1、1过程控制工程实习报告学 院： 机械与控制工程 班 级： 自动化 10-3 班 学 号： 姓 名： 傅 指导老师： 周 日 期： 年 月0目 录1 绪论 .11.1 过程控制系统的概述 .12 西门子 PLC 的介绍 .12.1 S7-300PLC 介绍 22.2 S7-3O0 主要功能模块介绍 23 基于 PLC 的双容量水箱控制系统硬件组成 .33.1 硬件模块 33.2 双容量水箱控制系统实验装置 .43.3 双容量水箱对象组成 44 基于 PLC 的双容量水箱控制系统的编程设计 .54.1 控制原理 .54.2 STEP 7 简介 54.3 SEP7 硬件组态及参数设置 54.4 SE
2、TP7 程序设计 75 控制系统程序编写及调试、运行 .75.1 S7-300_PLC 模拟量输入输出量程转换模块 FC105 简介 75.2 系统的 I/O 地址分配 .85.3 双容量水箱控制系统程序 .86 实习结语 .1311 绪论1.1 过程控制系统的概述过程控制是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。随着生产过程的连续化大型化和不断强化, 随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表计算机技术的不断发展, 生产过程控制技术近年来发展异常迅速.所谓生产过程自动化, 一般指工业生产中(如石油化工
3、冶金炼焦造纸建材陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制.凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数(如温度压力流量等)进行的自动控制统称为过程控制，随着科学技术的飞速前进，过程控制也在日新月异地发展。它不仅在传统的工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用。生产过程自动化是保持生产稳定、降低消耗、减少成本、改善劳动条件、保证安全和提高劳动生产率重要手段，在社会生产的各个行业起着极其重要的作用。2 西门子 PLC 的介绍2.1 S7-300PLC 介绍S7-300 是通用可编程控制器，它广泛地应用于自动化领域，涉及多个行业，
4、可用于组建集中式或分布式结构的测控系统，重点在于为生产制造工程中的系统解决方案提供一个通用的自动化平台，性能优良，运行可靠。 S7-300PLC 采用模块化结构，模块种类的品种繁多，功能齐全，应用范围十分广泛，可用于集中形式的扩展，也可用于带 ET200M 分布式结构的配置。S7 系列 PLC 用 DIN 标准导轨安装，各模块用总线连接器连接在一起，系统配置灵活、维护简便、易扩展。CPU 模块是 PLC 的核心，负责存储并执行用户程序，存取其他模块的数据，一般还具有某种类型的通信功能。信号模块用来传送数字量及模拟量信号，通信模块可提供 PROFIBUS、以太网等通信连接形式。2.2 S7-3O
5、0 主要功能模块介绍1、导轨（Rail）S7-300 的模块机架（起物理支撑作用，无背板总线），西门子提供五种规格的导轨。2、电源模块（PS）将市电电压（AC120/230V）转换为 DC24V，为 CPU 和 24V 直流负载电路（信号模块、传感器、执行器等）提供直流电源。输出电流有 2A、5A、10A 三种*正常：绿色 LED 灯亮*过载：绿色 LED 灯闪*短路：绿色 LED 灯暗（电压跌落，短路消失后自动恢复）2*电压波动范围：5%3、CPU 模块各种 CPU 有不同的性能，例如有的 CPU 集成有数字量和模拟量输入/输出点，有的 CPU 集成有 PROFIBUSDP 等通信接口。CP
6、U 前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V 电源端子、电池盒与存储器模块盒（有的 CPU 没有）4、信号模块（SM）数字量（开关量）输入模块：24V DC，120/230V AC数字量（开关量）输出模块：24V DC，继电器模拟量输入模块：电压，电流，电阻，热电偶模拟量输出模块：电压，电流5、功能模块 (FM)功能模块主要用于对时间要求苛刻、存储器容量要求较大的过程信号处理任务。*计数：计数器模块*定位：快速/慢速进给驱动位置控制模块、电子凸轮控制器模块、步进电动机定位模块、伺服电动机定位模块等*闭环控制：闭环控制模块*工业标识系统：接口模块、称重模块、位置输入模块、超声波位置解码器等。6
