年 11月 14日实验一 交通灯控制一、 实验目的熟练使用基本指令，根据控制要求，掌握PLC的编程方法和程序调试方法，掌握交通灯控制的多种编程方法，掌握顺序控制设计技巧。二、实验说明信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，按以下规律显示：按先南北红灯亮，东西绿灯亮的顺序。南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒；到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮

2、3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持25秒，南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮如此循环，周而复始。如图1、图2所示。 图 1 图 2三、实验步骤1输入输出接线输入SD输出RYG输出RYGI0.4东西Q0.1Q0.3Q0.2南北Q0.0Q0.5Q0.42.编制程序，打开主机电源编辑程序并将程序下载到主机中。3.启动并运行程序观察实验现象。四、参考程序方法1：顺序功能图法设计思路：采用中间继电器的方法设计程序。这个设计是典型的起保停电路。

3、方法2：移位寄存器指令实现顺序控制移位寄存器位（SHRB）指令将DATA数值移入移位寄存器。S_BIT指定移位寄存器的最低位。N指定移位寄存器的长度和移位方向（移位加=N，移位减=-N）。SHRB指令移出的每个位被放置在溢出内存位（SM1.1）中。该指令由最低位（S_BIT）和由长度（N）指定的位数定义。方法3：利用定时器实现思路：利用多个定时器逻辑组合实现控制时序。五、思考题 1实验中遇到的问题？如何解决的？ 2对单一顺序控制交通灯控制的几种实现方法技巧进行总结。实验二 四炉起停控制一、实验目的练习使用基本指令，熟悉顺序控制的基本方法，根据控制要求，掌握PLC的编程方法和程序调试方法，了解P

4、LC程序在实际生活中的应用。二、实验说明 如图1所示。控制要求：电炉丝4组，每组A,B.C三相，Y接，每相10KW， 220V,50A（约）；启动时：1得电加热，温度未到，延时1分钟，2得电加热。直到温度到。先启的先停；停止时：温度到，1先停，延时1分钟，2停。直到温度未到，先停的先启。 图 1三、实验步骤1.输入输出接线输入输出地址说明地址说明I0.4温度未到闭合开关Q0.0第一组电炉丝I0.5温度到闭合开关Q0.1第二组电炉丝Q0.2第三组电炉丝Q0.3第四组电炉丝2.编制程序，打开主机电源编辑程序并将程序下载到主机中。 3.启动并运行程序观察实验现象。四、参考程序主程序OB1：子程序SB

5、R_0：子程序SBR_1：五、思考题 1实验中遇到的问题？如何解决的？ 2对顺序控制四炉先启先停的实现方法技巧进行总结。实验三 生产线小车运行控制1 实验目的熟悉随机逻辑控制的基本方法，掌握送料小车运行控制的编程技巧和程序调试方法。二、实验说明控制要求：生产车间往返运行的供料小车有1#5#五个工位。任何一个工位呼叫小车时，小车能自动判断下一运动方向并到达呼叫位置。当小车运行到较远工位过程中，若又有较近工位的呼叫时，小车能够先在较近工位停车，延时后自动运动到较远的工位。如图1所示。图 1三、实验步骤1.输入输出接线I/O分配见表1，I/O接线如图2所示。表 1输入输出地址说明地址说明I1.0I1

6、.41#5#工位呼叫按钮SB1SB5Q0.0Q0.41#5#工位指示灯HL1HL5I0.0I0.41#5#工位行程开关SQ1SQ5Q0.5、Q0.6右行、左行指示灯HL6、HL7Q1.0、Q1.1右行、左行接触器KM1、KM22.编制程序，打开主机电源编辑程序并将程序下载到主机中。 3.启动并运行程序观察实验现象。 图 2四、参考程序参考程序1：. 参考程序2：五、思考题 1实验中遇到的问题？如何解决的？ 2总结送料小车运行控制的编程技巧和随机逻辑控制设计的方法规律。 实验四 小型电热锅炉过程控制系统一 实验目的掌握模拟量闭环控制原理及系统组成原理，熟练掌握PLC控制系统的PID指令编程及中断

7、的应用，掌握模拟量输入/输出模块的使用及输入输出量程转换方法。二 实验装置和设备1QXLPC-IV型小型过程控制实验装置，（如图1所示）。2S7200系列PLC（主机CPU222CN 8点input，6点output；扩展单元EM235 4AI,1AO）。3执行器：MICROMASTER 420型变频器以及160Q-8F磁动泵；晶闸管SCR。4压力变送器、液位变送器、Pt100铂电阻和数显温度变送仪、涡轮流量计和数显流量变送仪。5QXLPC-IV型小型过程控制实验装置。6安装有软件STEP 7-MicroWIN 的PC机。 图1 QXLPC-IV型小型过程控制实验装置三、实验原理系统组成结构如

