hasuploaded-基于西门子plc的液位水槽控制装置

1、第1章 绪论第1.1节节 水槽装置置的概述液位控制常常采用PIID控制，该该控制方法法具有响应应迅速、稳稳态误差小小等优点。但当系统统内部参数数发生变化化或受到外外界干扰时时，参数整整定就比较较困难，给给学生实验验带来很大大的不便。为了满足足自动化、冶金、化化工等专业业的实验室室水槽液位位控制的要要求,我们对其其进行了深深入研究，设设计了水槽槽装置PLLC控制系系统，该系系统具有较较强的适应应内部参数数变化和克克服外界干干扰的能力力，具有一一定的应用用价值。第1.2节节 西门子PLLC简介1.2.11 可编程程控制器概概述可编程控制制器（Prrograammabble CContrrollee

2、r）简称称PC，个个人计算机机(Perrsonaal Coomputter)也也简称PCC，为了避避免混在一一起，人们们将最初用用于逻辑控控制的可编编程器叫做做PLC（PProgrrammaable Logiic Coontroollerr），通常常也称为可可编程控制制器。它是是以微处理理器为基础础，综合了了计算机技技术、自动动控制技术术而发展起起来的一种种通用的工工业自动控控制装置；具有体积积小、功能能强、程序序设计简单单、灵活通通用、维护护方便等优优点，本系系统采用在在工业领域域有着广泛泛应用的西西门子S77200系系列PLCC作为主控控制器，完完成一套过过程控制实实验系统，涵涵盖了可可编

3、程控制制器、信号和信信息处理、传感感技术、工程检检测、模式识别别、控控制理论、自动动化技术、智能能控制、过程控控制、自动化仪仪表、计算机应应用和控制制、计计算机控制制系统等等课程的教教学实验与与研究。国际电工委委员会（IIEC）曾曾于19882年111月颁发了了可编程控控制器标准准草案第一一搞，19985年11月发表了了第二稿，11987年年2月颁发发了第三稿稿。该草案案中对可编编程控制器器的定义是是：“可编程控控制器是一一种数字运运算操作的的电子系统统，专为工工业环境而而设计。它它采用了可可编程序的的存储器，用用来在其内内部存储器器执行逻辑辑运算、顺顺序控制、定时、计计数和算术术运算等操操作

4、的指令令，并通过过数字式和和模拟式的的输入和输输出，控制制各种类型型机械的生生产过程。而有关的的外围设备备，都应按按易于与工工业系统联联成一个整整体，易于于扩充其功功能的原则则设计。”1.2.22 PLCC的指导思思想PLC是采采用“顺序序扫描，不不断循环”的方式进进行工作的的。即在PPLC运行行时，CPPU根据用用户按控制制要求编制制好并存于于用户存储储器中的程程序，按指指令步序号号（或地址址号）作周周期性循环环扫描，如如无跳转指指令，则从从第一条指指令开始逐逐条顺序执执行用户程程序，直至至程序结束束。然后重重新返回第第一条指令令，开始下下一轮新的的扫描。在在每次扫描描过程中，还还要完成对对

5、输入信号号的采样和和对输出状状态的刷新新等工作。PLC扫描描一个周期期必经输入入采样、程程序执行和和输出刷新新三个阶段段。PLC在输输入采样阶阶段：首先先以扫描方方式按顺序序将所有暂暂存在输入入锁存器中中的输入端端子的通断断状态或输输入数据读读入，并将将其写入各各对应的输输入状态寄寄存器中，即即刷新输入入。随即关关闭输入端端口，进入入程序执行行阶段。PLC在程程序执行阶阶段：按用用户程序指指令存放的的先后顺序序扫描执行行每条指令令，经相应应的运算和和处理后，其其结果再写写入输出状状态寄存器器中，输出出状态寄存存器中所有有的内容随随着程序的的执行而改改变。输出刷新阶阶段：当所所有指令执执行完毕，

6、输输出状态寄寄存器的通通断状态在在输出刷新新阶段送至至输出锁存存器中，并并通过一定定的方式（继继电器、晶晶体管或晶晶闸管）输输出，驱动动相应输出出设备工作作。1.2.33 PLCC的历史和和发展过程程世界上公认认的第一台台PLC是19699年美国数数字设备公公司（DEEC)研制制的。限于于当时的元元件条件及及计算机发发展水平，早早期的PLLC主要由由分立元件件和中小规规模集成电电路组成，可可以完成简简单的逻辑辑控制及定定时、计数数功能。220世纪70年代初初出现了微微处理器。人们很快快将其引入入可编程控控制器，使使PLC增加加了运算、数据传送送及处理等等功能，成成为真正具具有计算机机特征的工工

7、业控制装装置。为了了方便熟悉悉继电器、接触器系系统的工程程技术人员员使用，可可编程控制制器采用和和继电器电电路图类似似的梯形图图作为主要要编程语言言，并将参参加运算及及处理的计计算机存储储单元都以以继电器命命名。因而而人们称可可编程控制制器为微机机技术和继继电器常规规控制概念念相结合的的产物。PLC的发发展与计算算机技术、半导体集集成技术、控制技术术、数字技技术、通讯讯网络技术术等高新技技术的发展展是分不开开的，他们们推动了PPLC的发发展，而PPLC的发发展又对这这些高新技技术提出了了更高更新新的要求。 PLC的发发展经历了了以下四个个阶段：（1）初始始阶段：第第一台PLLC的问世世到70年