7、、接口模块 (IM)接口模块用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7300通过分布式的主机架和 3 个扩展机架，最多可以配置 32 个信号模块、功能模块和通信处理器。连接：IMS 360 发送、IMR 361 接收；对于双层组态，常用硬连线的 IM 365 接口模块距离：采用 IM 365 、两层机架，电缆最大长度可达 1 米；采用 IM 360 / 361 、多层机架，机架之间电缆最大长度 10 米。7、通讯处理器(CP)扩展中央处理单元的通讯任务，提供以下的连网能力：*点到点连接*PROFIBUS*工业以太网3 基于 PLC 的双容量水箱控制系统硬件组成3.1 硬件模块名
8、称 型号 备注 数量3中央处理器模块（CPU ）CPU315-2 DP2AF03-0AB0v1.2内存扩展到 32K 1数字量输入模块（DI）SM321 DI16*24V1BH01-0AA0处理 2 点输入信号 1数字量输出模块（DO）SM321 DO16*24V/0.5A1BH01-0AA0处理 6 个输出信号 1监控软件通讯（SIMATIC NET） 343-1EX11-0XE0 1SIMATIC ET200IM153-1AA03-0XB0 1模拟量输入模块（AI）SM331DI 2*12Bit7KB02-0AA0处理 2 点输入信号。 1模拟量输出模块（AO）SM332AO 4*12Bi
9、t5HD01-0AB0处理 1 点输出信号 1电源模块 PS-307 5A，24V DC 1自吸水泵 M DBZ650-4.6-501电磁阀 Y QZD-1000A输入信号：420mA输出压力：0.02-0.1MPa 气源压力：0.14MPa13.2 双容量水箱控制系统实验装置双容水箱是两个串联在一起的水箱，整个系统有上水箱、下水箱、水管、阀门、抽水泵组成。本系统由双容水箱作为控制对象，上水箱的液位高度 h1，下水箱水温、压力作为被控量。下水箱里液位的变化，由压力、温度传感器转换成 420mA 的标准电信号，在由 I/O 接口的 A/D 转换成二进制编码的数字信号后，送入计算机端口。经计算机算
10、出的控制量通过 D/A 转换成 15V 的控制电信号。3.3 双容量水箱对象组成1、被控对象 过程控制装置是一个以温度液位压力流量为过程受控变量水泵转速可控硅4移相触发角为过程操作变量的过程控制系统，被控对象为充分模拟工业现场的小型电热液位锅炉。2、测量传感器 液位的测量采用液位传感器，测量量程为 0500m，压力的测量采用压力变送器，测量量程为 0100kPa。测量流量采用的是涡轮流量计和数显流量变送仪，测量量程为 0600L/h。温度的测量采用 PT100 铂电阻温度传感器和数显温度变送仪，测量量程为 0100 度。变送器输出标准的 420mA 电流信号，在送显示仪表显示的同时，送入 PL
11、C 的模拟量输入模块。3、执行器 系统在进行液位、压力、流量控制时。执行机构为西门子 MM420 型变频器和单相水泵。变频器接收控制器所给信号后会输出不同的信号，以改变三相电机的转速来调节水泵出口流量。在温度控制中执行机构为可控硅，通过改变移相触发角进而改变加热圈两端的电压来实现温度调节。4 基于 PLC 的双容量水箱控制系统的编程设计4.1 控制原理系统由双容水箱作为控制对象，上水箱的液位传感、下水箱的温度、压力作为被控量。当下水箱压力低于设定值时，上水箱往下水箱放水，通过改变调节阀的开度向下水箱加水来控制下水箱里的液位高度。到达设定压力值后，上水箱停止放水，并驱动加热模块，使下水箱开始加热
12、。由温度传感器转换成420mA 的标准电信号，在由 I/O 接口的 A/D 转换成二进制编码的数字信号后，送入计算机端口。经计算机算出的控制量通过 D/A 转换成 15V 的控制电信号。当到达温度后，停止加热，水泵开始驱动，使得上水箱往下水箱抽水，同时报警灯亮和蜂鸣器鸣响。当上水箱液位到达液位传感器位置时，停止抽水。54.2 STEP 7 简介STEP7 是用于 SIMATIC S7-300/400 站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表。它是 SIMATIC 工业软件的组成部分。STEP 7 以其强大的功能和灵活的编程方式广泛应用于工业控制系统，STEP7 提