8、图2所示，通过水泵向电热锅炉供水，其中压力变送器测量进水压力，流量计测量流量，液位变送器测量液位，Pt100铂电阻和数显温度变送仪检测出水温度并进行变送。变频器和水泵、晶闸管SCR(温度控制)为执行元件。通过S7-200 PLC编程控制电热锅炉的液位、压力、流量或温度。本次实验实现对锅炉液位的单回路控制。液位单回路控制方框图如图3所示。首先由变送器检测实时数值，转换为 15V的直流信号,连接至PLC的模拟量输入端，经A/D转换为640032000的数字量。PLC的控制程序将对此数字量处理，并与给定值比较后通过PID调节输出操作信号，通过D/A转换为420mA的模拟量输出给执行器变频器，改变水泵

9、的输出功率以达到锅炉液位的自动控制。图2 系统组成结构图图3 液位单回路控制方框图四、实验内容和步骤 1控制程序设计注：液位信号地址为AIW4。控制程序分为主程序，和中断程序。参考程序如下。1） 主程序 （实现参数的初始化、定时中断的连接和开、关中断等）2）中断程序中断程序实现定时采样滤波、输入量程转换、PID控制、输出量程转换功能。中断程序INT_0： 2编辑下载调试程序使用STEP 7-MicroWIN软件编辑程序，编译成功下载至S7-200PLC。建立用户状态表用于调试中在线监视和修改数据。1）PG/PC接口设置 (1)双击指令树“设置PG/PC接口”图标，在打开的对话框中设置编程计算机

10、的“PC/PPICable（PPI）”的属性。设地址为2其它的选择默认设置，本地连接采用COM1端口。(2)双击指令树文件夹“通信”图标，双击刷新设备后,程序软件将会自动自动搜索连接在网络上的S7-200,之后选择所显示的S7-200,建立PC机与PLC之间的连接。2）下载与调试首先单击工作栏中的“下载”按钮，将出现下载对话框，在对话框内可以选择是否下载程序块、数据块、系统块、配方和数据记录配置。单击“下载”按钮，PLC将自动切换到STOP模式并开始下载程序数据。下载成功后。将PLC的工作模式切换到RUN模式，下载到PLC中的程序便开始运行。3） 观察变量变化，记录数据。打开状态表，可以在线更

11、改设定值以及PID参数，可以在线监视实际值的变化，也可以直接从锅炉液位计上看到数值。五、思考题 1实验中遇到的问题？如何解决的？ 2定时中断设定时间根据什么设定？ 3对闭环PID过程控制的原理理解及实现方法进行总结。实验五 恒压供水控制系统一、实验目的了解恒压供水控制的基本原理，掌握模拟量闭环PID控制的原理，掌握PID指令和中断指令的应用及编程方法。二、实验设备CPU224CN的PLC一台安装有STEP7软件的计算机若干导线3、 实验原理 1系统组成变频调速恒压供水系统如图1所示,该系统应用S7-200 PLC作为控制器,由压力传感器检测当前水压实际值，经变送器通过A/D转换模块将模拟量转换

12、成数字量送入PLC，经PLC进行压力反馈值与设定值的PID运算，运算结果送入变频器频率控制端，控制变频器的输出频率，从而改变电机转速，达到恒压供水的目的。进水阀水位控制器水池 电磁阀生活用水 消防用水 市网来水 泵2 泵1 泵3 压力传感器 P L C 变 频 器 P C 机 上限 下限 图1 恒压供水系统2电气控制主电路图主电路图如图2所示。三台电机分别为泵1、泵2、泵3。接触器KM1、KM3、KM5分别控制泵1、泵2、泵3的工频运行；接触器KM2、KM4、KM6分别控制泵1、泵2、泵3的变频运行；VVVF为一般的变频 图2 主电路原理图3控制电路图控制电路如图3所示。SA为手动/自动转换开

13、关，“1”的位置为手动控制状态，“2”的位置为自动控制状态。手动控制时，可用按钮SB1-SB8控制泵的启/停和电磁阀YV2的通/断；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。由于电磁阀YV2没有触点，所以要使用一个中间断电器KA1间接控制YV2，来实现YV2的手动自锁功能，HL10为自动运行状态电源指示灯。图3 控制电路图4水管压力单回路控制框图变频调速恒压控制系统主要是以供水出口管网的水压为控制目标，将出口总管网的实际压力与设定压力进行比较，进行PID调节，实现水管压力的恒定。如图4所示。PID调节器 变频器 水泵组 给定压力 压力传感器 水管 实际压力 图4 水管压力单回路控制原理四、实验步

