自动控制系统案例分析（完整版）

1、 北京联合大学实验报告课程（项目）名称：过程控制专业：学院：自动化学院自动化班级： 0910030201学号：29成绩：姓名：张松 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 203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

2、红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持 25秒，南北绿2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿秒；到 20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮灯亮维持 20秒，然后闪亮 3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持灯亮如此循环，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输出东西RYG输出南北RYGI0.4Q0.1Q0.3Q0.2Q0.0Q0.5Q0.42.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。 方法 2：移位寄存器指令实现顺序控制移位寄存器位（

3、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，掌握方法，了解 PLC程序在实际生活中的应用。二、实验说明PLC的编程方法和

4、程序调试如图 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I0.4I0.5温度未到闭合开关温度到闭合开关Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3第一组电炉丝第二组电炉丝第三组电炉丝第四组电炉丝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 SBR_0：

5、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一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I1.0I1.4I

6、0.0I0.41#5#工位呼叫按钮 SB1SB5Q0.0Q0.41#5#工位指示灯 HL1HL5右行、左行指示灯 HL6、HL7右行、左行接触器 KM1、KM21#5#工位行程开关 SQ1SQ5 Q0.5、Q0.6Q1.0、Q1.12.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

7、及中断的应用，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

8、、实验原理系统组成结构如图 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 1 5V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

9、换为 420mA的模拟量输出给执行器变频器，改变水泵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、中断程序 INT_0：PID控制、输出量程转换功能。 2编辑下载调试程序使用 STEP7-MicroWIN软件编辑程序，编译成功下载至线监视和修改数据。S7-200PLC。建立用户状态表用于调试中在1）PG/PC接口设置(1)双击指令树“设置

10、PG/PC接口”图标，在打开的对话框中设置编程计算机的“ 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(2)双击指令树文件夹“通信”图标，双击刷新设备后COM1端口。,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

11、的程序便开始运行。3 ）观察变量变化，记录数据。打开状态表，可以在线更改设定值以及炉液位计上看到数值。PID参数，可以在线监视实际值的变化，也可以直接从锅 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三、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

12、器 ,由压力传感器检测当前水PLC，经 PLC进行压力反馈值与设定压实际值，经变送器通过 A/D转换模块将模拟量转换成数字量送入值的 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。消防用水电磁阀生活用水进水阀市网来水压力传感器泵 1泵 2上限下限水位控制器PCPL变频器泵 3机C水池图 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

13、 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来实现 YV2的手动自锁功能， HL10为自动运行状态电源指示灯。KA1间接控制 YV2，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。给定压

14、力实际压力PID调节器变频器水泵组水管压力传感器图4水管压力单回路控制原理 四、实验步骤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为 I0.1、I0.2，它们在水淹没时为 0，露出时为 1。1、表 2所示。水位下限和上限信号分别表 1输入信号分配表名称地址I0.4I0.1I0.2消防信号水池水位下限信号水池水位上限信号模拟量输入AIW0(

15、MW10)表2输出信号分配表代码名称地址KM1,HL1KM2,HL2KM3,HL3KM4,HL4KM5,HL5KM6,HL6HL71泵工频运行接触器及指示灯1泵变频运行接触器及指示灯2泵工频运行接触器及指示灯2泵变频运行接触器及指示灯3泵工频运行接触器及指示灯3泵变频运行接触器及指示灯水池进水指示灯Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1HL8水池水位下限故障指示灯生活 /消防供水转换电磁阀变频器频率复位控制YV2KA V1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

16、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VD100VD104VD108VD112VD116VD120VD

17、124VD204VD208VD212VD250VB300VB301VD310T33/T34压力实际值压力设定值T37T38工频泵增泵滤波时间控制工频泵增泵滤波时间控制工频 /变频转换时间控制故障结束脉冲信号PI计算值T39比例系数M0.0M0.1M0.2M0.3M0.4M0.5M0.6M2.0M2.1M2.2M3.0M3.1采样时间泵变频启动脉冲积分时间泵工频启动脉冲微分时间倒泵变频启动脉冲变频器运行频率下限值生活供水频率上限值消防供水频率上限值实际运行频率值变频工作泵的泵号工频运行泵的总台数倒泵时间存储器工频 /变频转换时间控制复位当前变频运行泵脉冲当前泵工频运行启动脉冲新泵变频启动脉冲泵工

18、频 /变频转换控制器泵工频 /变频转换控制器泵工频 /变频转换控制器水池水位下限故障控制器进水阀开启标志1主程序流程图主程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