8、代中中期。产品主要用用于逻辑运运算和计时时、计数运运算，CPPU由中小小规模的集集成电路组组成，控制制功能较简简单。因为为它能完成成逻辑运算算功能，又又被称为可可编程序逻逻辑控制器器（PLCC）。典型的产品品：MODDICONN公司的0884 AALLENN-BADDLEY公公司的PDDQII DDEC公司司的PDPP14 日日本日立公公司的SCCY022（2）扩展展阶段：770年代中中期到700年代末期期。产品主要在在控制功能能上得到较较大的发展展，来自两两个方面：从可编程程序控制器器发展的控控制器完完成的是逻逻辑运算及及扩展了其其它运算功功能，称之之为可编程程序控制器器（Proogramm

9、mablle coontrool）即PC（PLC）；从模拟仪仪表发展的的控制器完成的是是模拟运算算及扩展其其它逻辑运运算功能，称称之为单回回路或多回回路控制器器（数字调调节仪表）。典型的产品品：MODDICONN公司的1884，284和384 西门子公公司的SIIMATIIC S33系列 日本立石石公司（OOMRONN）的SYSSMACC系列等 日本三菱菱公司的FFX1系列列和FX22系列等（3）通讯讯阶段：770年代末末期到800年代中期期。与计算机通通讯的发展展相联系，初初步形成了了分布式的的通讯网络络体系，但但各制造厂厂各自为政政，通讯系系统自成体体系，产品品的功能得得到发展，可可靠性也

10、大大大提高。典型的产品品：西门子子公司的SSIMATTIC SS6系列 GGOULDD公司的M884，884等（4）开放放阶段：880年代中中期开始至至现在。开放系统的的提出，使使PLC得到到了较大的的发展，主主要表现在在通讯系统统的开放，通通讯协议的的标准化使使各厂家的的产品可以以通讯。这这期间产品品的规模增增大功能不不断的完善善，大中型型产品多数数有CRTT显示功能能，采用标标准软件，增增加高级编编程语言等等。典型的产品品： 西门子公公司的SIIMATIIC S55系列 ALLEENBRADDLEY公公司的PLLC5等第1.3节节 主要任务务为使工科学学生在校期期间就受到到良好的工工程实践

11、锻锻炼，建设设具有实际际工程环境境的实验室室和实训基基地一直是是自动化实实验室建设设的重要目目标。工业业自动化可可分为机械械自动化和和过程自动动化，过程程控制系统统是指对连连续性工业业生产过程程如化工石石油石化冶冶金电站轻轻工等工业业生产过程程中以流体体为主的有有关的物理理量（温度度、压力、流量及液液位等四个个参数）的的自动调节节控制。过过程控制实实验装置是是根据自动动化专业及及相关专业业教学特点点，基于过过程控制基基础上集PPLC技术术、网络技技术和计算算机监控为为一体的先先进的实验验装置。本本实验装置置建成后，可可以形成一一套独特的的真实工业业对象过程程控制系统统全仿真工工业现场的的实验装

12、置置。成果形形式提供水水槽装置可可编程控制制器控制系系统实验装装置。. 本设计主要要基本要求求包括：（1）正确确理解系统统应用的目目的和要求求、掌握工工程应用的的一般程序序。（2）熟悉悉某一种类类型PLCC的特点、使用及程程序编制。（3）具有有使用仪表表使用手册册、查阅相相应资料的的能力。（4）了解解计算机辅辅助设计软软件的基本本使用方法法。（5）具有有根据调研研、收集和和查阅到的的资料来分分析判断确确定论文/设计方案案的能力。（6）初步步具备运用用自动化装装置选型的的能力。（7）具有有归纳、整整理技术资资料，撰写写技术论文文的能力。（8）具有有阐述论证证论文/设计成果果的能力，并并通过答辩辩

13、。第2章 基基本知识介介绍第2.1节节液位水槽槽装置的基基本原理2.1.11 液位水水槽装置简简单介绍在本设计中中，用水槽槽1和水槽槽2构成液液位L1与与液位L22的串级控控制系统。水槽1的的液位L11为副变量量，水槽22的液位LL2为主变变量。其主主调节器22接受主参参数信号，它它的输出作作为副调节节器1的外外给定信号号。而副调调节器1则则是根据副副参数与主主调节器来来的给定信信号去调节节阀，达到到控制的目目的。串级级控制系统统是比较常常见的一种种复杂控制制系统。由由于它具有有主、副两两台调节器器，且有一一个副环，它它具有许多多简单控制制系统所不不具有的优优点，一般般来说，串串级控制系系统的

14、调节节质量要比比简单调节节系统的调调节质量高高。当控制制精度要求求较高，简简单调节系系统不能满满足要求时时，串级调调节系统往往往会取得得比较满意意的结果，调调节质量会会大大提高高。但是，如如何更好地地发挥串级级调节系统统的特点，以以提高质量量，这就与与副参数的的选择，或或者说与副副回路的构构成有着密密切的关系系。由于串级控控制系统具具有主、副副两台调节节器，因此此它的投运运和整定比比简单调节节系统要复复杂一些。 图2-11水槽液位位串级控制制系统工艺艺流程图2.1.22液位水槽槽装置各设设备的选型型 表2-1 液位水槽槽装置设备备选型名称型号规格精度数量制造厂家中央处理器器模块（CCPU）CP

15、U3112 IFFM内存RAMM扩展到664K1模拟量输入入模块（AAI）SM3311处理2点输输入信号。2模拟量输出出模块（AAO）SM3322处理1点输输出信号1电源模块PS-30075A，244V DCC1PC适配器器RS2332串行通通信接口6ES7 972-0CA223-0XXA01电容式差压压变送器1151DDP-5EE22M11B3D22量程：031.11kPa186.8kPaa工作电源：24V DC输出电流：420mAA DC二二线制0.52北京市新大大云传感技技术公司精制自吸泵泵25ZDBB-40-0.555电压：2220V功率率：0.555KW流量：2.83m3/h口径：2

