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PLC实验报告6231937
西门子PCS7过程控制实验报告
院系:
电子电气工程学院
学号:
姓名:
屠沪杰
完成时间:
2013.1.10
一.过程控制绪论
过程控制系统是以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。
这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。
表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。
通过对过程参量的控制,可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。
一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式,这是过程控制的主要方式。
过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。
20世纪50年代,过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变,从而保证产量和质量稳定。
60年代,随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现,过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。
70年代,出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。
80年代,过程控制系统开始与过程信息系统相结合,具有更多的功能。
西门子PCS7系统是完全无缝集成的自动化解决方案。
可以应用于所有工业领域,包括过程工业,制造工业,混合工业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品。
作为先进的过程控制系统,SIMATICPCS7形成了一个带有典型过程组态特征的全集成系统。
现场总线技术的出现使传统的控制系统结构产生了革命性的变化,使自控系统朝着智能化、数字化、信息化、网络化、分散化的方向迈进,形成新型的网络集成式全分布式控制系统——现场总线控制系统FCS(FieldbusControlSystem)。
现场总线实现了微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信,因为其开放式、数字化、多站点通信、低带宽的特性。
所以可以很方便地与因特网(Internet)、企业内部网(Internet)相连。
随着近年来现场总线控制技术的日益成熟和完善,其在工业现场的应用已经非常普遍,本实验所要解决的问题使实验者了解和感受这种能体现现代控制主流的技术,形成一定的完成过程控制工程项目的能力。
实验室中使用现场总线控制系统,是在原有传统的过程控制实验装置基础上,通过PROFIBUS协议进行数据传输和交换的现场总线模块替代常规的现场检测和变送装置,采用工业以太网与上位机进行通讯和远程控制,从而使整个控制系统实现了网络化和数字化
二.过程控制实验系统
2.1系统简介
现场总线控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。
整个实验装置分为上位控制系统和控制对象两部分,PC机上安装了5611网卡,因此也可以使用现场总线的方式与PLC连接。
阀门定位器使用PRUFIBUS-PA的通信方式,通过耦合器COUPLER连接到PROFIBUS-DP网络。
控制对象总貌图如图所示。
控制对象总貌图
装置具有一系列安全保护体系:
1、三相四线制总电源输入经带漏电保护器装置的三相四线制断路器进入系统电源后又分为三相电源支路和三个不同相的单相支路,每一支路都带有各自三相、单相断路器。
总电源设有三相通电指示灯和380V三相电压指示表,三相带灯熔断器作为断相指示。
2、控制屏电源由接触器通过起、停按钮进行控制。
屏上装有一套电压型漏电保护装置和一套电流型漏电保护装置。
控制屏内或强电的输出(包括实验中的连线)若有漏电现象,即告警并切断总电源,以确保实验安全。
3、控制屏设有服务管理器(即定时器兼报警记录仪),为指导老师对学生实验技能的考核提供一个统一的标准。
4、各种电源及各种仪表均有可靠的保护功能。
5、实验强电接线插头采用封闭式结构,防止触电事故的发生。
6、强、弱电连线插头采用不同的结构插头,以防止强弱电用电插头的混淆。
系统有几个特点
1.被控参数全面,涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。
2.本装置由控制对象、综合上位控制系统、上位监控计算机三部分组成。
3.真实性、直观性、综合性强,控制对象组件全部来源于工业现场。
4.执行器中既有气动调节阀,又有变频器、可控硅移相调压装置,调节系统除了有设定值阶跃扰动外,还可以通过对象中电磁阀和手动操作阀制造各种扰动。
5.一个被调参数可在不同动力源、不同执行器、不同的工艺管路下演变成多种调节回路,以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。
6.系统设计时使2个信号在本对象中存在着相互耦合,二者同时需要对原独立调节系统的被调参数进行整定,或进行解耦实验,以符合工业实际的性能要求。
7.能进行单变量到多变量控制系统及复杂过程控制系统实验。
8.各种控制算法和调节规律在开放的实验软件平台上都可以实现。
2.2被控对象
被控对象由不锈钢储水箱、圆筒形有机玻璃水箱和敷塑不锈钢管路组成。
水箱:
水箱采用优质淡蓝色圆筒型有机玻璃,不但坚实耐用,而且透明度高,便于学生直能接观察到液位的变化和记录结果。
水箱尺寸均为:
d=25cm,h=20cm; 水箱有三个槽,分别是缓冲槽,工作槽,出水槽。
储水箱尺寸为:
长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝。
储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩,防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。
盘管:
长37米(43圈),可做温度纯滞后实验,在盘管上有两个不同的温度检测点,因而有两个不同的滞后时间。
在实验过程中根据不同的实验需要选择不同的滞后时间。