13、供了几种不同的版本以适应不同的应用和需求。4.3 SEP7 硬件组态及参数设置 1、创建项目 1）双击 SIMATIC Manager 在 SIMATIC 管理器中选择菜单命令“File/New”，在弹出的对话框输入项目名和存储地址。2）点亮刚新建的项目名，右击选择“inset new object/simatic 300 station”将生成 300 的项目。 2、硬件组态 1）完成新建项目后，双击项目名称双击，选中 simatic 300（1），选择“Hardware” 进入硬件组态窗口。 2）双击 simatic 300/rack-300，将导轨（rail）拖入左边空白处，生成机架。3
14、）选择 cpu 模块。CPU 315-2 DP2AF03-0AB0 v1.24）双击“DP”，出现 DP 属性对话框。点击“Properties”按钮，新建一个，PROFIBUS（1）网络，其他的都不变。 5）在刚建立，PROFIBUS（1）网络上添加通信模块 IM153-1(6ES7 153-1AA03-0XB0)。点击 IM153-1 模块，在其中分别添加模拟量输入模块 AI2x12Bit (6ES7331-7KB02-0AB0)、 模拟量输出模块 AO4x12Bit(6ES7 332-5HD01-0AB0)。6）回到 0 号机架，加入数字量输入（6ES7 323DO16*DC24V-1B
15、H02-0AA0）、数字量输出模块(6ES7 323-DO16*DC24V/0.5A-1BH01-0AA0)。3、下载组态6组态结束后，在 CPU 为 STOP 模式下点击下载，将 PLC 的硬件组态下载到 PLC中。观察是否有异样指示灯亮。表 1 指示灯及其信息表示名称 颜色 表示的系统状态和系统信息SF 红色 硬件或软件错误BF 红色 总线错误（只适用于部分带 DP 和 PN 接口的 PLC）DC5V 绿色 S7-300 的 CPU 和内部总线的 5V 电源正常FRCE 黄色 强制作业有效RUN 绿色 CPU 处于 RUN 状态；LED 灯以 2HZ 闪亮，表示重新启动；LED 以 0.5
16、 HZ 闪 亮,表示 HOLD。STOP 黄色 CPU 处于 STOP 或 HOLD 或重新启动状态；LED 以 0.5HZ 闪亮，存储器在复位请求状态；LED 灯以 2HZ 闪亮，存储器在复位期间。注意： 1、插槽 1 为电源模块配置，电源模块如果不选用西门子专用电源模块，插槽 1配置为空。 2、插槽 2 为 CPU 模块配置。 3、插槽 3 为多机架扩展接口模块配置，在单机架配置时为空。 4、扩展模块必须从插槽 4 开始配置。5、AI 输入通道选择 2 线传感，4-20mA6、AO 输出通道选择 1-5V，0-10V。最后组态结果图：7图 1 组态4.4 SETP7 程序设计 1）编程时在
17、所添加的模块中进行，首先打开组织块 OB1。2）选择编程语言，可选 STL、LAD、FBD。3）程序编写完后，要对程序进行编译。保证程序无误。下载程序，将 PLC置于 RUN 模式，运行程序，再次确认程序是否有误。5 控制系统程序编写及调试、运行5.1 S7-300_PLC 模拟量输入输出量程转换模块 FC105 简介实际的工程量，如压力、温度、流量、物位等要采用各种类型传感器进行测量。传感器将输出标准电压、电流、温度、或电阻信号供 PLC 采集，PLC 的模拟量输入模板将该电压、电流、温度、或电阻信号等模拟量转换成数字量整形数(INTEGER)。在 PLC 程序内部要对相应的信号进行比较、运
18、算时，常需将该信号转换成实际物理值（对应于传感器的量程）。而经程序运算后得到的结果要先转换成与实际工程量对应的整形数，再经模拟量输出模板转换成电压、电流信号去控制现场执行机构。这样就需要在程序中调用功能块完成量程转换。SCALE（FC105）功能将一个整形数 INTEGER（IN）转换成上限、下限之间的实际的工程值(LO_LIM and HI_LIM)，结果写到 OUT。公式如下：OUT = (FLOAT (IN) K1)/(K2K1) * (HI_LIMLO_LIM) + LO_LIM常数 K1 和 K2 的值取决于输入值（IN）是双极性 BIPOLAR 还是单极性UNIPOLAR。 双极性