16、5吸程：8.10 扬扬程：40045m 转速：28860r/min1台州喷龙机机电有限公公司单相自吸水水泵DBZ6550-4.6-500功率：6550W 转转速：2990转/分扬程：500m 温升升：75流量：4.6m3/h 吸程程：9m频率50HHZ1中外合资台台州谊聚机机电有限公公司电气转换器器QZD-11000AA输入信号：420mAA输出压力：0.022-0.11MPa气气源压力：0.144MPa2江苏常熟仪仪表厂气动薄膜调调节阀ZMBP-100KK公称直径：8公称压力力10MPPa阀开关型式式：气开式式 介质温度： 4025信号压力：20-1100KPP行程：1002空气过滤减减压器

17、QFH-6611输出：0.6kgff/cm流量：3MM/h 2上海自动化化仪表厂第2.2节节 PLCC的结构和和原理第2.2.1节PLC控制制组件S7-3000PLCC控制系统统：S7-300是是采用模块块化结构的的中小型PPLC，包包括一个CCPU3115-2DDP主机模模块、一个个SM3331模拟量量输入模块块和一个SSM3322模拟量输输出模块，以以及一块西西门子CPP56111专用网卡卡和一根MMPI网线线。其中SSM3311为8路模拟拟量输入模模块， SSM3322为4路模拟量量输出模块块。图1-8所示为为S7-3300PLLC、控制制系统结构构图。第2.2.2节PLC的功功能、特点

18、点PLC是面面向用户专专为在工作作环境下应应用而设计计的专用计计算机。它它具有以下下几个显著著特点。（1）可靠靠性高，抗抗干扰能力力强PLC是专专为工业控控制而设计计的，要能能适应这样样一个具有有很强的电电噪声、电电磁干扰、机械振动动、极端温温度和湿度度很大的工工业环境中中，那么，在在PLC硬硬件设计方方面，首先先应对器件件严格筛选选和优化，而而且在电路路结构及工工艺上采取取了一些独独特的方式式。例如，在在输入/输输出（I/O）电路路中采用了了光电隔离离措施，做做到电浮空空，既方便便接地，又又提高了抗抗干扰性能能；各个II/O端口口除采用了了常规模拟拟滤波以外外，还加上上数字滤波波；内容采采用

19、了电磁磁屏蔽措施施，防止辐辐射干扰；采用了较较先进的电电源电路，以以防止由电电源回路串串入的干扰扰信号；采采用了合理理的电路程程序，对模模块可进行行在线插拔拔，调试时时不会影响响各机的正正常运行，其其平均无故故障运行时时间大（335）*(10*10*110)h以以上。（2）编程程简单、直直观PLC是面面向现场，考考虑到大多多数电气技技术人员熟熟悉继电器器控制线路路的特点，在在PLC的的设计上，没没有采用微微机控制中中常用的汇汇编语言，而而是采用一一种面向控控制过程的的梯形图语语言。梯形形图语言与与继电器原原理图类似似，形象直直观，易学学易懂。电电气工程师师和具有一一定知识的的电工工艺艺人员都可

20、可以在很短短的时间内内学会。PPLC继承承了计算机机控制技术术和传统的的继电器控控制技术的的优点，使使用起来灵灵活方便。近年来又又发展了面面向对象的的顺控流程程图语言（SSequeentiaal Fuunctiion CChartt）,使编编程更简单单方便。（3）控制制功能强PLC除具具有基本的的逻辑控制制、定时、计数、算算术运算等等功能外，配配上特殊的的功能模块块还可实现现位控制、PID运运算、过程程控制、数数字控制等等功能。PLC可连连接成为功功能很强的的网络系统统，低速网网络的传输输距离达550022500mm，高速网网络的传输输距离为550011000mm,网上结结点可达11024个个

21、，并且高高速网络和和低速网络络可以级连连，兼容性性好。（4）易于于安装，便便于维护PLC安装装简单，其其相对小的的体积使之之能安装在在通常继电电器控制箱箱所需空间间是一半地地方。在从从继电器控控制系统改改造到PLLC系统的的情况下，PPLC小的的模块结构构使之能安安装在继电电器箱附近近并将连线线接向已有有接线端，而而且改换很很方便，只只要将PLLC的输入入/输出端端子连向已已有的接线线端子排即即可。在大型PLLC系统的的安装中，远远程输入/输出站安安置在最优优地点，远远程I/OO站通过同同轴电缆和和双扭线连连向CPUU，这种配配置大大减减少了物料料和劳力，远远程子系统统也意味着着系统不同同部分

22、可在在到达安装装现场地前前由PLCC工程商预预先连好线线，这一方方法大大减减少了电气气技术人员员的现场安安装时间。从一开始，PPLC便以以易维护作作为设计目目标。由于于几乎所有有的器件都都是模块化化的，维护护时只需更更换模块级级插入式部部件，故障障检测电路路将诊断指指示器嵌在在每一部件件中，能指指示器件是是否正常工工作，借助助于编程设设备可见输输入/输出出是ON还还是OFFF，还可写写编程指令令来报告故故障。总之，在工工业应用中中使用PLLC的优点点是显而易易见的。通通过PLPPC的使用用，使用户户获得高性性能、高可可靠性带来来的高质量量和低成本本。第2.2.3节PLC发展展趋势 PLC总的的

23、发展趋势势是向高集集成度、小小体积、大大容量、高高速度、易易使用、高高性能方向向发展。具具体表现以以下几个方方面。（1）产品品规模向大大、小两个个方向发展展大型PLCC采用微处处理器系统统，可同时时进行多任任务操作，处处理速度提提高，特别别是增强了了过程控制制和数据处处理功能。存储容量量也大大增增加。小型PLCC的整个结结构向小型型模块结构构发展，增增加了配置置的灵活性性，操作使使用十分简简便。PLLC功能不不断增加，将将原来大、中型PLLC才有的的功能移植植带小型PPLC上，但但价格却不不断下降，真真正成为继继电器控制制系统的替替代产品。（2）编程程工具丰富富多样，功功能不断提提高，编程程语