14、骤1外部设备接线本装置中输入公共端要求接主机模块电源的“L+”，此时输入端是低电平有效；输出公共端要求接主机模块电源的“M”，此时输出端输出的是低电平，电源COM接M, V+接L+。接线如图5所示。 图5 实验装置接线图2.PLC I/O端子分配 控制系统的输入/输出信号的代码、名称及地址编号如表1、表2所示。水位下限和上限信号分别为I0.1、I0.2，它们在水淹没时为0，露出时为1。表1 输入信号分配表名称地址消防信号I0.4水池水位下限信号I0.1水池水位上限信号I0.2模拟量输入AIW0(MW10)表2 输出信号分配表代码名称地址KM1,HL11泵工频运行接触器及指示灯Q0.0KM2,H

15、L21泵变频运行接触器及指示灯Q0.1KM3,HL32泵工频运行接触器及指示灯Q0.2KM4,HL42泵变频运行接触器及指示灯Q0.3KM5,HL53泵工频运行接触器及指示灯Q0.4KM6,HL63泵变频运行接触器及指示灯Q0.5HL7水池进水指示灯Q0.6HL8水池水位下限故障指示灯Q0.7YV2生活/消防供水转换电磁阀Q1.0KA变频器频率复位控制Q1.1V1模拟量输出信号AQW0(MW20)3.通信连接 S7-200 CPU上的通信口是与RS-485兼容的9针D型连接器，符合欧洲标准EN 50170。表3给出了通信口的引脚分配。 S7-200支持多种通信协议，如点对点接口(PPI)、多点

16、接口(MPI)、PROFIBUS、以太网通信和调制解调器通信。本系统使用PC/PPI电缆来实现S7-200CPU与RS-232标准兼容的设备的通信。4编辑并下载程序。5建立变量表，观察实验现象。 五、参考程序 本系统采用PLC梯形图语言，实现各种顺序逻辑控制以及压力闭环控制功能。系统程序主要由三部分组成：主程序、子程序和中断程序。程序中使用的PLC元器件及其功能如表3所示。表3 程序中使用的元器件及其功能地址说明地址说明VD100压力实际值T37工频泵增泵滤波时间控制VD104压力设定值T38工频泵增泵滤波时间控制VD108PI计算值T39工频/变频转换时间控制VD112比例系数M0.0故障结

17、束脉冲信号VD116采样时间M0.1泵变频启动脉冲VD120积分时间M0.2泵工频启动脉冲VD124微分时间M0.3倒泵变频启动脉冲VD204变频器运行频率下限值M0.4复位当前变频运行泵脉冲VD208生活供水频率上限值M0.5当前泵工频运行启动脉冲VD212消防供水频率上限值M0.6新泵变频启动脉冲VD250实际运行频率值M2.0泵工频/变频转换控制器VB300变频工作泵的泵号M2.1泵工频/变频转换控制器VB301工频运行泵的总台数M2.2泵工频/变频转换控制器VD310倒泵时间存储器M3.0水池水位下限故障控制器T33/T34工频/变频转换时间控制M3.1进水阀开启标志1主程序流程图主程

18、序主要完成水泵的运行与切换，生活与消防用水管网恒压值的设定，以及各种信号的综合处理。在多泵组恒压供水系统中，为使供水设备均匀磨损，要求各台水泵的电机轮流工作以保证各自的累计运行时间相差不大。这里规定任一台泵连续变频运行时间不应超过3小时。另外当多泵运行时，系统还要遵循“先启先停”原则。这些功能都在主程序中完成，主要思路如下：(1) 恒压供水的一个显著优点就是可通过变频器实现水泵的软启动，以避免对管网和电网负荷的冲击。为此，规定每次需要启动新泵或切换变频泵时，都以新运行的水泵作为变频泵。(2) 为达到恒压供水，系统会根据需要投入/退出水泵，而投入/退出的标准就是判断变频器输出是否达到所设定的频率

19、上限/下限值。这里应当考虑到系统由于偶然的频率波动所造成的频率越出上/下限范围的情况，为此在程序中应当加上一定的延时判断。(3) 为使任何一台泵连续变频运行时间不超过3小时，应对单泵变频运行时间进行累计，累计时间超过3小时时，变频泵号改变，同时触发启动下一台泵的信号，而当有泵运行于工频状态时，计时器应停止计时并清零。(4) 为实现对三台水泵的循环工作控制，这里采用了“泵号+1”策略，同时采用“工频运行台数结合变频运行泵号”策略实现对工频泵的轮换操作。基于上述思想的主程序流程图如图6所示，加、减泵流程图如图7、图8所示。 图 6 主程序流程图 图7 加泵流程图 图8 减泵流程图2. 主程序 3. 子程序子程序实现初始化功能。4. 中断程序中断程序实现采样处理、PID控制、输出量程转换功能。注： 实验挂箱的接线如图9所示,输入接口1L与3L、M连接，2L与M连接，3L与4L、5L相连，输出接口1M与3M、L+连接，2M与4M、L+连接，电源COM接M,V+接L+。图9 挂箱接线图设置PG/PG接口六、思考题1实验中遇到的问题？如何解决的？2总结本次试验的收获。40