19、 BIPOLAR：即输入的整形数为27648 到 27648，此时 K1 = 27648.0，K2 =+27648.0单极性 UNIPOLAR：即输入的整形数为 0 到 27648，此时 K1 = 0.0。K2 = +27648.0如果输入的整形数大于 K2，输出 (OUT) 限位到 HI_LIM, 并返回错误代码。如果输入的整形数小于 K1，输出限位到 LO_LIM，并返回错误代码。反向定标的实现是通过定义 LO_LIM HI_LIM 来实现的。反向定标后的输出值随着输入值的增大而减小。5.2 系统的 I/O 地址分配表 2 系统 I/O 地址分配名称 地址 名称 地址启动 I0.0 运行指
20、示灯 Q4.08停止 I0.1 停止 Q4.1加热器 PQW256 报警灯 Q4.2下限位传感器 I0.5 蜂鸣器 Q4.3温度检测 PIW258 水泵 Q4.4压力检测 PIW256 电磁阀 Q4.55.3 双容量水箱控制系统程序1、按下启动按钮 I0.0，开始启动，运行灯亮并自锁。按下停止按钮I0.1，停止运行，停止等亮并自锁。在两程序段相互穿入常闭点，起到互锁作用。92、运行指示灯 Q4.0 得电，所以 Q4.0 常开触点得电，从而继电器 M1.0 得电；当压力转换器 PIW256 采集下水箱压力信号，通过 FC105 模块转换后，将压力转换后的结果输出到 MD40 中。2、因为继电器
21、M1.0 得电，从而使常开触点 M1.0 闭合。当 MD40 的值小于100Pa 时，电磁阀 Q4.5 得电并置为。103、当 MD40 的值大于等于 100Pa 时，继电器 M0.5 得电；电磁阀 Q4.5 失电并复位。4、因为继电器 M0.5 得电，所以常开触点 M0.5 闭合，加热器 PIW256 得电并对水进行加热。115、由于继电器 M1.0 得电，从而常开触点 M1.0 闭合，继电器 M1.1 得电。PQW258 是对下水箱的温度采集信号，用 FC105 模块转换信号，存入MD30 中。上限值为 100，代表 100 ，下限为 0。6、由于继电器 M1.1 得电，从而常开触点 M1
22、.1 闭合。当 MD30 的值大于等于 30时，继电器 M0.5 失电并复位；水泵 Q4.4 得电并置位，同时向上水箱抽水；加热器 PQW256 清零从而停止加热。127、上水箱进水到达 I0.5 所在的液位时，停止抽水（Q4.4），报警器（Q4.2）、蜂鸣器（Q4.3）、电磁阀（Q4.5）开始工作。8、按下停止按钮 I0.1，整个系统过程全部复位，程序停止工作。当手动按开始按钮时，可重复进行上述过程，再进行循环操作。6 实习结语对于 S7-300 的实训就是要我们亲自编好程序，并让设备动起来。对于这个我们没有参考程序，由于以前都是用的 S7-200，所以对于 S7-300 的编程我们也13只
23、能从零开始自学起来，慢慢去摸索编程方法。上网搜索教程与资料，并与同学交流讨论。这样，我们对 S7-300 编程有了了解，慢慢掌握编程。能设计了简单程序。由于学习 S7-200，没讲到模拟量的知识，用到 300 时我们无从下手，因为我们要面对压力，温度，加热这些模拟量，开始我们手足无措。只能请教，通过网络，书本，前辈，慢慢积累知识。在编程过程中，我们遇到了很多问题，有一部分是逻辑上的问题，也有的是由于硬件原因，导致我们无法实现动作，比如我们用了下限位 I0.5 以及压力模拟量来触发电磁阀，但是由于中间环节除了一点小问题，导致电磁阀不动作，我们排查了很久才找出了问题的关键，成功的实现了功能。在这次实习过程中，将课本上的理论知识和实际编程相结合，让我对 S7-300 以及模拟量数字量，以及输入输出的 IO 地址分配有了更加直观和全面的了解，也更加清晰的知道了 S7-300 在生产过程中的作用以及强大之处，明白了自己还有很多需要学习和掌握的知识。总是这次经过我们的努力，终于解决了问题。这样的学习过程让我很有成就感，收获匪浅。这次的实训给予了我不同的学习方法和体验，让我深切的认识到实践的重要性。在以后的学习过程中，我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，也非常感谢本小组和各位同学以及周老师的指导。