24、言趋向向标准化1985年年，世界上上张楚了第第一 台光光笔编程器器，近几年年来，不少少厂家先后后开发了各各种特色的的智能编程程器，可进进行在线编编程。从语言上看看，PLCC已不再是是单纯用梯梯形图语言言，还可采采用功能块块、语句表表等常用的的编程语言言编程，且且简单易懂懂。（3）发展展多样化 PPLC发展展的多样化化主要体现现在三个方方面：产品品类型、编编程语言和和应用领域域。（4）模块块化PLC的扩扩展模块发发展迅速，明明确化、专专用化的复复杂功能由由专门模块块来完成，主主机仅仅通通过设备向向各块发布布命令和测测试状态，这这使得PLLC的系统统功能进一一步增强，控控制系统设设计进一步步简化。

25、 （5）网络络与通讯能能力增强计算机与PPLC之间间以及各个个PLC之之间的联网网和通讯的的能力不断断增强。使使工业网络络可以有效效地节省资资源，降低低成本，提提高系统的的可靠性，致致使网络的的应用有普普遍化的趋趋势。目前前，工业中中普遍采用用金子塔结结构的多级级工业网络络。（6）工业业软件发展展迅速与PLC硬硬件技术的的发展相适适应，工业业软件的发发展非常迅迅速，它使使系统应用用更加简单单易行，大大大方便了了PLC系系统的开发发人员和操操作使用人人员。第2.3节节设计中装装置的相关关介绍第2.3.1节电容容式差压变变送器的介介绍电容式差压压变送器的的检测元件件采用电容容式压力传传感器，组组成

26、分测量量和放大两两大部分。输入差压压作用于测测量部分电电容式压力力传感器的的中心感压压膜片，从从而使感压压膜片（即即可动电极极）与两固固定电极所所组成的减减去电容之之电容量发发生变化，此此电容变化化量由电容容/电流转转换电路转转换成电流流信号Idd，Id和和调零与零零迁电路产产生的调零零信号IZZ的代数和和同反馈电电路产生的的反馈信号号If进行行比较，其其差值送入入放大器，经经放大得到到整机的输输出信号IIO。整机的精度度高、稳定定性好、可可靠性高、抗振性强强，其基本本误差一般般为0.22%或0.225%。结构组件化化、插件化化、固体化化，按功能能制造统一一尺寸的线线路板，零零部件和印印刷线路

27、以以插件方式式连接，因因此通用性性强，互换换性好、便便于维修。采用两线制制方式，输输出电流为为4-200mA DDC国际标标准统一信信号，可和和其他接受受4-200mA DDC信号的的仪表配套套使用，构构成各种控控制系统。变送器设计计小型化，品品种多、型型号全，可可以在任意意角度下安安装而不影影响其精度度，量程和和零点外部部可调、安安全防爆、全天候使使用。即安安装、调校校和使用非非常方便。变送器由测测量部件、转换电路路、放大电电路三部分分组成。其其构成方框框图如图22.2所示示。 图2-2电容容式差压变变送器构成成方框图输入差压Pi作用于于测量部件件的中心感感压膜片，使使其产生位位移S，从而使

28、使感压膜片片（即可动动电极）与与两弧形电电极（即固固定电极）组组成的差动动电容器的的电容量发发生变化。次电容变变化量由电电容-电流转换换成直流电电流信号，该该电流信号号与调零信信号的代数数和同反馈馈信号进行行比较，其其差值送入入放大电路路，经放大大后得到变变送器整机机的输出电电流信号II。第2.3.2节差压压式流量计计的介绍 差压压式流量计计(以下简简称DPFF或流量计计)是根据据安装于管管道中流量量检测件产产生的差压压、已知的的流体条件件和检测件件与管道的的几何尺寸寸来测量流流量的仪表表。DPFF由一次装装置(检测测件)和二二次装置(差压转换换和流量显显示仪表)组成。通通常以检测测件的型式式

29、对DPFF分类，如如孔扳流量量计、文丘丘里管流量量计及均速速管流量计计等。二次次装置为各各种机械、电子、机机电一体式式差压计，差差压变送器器和流量显显示及计算算仪表，它它已发展为为三化(系系列化、通通用化及标标准化)程程度很高的的种类规格格庞杂的一一大类仪表表。差压计计既可用于于测量流量量参数，也也可测量其其他参数(如压力、物位、密密度等)。如图2-33所示，差差压式流量量计主要由由三部分组组成。第一一部分为节节流装置，它它将被测流流量值转换换成差压值值；第二部部分为信号号的传输管管线；第三三部分为差差压变送器器，用来检检测差压并并转换成标标准电流信信号。图2-3差差压式流量量计第2.3.3节

30、气动动薄膜调节节阀的介绍绍气动薄膜调调节阀主要要由气室、薄膜、推推力盘、推推杆等组成成，气动薄薄膜调节阀阀的调节功功能是通过过定位器给给出不同的的压力信号号，然后通通过向气室室内注入不不同压力的的气源，使使薄膜产生生推力，作作用推力盘盘向下移动动，压缩弹弹簧，带动动推杆、阀阀杆、阀芯芯等动作来来实现。当当信号压力力维持在一一定值，阀阀门就维持持在一定开开度上。气动薄膜执执行机构是是最常用的的 HYPERLINK /valves/list_3_1.html 调节阀执行行机构。气气动薄膜调调节阀结构构简单，动动作可靠，维维护方便，成成本低廉，得得到广泛应应用。它分分为正作用用和反作用用两种执行行方