盘管出来的水既可以回流到锅炉内胆,也可以经过涡轮流量计完成流量滞后实验。
管道:
整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成,所有的水阀采用优质球阀,彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
其中储水箱底有一个出水阀,当水箱需要更换水时,将球阀打开让水直接排出。
2.3检测装置
压力传感器、变送器:
采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的压力传感器和工业用的扩散硅压力变送器,扩散硅压力变送器含不锈钢隔离膜片,同时采用信号隔离技术,对传感器温度漂移跟随补偿。
压力传感器用来对水箱的液位进行检测,其精度为0.5级,因为为二线制,故工作时需串接24V直流电源。
流量传感器、转换器:
流量传感器分别用来对调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。
涡轮流量计型号:
LWGY-10,流量范围:
0~1.2m3/h,精度:
1.0%。
输出:
4~20mA标准信号。
本装置采用两套流量传感器、变送器分别对变频支路及盘管出口支路的流量进行测量,调节阀支路的流量检测采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的检测和变送一体的电磁式流量计。
2.4执行机构
调节阀:
采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的气动调节阀,用来进行控制回路流量的调节。
它具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等优点。
由CPU直接发送的数字信号控制阀门的开度,本气动调节阀自动进行零点校正,使用和校正都非常方便。
变频器:
本装置采用SIEMENS带PROFIBUS-DP通讯协议模块的变频器,其输入电压为单相AC220V,输出为三相AC220V。
水泵:
本装置采用磁力驱动泵,型号为16CQ-8P,流量为32升/分,扬程为8米,功率为180W。
泵体完全采用不锈钢材料,以防止生锈,使用寿命长。
其中一只为三相380V恒压驱动,另一只为三相变频220V输出驱动。
可移相SCR调压装置:
采用可控硅移相触发装置,输入控制信号为4~20mA标准电流信号。
输出电压用来控制加热器加热,从而控制锅炉的温度。
电磁阀:
在本装置中作为气动调节阀的旁路,起到阶跃干扰的作用。
电磁阀型号为:
2W;工作压力:
最小压力为0Kg/㎝2,最大压力为7Kg/㎝2;工作温度:
-5~80℃。
2.5系统软件
1.软件概述:
西门子PCS7系统是完全无缝集成的自动化解决方案。
可以应用于所有工业领域,包括过程工业,制造工业,混合工业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品。
作为先进的过程控制系统,SIMATICPCS7形成了一个带有典型过程组态特征的全集成系统
2.PCS7:
特点SIMATICPCS7-西门子过程控制系统之特点
基于标准的SIMATIC软件和硬件组件
先进的分布式客户机/服务器架构
可伸缩性强,从小型实验室系统,到具有高达60,000个过程对象的大型工厂
可用于连续和批处理应用
可用于所有工业领域:
过程、制造以及混合工业
强大的HMI系统,带有集成的基于SQL服务器的归档系统
基于IEC61131的集中式,工厂范围内的工程系统
通过现场总线PROFIBUS,现场设备和驱动系统均可很灵活和容易的集成
无缝集成的安全系统,通过TüV*验证的可满足AK6/SIL3
在同一个可编程控制器中可以混合运行标准和故障安全相结合的形式,高可用性和故障安全相结合的形式
可在所有层级实现冗余,提高可用性
符合ISAS88.01和FDA21CFRPart11规范的模块化批处理系统SIMATICBATCH
通过SIMATICIT架构实现MES/ERP层级的接口
三.实验步骤
3.1软件安装
3.1.1硬件要求
WinCC支持所有普通IBM/AT兼容的PC平台。
CPU推荐值:
客户机:
IntelPentiumIII,800MHz,服务器:
IntelPentium4,1400MHz,中央归档服务器:
IntelPentium4,2.5GHz。
所有服务器都必须运行于Windows2000Server或Windows2000AdvancedServer。
项目中的所有客户机既可运行于WindowsXPProfessional,也可运行于Windows2000Professional。
3.1.2操作系统要求
WinCCV6.0在WindowsXPProfessional和Windows2000下都能运行。
在XP下安装步骤如下:
(1)将XP系统升级到SP2版本
(2)添加消息队列服务。
在控制面板中的"添加或删除程序"里,添加Windows组件"消息队列服务(MessageQueuingServices)"(3)在控制面板里切换操作系统到英文环境(4)重启操作系统。
注意:
(1)XP系统最好使用完全安装的那种,而非Ghost系统,否则有可能导致不能安装WinCC;
(2)当使用外部通讯模块时,必须使用最新的具有相应授权的驱动程序软件。
可以使用为SIMATICNETV6.0SP5HF2驱动程序提供
3.1.3软件安装步骤
打开安装包,双击SETUP进入安装界面
选择要安装的软件包后,则软件自动开始安装
完成软件的安装之后要点击ACCEPT.
3.2运行软件新建工程
3.2.1工程建立
1、双击桌面上的“SIMATICManager”图标,则会启动STEP7管理器,单击File/“NewProject”Wizard,打开STEP7新项目创建向导如图所示。
2.按照向导界面提示,点击“NEXT”,选择好CPU型号,选择的CPU型号为CPU414-2DP,设置CPU的MPI地址为2,点击“NEXT”,在出现的界面中选择好你所熟悉的编程语言(有梯形图、编程指令、流程图等可供选择),点击“FINISH”,项目生成完毕,启动STEP7管理器界面。
3.2.2组态硬件
硬件组态的主要工作是把控制系统的硬件在STEP7管理器中进行相应地配置,并在配置时对模块的参数进行设定。
1、鼠标左键单击STEP7管理器左边窗口中的“SIMATIC300Station”项,则右边窗口中会出现“Hardware”和“CPU317-2DP
(1)”两个图标,双击图
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