31、式。正正作用执行行机构在输输入信号增增加时，推推杆的位移移向外；反反作用执行行机构在输输入信号增增加时，推推杆的位移移向内。如如图(a)中，当输输入信号增增加时，在在薄膜膜片片上产生一一个推力，克克服弹簧的的作用力后后，推杆位位移，位移移方向向外外。因此，称称为正作用用执行机构构。反之，如如图(b)中，输入入信号连接接口在下膜膜盖上，信信号增加时时，推杆位位移向内，缩缩到膜盒里里，称为反反作用执行行机构。 图2-4气气动薄膜调调节阀(aa)、（b）气动薄膜调调节阀的特特点正、反作作用执行机机构的结构构基本相同同，由上膜膜盖、下膜膜盖、薄膜膜膜片、推推杆、弹簧簧、调节件件、支架和和行程显板板等组

32、成。正、反作作用执行机机构结构的的主要区别别是反作用用执行机构构的输入信信号在膜盒盒下部，引引出的推杆杆也在下部部，由于薄薄膜片的良良好密封，因因此，在阀阀杆引出处处不需要进进行密封。可通过调调节件的调调整，改变变弹簧初始始力，从而而改变执行行机构的推推力。气动薄膜膜调节阀的的执行机构构的输入输输出特性呈呈现线性关关系，既输输出位移量量与输入信信号压力之之间成线性性关系。输输出的位移移称行程，由由行程显示示板显示。一些反作作用执行机机构还在膜膜盒上部安安装阀位显显示器，用用于显示阀阀位。国产产气动薄膜膜调节阀执执行机构的的行程有110mm、16mmm、25mmm、40mmm、60mmm和100

33、mmm等六种种规格。执行机构构的膜片有有效面积与与推力成正正比，有效效面积越大大，执行机机构的推力力也越大。气动薄膜膜调节阀可可添加位移移转换装置置，使直线线位移转换换为角位移移，用于旋旋转阀体。可添加 HYPERLINK /valves/ccc_qidongfamen.html 阀门门定位器，实实现阀位检检测和反馈馈，提高控控制性能。气动薄膜膜调节阀可可添加手轮轮机构，在在自动控制制失效时采采用手轮进进行降级操操作，提高高系统可靠靠性。气动薄膜膜调节阀可可添加自锁锁装置，实实现控制阀阀的自锁和和保位。精小小型气动薄薄膜调节阀阀的执行机机构在机构构上作了重重要改进，它它采用多个个弹簧代替替原来

34、的一一个弹簧，降降低了执行行机构的高高度和重量量，具有结结构紧凑、节能、输输出推力大大等优点。与传统气气动薄膜调调节阀相比比，高低和和重量约可可降低300%。侧装装式气动薄薄膜调节阀阀的执行机机构也称增增力式执行行机构，它它采用增力力装置将气气动薄膜执执行机构的的水平推力力经杠杆的的放大，转转换为垂直直方向的推推力。由于于在增力装装置上可方方便地更换换机件的连连接关系来来更换正反反作用方式式，改变放放大倍数，受受到用户青青睐。滚动膜膜片执行机机构采用滚滚动膜片，在在相同有效效面积下的的位移量较较大，与活活塞执行机机构比，有有摩擦力较较小、密封封性能好等等特点。它它通常与偏偏心旋转阀阀配套使用用

35、。 已知知执行机构构有正作用用和反作用用两种作用用方式，而而阀有正装装和反装两两种结构方方式，所以以调节阀可可组合成四四种开闭方方式。第3章水槽槽液位串级级控制系统统方案的选选择和分析析第3.1节节控制方案案的选择及及分析第3.1.1节串级级控制系统统的介绍1、串级控控制系统的的概述串级控制系系统有主、副两个控控制回路，主主、副调节节器相串联联工作，其其中主调节节器有自己己独立的给给定值R，它的输输出m1作为副副调节器的的给定值，副副调节器的的输出m22控制执行行器，以改改变主参数数C1。2、串级控控制系统的的特点串级控制系系统及其副副回路对系系统控制质质量的影响响已在有关关课程中介介绍，在此

36、此将有关结结论再简单单归纳一下下。（1）改善善了过程的的动态特性性；（2）能及及时克服进进入副回路路的各种二二次扰动，提提高了系统统抗扰动能能力；（3）提高高了系统的的鲁棒性；（4）具有有一定的自自适应能力力。3、主、副副调节器控控制规律的的选择在串级控制制系统中，主主、副调节节器所起的的作用是不不同的。主主调节器起起定值控制制作用，它它的控制任任务是使主主参数等于于给定值（无无余差），故故一般宜采采用PI或PID调节节器。由于于副回路是是一个随动动系统，它它的输出要要求能快速速、准确地地复现主调调节器输出出信号的变变化规律，对对副参数的的动态性能能和余差无无特殊的要要求，因而而副调节器器可采

37、用PP或PI调节器器。4、主、副副调节器正正、反作用用方式的选选择正如单回路路控制系统统设计中所所述，要使使一个过程程控制系统统能正常工工作，系统统必须采用用负反馈。对于串级级控制系统统来说，主主、副调节节器的正、反作用方方式的选择择原则是使使整个系统统构成负反反馈系统，即即其主通道道各环节放放大系数极极性乘积必必须为正值值。各环节的放放大系数极极性是这样样规定的：当测量值值增加，调调节器的输输出也增加加，则调节节器的放大大系数Kcc为负（即即正作用调调节器），反反之，Kcc为正（即即反作用调调节器）；本装置所所用电动调调节阀的放放大系数KKv恒为正正；当过程程的输入增增大时，即即调节器开开大

38、，其输输出也增大大，则过程程的放大系系数K0为正，反反之K0为负。5、串级控控制系统的的整定方法法在工程实践践中，串级级控制系统统常用的整整定方法有有以下三种种： （一） 逐逐步逼近法法所谓逐步逼逼近法，就就是在主回回路断开的的情况下，按按照单回路路的整定方方法求取副副调节器的的整定参数数，然后将将副调节器器的参数设设置在所求求的数值上上，使主回回路闭合，按按单回路整整定方法求求取主调节节器的整定定参数。而而后，将主主调节器参参数设在所所求得的数数值上，再再进行整定定，求取第第二次副调调节器的整整定参数值值，然后再再整定主调调节器。依依此类推，逐逐步逼近，直直至满足质质量指标要要求为止。（二）

39、 两两步整定法法两步整定法法就是第一一步整定副副调节器参参数，第二二步整定主主调节器参参数。整定的具体体步骤为：（1）在工工况稳定，主主回路闭合合，主、副副调节器都都在纯比例例作用条件件下，主调调节器的比比例度置于于100%，然后用用单回路控控制系统的的衰减（如如4：1）曲线法法来整定副副回路。记记下相应的的比例度2S和振振荡周期TT2S。（2）将副副调节器的的比例度置置于所求得得的2SS值上，且且把副回路路作为主回回路中的一一个环节，用用同样方法法整定主回回路，求取取主回路的的比例度1S和振振荡周期TT1S。（3）根据据求取的1S、T1S和2S、T2S值，按按单回路系系统衰减曲曲线法整定定公

40、式计算算主、副调调节器的比比例度、积分时时间TI和微分分时间Tdd的数值。（4）按“先副后主主”，“先先比例后积积分最后微微分”的整整定程序，设设置主、副副调节器的的参数，再再观察过渡渡过程曲线线，必要时时进行适当当调整，直直到过程的的动态品质质达到满意意为止。（三） 一一步整定法法由于两步整整定法要寻寻求两个44：1的衰减过过程，这是是一件很花花时间的事事。因而对对两步整定定法做了简简化，提出出了一步整整定法。所所谓一步整整定法，就就是根据经经验先确定定副调节器器的参数，然然后将副回回路作为主主回路的一一个环节，按按单回路反反馈控制系系统的整定定方法整定定主调节器器的参数。 具体的整整定步骤

41、为为：（1）在工工况稳定，系系统为纯比比例作用的的情况下，根根据K022/20.5这一一关系式，通通过副过程程放大系数数K02，求求取副调节节器的比例例放大系数数2或按经经验选取，并并将其设置置在副调节节器上。（2）按照照单回路控控制系统的的任一种参参数整定方方法来整定定主调节器器的参数。（3）改变变给定值，观观察被控制制量的响应应曲线。根根据主调节节器放大系系数K1 和副调节节器放大系系数K2的匹配配原理，适适当调整调调节器的参参数，使主主参数品质质指标最佳佳。（4）如果果出现较大大的振荡现现象，只要要加大主调调节器的比比例度或增大积积分时间常常数TI，即可可得到改善善。（四）主、副控制器器

42、正反作用用的选择。主、副控制制器正、反反作用的选选择顺序应应是先副后后主。 副副控制器的的正、反作作用要根据据副回路的的具体情况况决定，而而与主回路路无关。副副环可以按按照单回路路控制系统统确定正、反作用的的方法来确确定副控制制器的正、反作用。本设计中中副控制器器采用的是是反作用型型式。 主主控制器的的正、反作作用根据主主主回路所所包括的各各环节来确确定。副回回路的放大大倍数可视视为“正”，因变送送器一般为为“正”，这这样主控制制器的正负负特性与主主对象的正正负特性一一样。本设设计中主控控制器采用用的也是反反作用型式式。第3.1.2节水箱箱液位的串串级控制系系统 水箱箱液位的串串级控制系系统，

43、它是是由主控、副控两个个回路组成成。主控回回路中的调调节器称主主调节器，控控制对象为为下水箱，下下水箱的液液位为系统统的主控制制量。副控控回路中的的调节器称称副调节器器，控制对对象为中水水箱，又称称副对象，中中水箱的液液位为系统统的副控制制量。主调调节器的输输出作为副副调节器的的给定，因因而副控回回路是一个个随动控制制系统。副副调节器的的的输出直直接驱动电电动调节阀阀，从而达达到控制下下水箱液位位的目的。为了实现现系统在阶阶跃给定和和阶跃扰动动作用下的的无静差控控制，系统统的主调节节器应为PPI或PID控制制。由于副副控回路的的输出要求求能快速、准确地复复现主调节节器输出信信号的变化化规律，对

44、对副参数的的动态性能能和余差无无特殊的要要求，因而而副调节器器可采用PP调节器。本实验选择择中水箱和和下水箱串串联作为被被控对象（也也可选择上上水箱和中中水箱）。实验之前前先将储水水箱中贮足足水量，然然后将阀门门F1-11、F1-22、F1-77全开，将将中水箱出出水阀门FF1-100、下水箱箱出水阀门门F1-111开至适适当开度（要要求阀F11-10稍稍大于阀FF1-111），其余余阀门均关关闭。具体实验内内容与步骤骤（一）、智智能仪表控控制1按照接接线图连接接实验系统统。将“LLT2中水水箱液位”钮子开关关拨到“OOFF”的的位置，将将“LT33下水箱液液位”钮子子开关拨到到“ON”的位位

45、置。2接通总总电源空气气开关和钥钥匙开关，打打开24VV开关电源源，给压力力变送器上上电，按下下启动按钮钮，合上单单相、单单相空气气开关，给给智能仪表表1及电动调调节阀上电电。3打开上上位机MCCGS组态态环境，打打开“智能能仪表控制制系统”工工程，然后后进实验十十的监控界界面。4在上位位机监控界界面中点击击“启动仪仪表1”、“启启动仪表22”。将主主控仪表设设置为“手手动”，并并将输出值值设置为一一个合适的的值，此操操作可通过过调节仪表表实现。5合上三三相电源空空气开关，磁磁力驱动泵泵上电打水水，适当增增加/减少主调调节器的输输出量，使使下水箱的的液位平衡衡于设定值值，且中水水箱液位也也稳定

46、于某某一值（此此值一般为为35cm，以以免超调过过大，水箱箱断流或溢溢流）。6按本章章第一节中中任一种整整定方法整整定调节器器参数，并并按整定得得到的参数数进行调节节器设定。7待液位位稳定于给给定值时，将将调节器切切换到“自自动”状态态，待液位位平衡后，通通过以下几几种方式加加干扰：（1） 突突增（或突突减）仪表表设定值的的大小，使使其有一个个正（或负负）阶跃增增量的变化化；（2）打开开阀门F22-1、F2-44（或F2-5），用用变频器支支路以较小小频率给中中水箱(或下水箱箱)打水。（干干扰作用在在主对象或或副对象）（3）将阀阀F1-55、F1-113开至适适当开度（改改变负载）；（4）将电

47、电动调节阀阀的旁路阀阀F1-33或F1-44（同电磁磁阀）开至至适当开度度；以上几种干干扰均要求求扰动量为为控制量的的515，干干扰过大可可能造成水水箱中水溢溢出或系统统不稳定。加入干扰扰后，水箱箱的液位便便离开原平平衡状态，经经过一段调调节时间后后，水箱液液位稳定至至新的设定定值（后面面三种干扰扰方法仍稳稳定在原设设定值），记记录此时的的智能仪表表的设定值值、输出值值和仪表参参数，下水水箱液位的的响应过程程曲线将如如图5-44所示。8适量改改变主、副副控调节仪仪的PIDD参数，重重复步骤77，用计算算机记录不不同参数时时系统的响响应曲线。图3-1水水槽液位串串级控制系系统工艺流流程 图3-2

48、2水槽液位位串级控制制系统方块块图第3.1.3节液位水槽槽串级控制制系统工作作过程干扰F作作用于副环环（副控制制器起“粗粗调”，主主控制器起起“细调”）液位L1L1TTL11C(反反作用)LV (气开阀) L11T 干扰F作作用于主环环（液位随随控制的要要求随时改改变）干扰使得 L2L2TL2C(反作用用)L11CLLV(气开开阀) L2L2T 由于有主副副两个控制制器相串联联，系统总总的放大倍倍数将增大大，工作频频率提高克克服干扰的的大大增大大。干扰F同同时同时主主环和副环环作用方向向相同干扰F同时时使L2TTL22C(反反作用)L1C(反作用用) L1TL1CC(反作作用) LVV 液位L

49、2,L1作用方向向相反干扰F作用用使L2TTL22C(反反作用)L1C(反作用用) L11TLL1C(反作用) LVV变化很小小 液位位L2,LL1变化不不大第4章西门门子相关内内容第4.1节节西门子SS7系列PLCC编程软件件西门子Siimatiic Sttep7简简介串级系统的的实现完全全在软件中中，以程序序的形式完完成。随着着电子技术术的不断发发展，PLLC在仪表表控制方面面的功能已已经不断强强化。用于于回路调节节和组态画画面的功能能不断完善善，而且PPLC的抗抗干扰的能能力也非常常强，对电电源的质量量要求比较较低。所以以基于PLLC在工业业控制系统统中的良好好应用，我我们将西门门子的S

50、77-3000PLC用用于了水槽槽装置液位位控制系统统。S7-300系系列PLCC产品的程程序设计开开发环境采采用SIEEMENSS公司提供供的STEEP7来实实现。STEP77是专门用用于SIMMAITIIC S77-3000/4000站创建可可编程逻辑辑控制器程程序的标准准应用软件件包。在SSTEP 7程序中中，可使用用标准语言言梯形逻辑辑（LADD）、功能能块图（FFBD）或或语句表（SSTL）生生成STEEP 7程程序。使用用STEPP 7软件件，可以在在一个项目目下生成你你的STEEP 7程程序。STTEP 77可编程控控制器包括括一个供电电单元，一一个CPUU，以及输输入和输出出模

51、板（II/O模板板）。可编编程逻辑控控制器（PPLC）用用STEPP 7程序序监视和控控制你的机机器。在中中通过地址址寻址I/O模板。SIMAATIC S7-3300站工工作原理如如图4-11所示。 图44-1 SSIMAIIC S77-3000站工作原原理本装置中PPLC控制制方案采用用了德国西西门子公司司的S7-200和和S7-3300PLLC，其中中西门子SS7-2000PLCC采用的是是Stepp 7-MMicrooWIN 32编程程软件，而而西门子SS7-3000PLCC采用的是是Stepp 7编程程软件。利利用这两个个软件可以以对相应的的PLC进行行编程、调调试、下装装、诊断。 图

52、图4-2 S7-2200:CCPU设计计表 4-11 S7-200:技术参数数 图4-3 S77-3000:CPUU设计表4-2 S7-3300:技技术参数S7-3000系列PLCC 硬件组组态实例一、S7-300系系列PLCC单机架硬硬件组态单机架硬件件组态最多多配置8个扩展模模块。表4-3所所必需的硬硬件材料名称数量配置型号例例电源模块PPS1例如PS 307，6ES77 3077-1EAA00-00AA0CPU模块块1例如CPUU 3133C 例如如6ES77 3133-5BEE00-00AB0SIMATTIC 微微型存储卡卡MMC1例如6ESS7 9553-8LLL00-0AA00扩展

53、模块根据需要配配置根据需要配配置前连接器根据模块数数量，分为为20针、40针通过螺钉连连接的400 针 6ESS7 3992-1AAM00-0AA00固定导轨1例如6ESS7 3990-1AAE80-0AA00编程软件1STEP 7 软件件（版本 5.1 + SP 22）编程接口1 PG 电缆 带适当当接口卡的的PC（CP56611卡）图4-4 STEPP 7软件件中硬件配配置图4-5操操作表注意：1、插槽11为电源模模块配置，电电源模块如如果不选用用西门子专专用电源模模块，插槽槽1配置为空空。2、插槽22为CPU模块块配置。3、插槽33为多机架架扩展接口口模块配置置，在单机机架配置时时为空2

54、、扩展模模块必须从从插槽4开始配置置。二、S7-300系系列PLCC多机架硬硬件组态最多配置44个机架。每个机架架最多可以以插入8个模块。在4个机架上上最多可安安装32个模块块。IM 3665：用于于一个中央央机架和一一个扩展机机架的配置置中，用于于1对1配置IM 3660/IMM 3611：用于一一个中央机机架和最多多3个扩展机机架的配置置中1、通过IIM3655扩展只能用于一一个中央机机架和一个个扩展机架架的配置中中，用于11对1配置IM3655型号：6EES7 3365-00BA011-0AAA0，用于于使用1个扩展单单元扩展SS7-3000；2个带有连连接电缆的的模块(11m)图4-6

55、 STEPP 7软件件中硬件配配置图4-7操操作表注意：1、插槽11为电源模模块配置，电电源模块如如果不选用用西门子专专用电源模模块，插槽槽1配置为空空。2、插槽22为CPU模块块配置。3、插槽33为多机架架扩展接口口模块配置置4、扩展模模块必须从从插槽4开始配置置。2、通过IIM3600/3611扩展 IM 3360/IIM 3661：用于于一个中央央机架和最最多3个扩展机机架的配置置中。表4-4所所必需的硬硬件材料种类型号作用IM3600模块6ES7 360-3AA001-0AAA0用于使用33个扩展单单元扩展SS7-3000，可插插入中央控控制器IM3611模块6ES7 361-3CA0

56、01-0AAA0用于使用33个扩展单单元扩展SS7-3000，可插插入扩展单单元1m连接电电缆6ES7 368-3BB001-0AAA0IM3600和IM3661之间或或IM3661和IM3661之间，最最长距离110m。2.5m连连接电缆6ES7 368-3BC551-0AAA05m连接电电缆6ES7 368-3BF001-0AAA010m连接接电缆6ES7 368-3CB001-0AAA0图4-8 STEPP 7软件件中硬件配配置注意：1、插槽11为电源模模块配置，电电源模块如如果不选用用西门子专专用电源模模块，插槽槽1配置为空空。2、插槽22为CPU模块块配置。3、插槽33为多机架架扩展

57、接口口模块配置置4、扩展模模块必须从从插槽4开始配置置。 第 4.22节 用西门子子Win CC进行行组态和监监控4.2.11西门子Wiin CCC简介工控组态软软件Winncc(WWindoows CContrrol CCenteer)是一一个集成的的HMI人人机界面(Humaan Maachinne Inteerfacce)和监监控管理系系统，它是是Siemmens公公司在过程程自动化领领域中的先先进技术和和微软公司司强大软件件功能相结结合的产物物，是世界界上第一个个集成的人人机截面（HHMI）软软件系统。它真实的的将工厂控控制软件集集成到自动动化过程中中。WinnCC是用用于Miccro

58、sooft WWindoows NNT和Wiindowws20000的一种种高效HMMI系统。自动化过过程（ASS）保持对对过程的时时间控制。一方面要要实现WiinCC和和操作员之之间的通讯讯，另一方方面，也要要实现WiinCC和和自动化系系统之间的的通讯。WWinCCC用于实现现过程的可可视化，并并为操作员员开发图形形用户界面面。WinnCC组态态软件对操操作面板进进行组态。组态的主主体为画面面。画面由由动态组件件组成，包包括图形列列表、文本本列表、输输出域等。在使用WWinCCC进行工作作时，可对对STEPP 7中所所定义的符符号表直接接进行访问问。在用户户S7自动动化系统中中可用的所所有

59、变量的的列表将显显示在WiinCC变变量选择对对话框中。用户既可可从该列表表选择所需需的变量，也也可在WiinCC中中重新创建建变量。4.2.22 在Win CC中创创建一个项项目启动Wiin CCCWinCCC，请单击击Winddows NT任务务栏中的“开始”。通过“SSIMATTIC”启启动WinnCC“WinCCC”“Winddows控控制中心”。创建一个个新的项目目当您第一次次打开WiinCC，将将打开一个个对话框，此此对话框为为创建项目目提供三个个选项：创创建“单用用户项目”（缺省）；创建“多多用户项目目”；创建建“多客户户机项目”。选择“单用户项项目”并单单击“确认认”按钮进进行

60、确认。输入“yyww”作作为项目名名称，并选选择一太哦哦项目路径径。之后WWinCCC资源管理理器被打开开。WinnCC资源源管理器如如图4-111所示。 图4-9显示示WinCCC资源管管理器在左边子窗窗口中，显显示体系的的根，它将将引导您到到单个项目目步骤。在WinCCC资源管管理器左边边的子窗口口中，单击击“计算机机”图标。在右边的的子窗口中中，即可看看到一个带带有计算机机名称（NNetBIIOS名称称）的服务务器。使用用鼠标右键键，单击此此计算机并并且在弹出出式菜单中中选择“属属性”。随随后出现的的对话框中中，可以设设置WinnCC运行行系统的属属性，例如如：该启动动哪些程序序，使用何