变频器测管道压力控制系统设计

教学目的1

二、设计任务及要求------------------------------------------1

三、自动化装置设计任务及控制要求----------------------------1

四、PLC选型及工作原理--------------------------------------2

五、软件设计要求--------------------------------------------5

六、态王软件监控界面设计-----------------------------------12

七、实验操作步骤-------------------------------------------14

八、设计收获、体会和建议-----------------------------------16

九、参考文献-----------------------------------------------16

一、教学目的

1、深入学习压力变送器测量方法和电动调节阀操作。

2、了解所谓耦合系统多变量系统的概念。

3、提出解决耦合控制系统的方案

二、设计任务及要求

1、实验目的

该综合设计是针对自动化专业方向的学生进行的设计，是利用所学过的《自动控制原理》、

《检测技术及仪表》、《电机及拖动基础》、《电气控制及PLC》、《工业控制网络》等课程基本知

识进行设计。通过自动化综合实验，加强实际工程观念、综合运用专业知识，掌握自动化控制

系统的原理、构成、程序设计、系统调试运行等方法，全面了解自动化控制的工作程序、工作

内容，自动化设计的整体了解，通过自动化综合实验使学生能将各课程所学知识进行有机结合

并综合应用，掌握自动化综合实验基本程序和方法。通过组态王界面实现实现单回路水压的控

制。

2、实验方案

被调量为调节阀开度，控制目标是管道压力，通过测量管道压力，控制器与给定值进行比

较，然后输出控制值到调节阀。

首先进行比例控制，看控制效果，进行比较。

然后进行积分控制，看控制效果，进行比较。

最后在比例控制中加入积分控制，看控制效果，进行比较。

3、实验设备

A3000实验装置一台，计算机一台

三、自动化装置设计任务及控制要求

1.控制要求

1）熟悉操作调节阀，对压力进行测量。

2）学会操作变频器

3）测量数据，并记录分析数据。

4）分析关联数据。

2、自动化装置设计

1）液位压力传感器

液位压力传感器是两线制接法，输出信号为4〜20mA电流信号。如图2-2-2所示:

图2-2-2压力传感器接线原理图

------------o24VDC端口ab之间接负载（250〜500Q）。检验

传感器变送电路压力传感器信号时，在ab之间串一个标准电

-=----------oa

阻，然后测其上的压降，可以算出ab间的电流。

1b无水时应显示3.85〜4.00mA,吹入空气，电流

值增大。

液位传感器实际是一个压力传感器。当水箱中没有水时，ab间的电流应当为4.00mA（标

准状态），但由于安装位置原因，ab间的电流约为3.8〜4.0mA（百特仪表量程范围设为4~

20mA）。如果误差比较大，则可以在控制系统中进行校正。例如如果测量值低于4毫安，则直

接显示Oo然后测量值上加上一定高度，从而获得比较准确的液位高度。一般过程控制不要求

这个绝对高度。

注意：加电几分钟后才能获得准确数值。

液位的控制范围在0%-85%之间，而电流范围在4-17.51T1A之间。压力的控制范围在

35%-70%之间，而电流范围10-15.5mA之间。

测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端口使用ADAM端口

电磁流量计LT103AI0AI0

变频器控制TR101AOOAOO

调节阀控制FV101AO1AO1

捽制系统接线表

四、PLC选型及工作原理

1、硬件介绍

PLC采用循环执行用户程序的方式,OB1是用于循环处理的组织块（主程序），它可以调

用别的逻辑块，或被中断程序（组织块）中断。在起动完成后，不断地循环调用OB1,在OB1

中可以调用其它逻辑块（FB,SFB,FC或SFC）。循环程序处理过程可以被某些事件中断。在循环

程序处理过程中,CPU并不直接访问I/O模块中的输入地址区和输出地址区，而是访问CPU内

部的输入/输出过程映像区。批量输入、批量输出。

1）S7系列：传统意义的PLC产品，S7-200是针对低性能要求的小型PLCoS7-300是

模块式中小型PLC,最多可以扩展32个模块。S7-400是大型PLC,可以扩展300多个模块。

S7-300/400可以组成MPI、PROFIBUS和工业以太网等。

2）M7-300/400：采用与S7-300/400相同的结构，它可以作为CPU或功能模块使用。具有

AT兼容计算机的功能，可以用C,C++或CFC等语言来编程。

3）C7由S7-300PLC,HMI（人机接口）操作面板、I/O、通信和过程监控系统组成。

4）WinAC基于Windows和标准的接口（ActiveX,OPC）,提供软件PLC或插槽PLC。

S7-300系列PLC简介

S7-300的CPU模块（简称为CPLB都有一个编程用的RS-485接口，有的有PROFIBUS-DP

接口或PtP串行通信接口，可以建立一个MPI（多点接口）网络或DP网络。

只需要扩展一个机架，可以使用价格便宜的IM365接口模块对。数字量模块从0号机架

的4号槽开始，每个槽位分配4个字节的地址，32个I/O点。模拟量模块一个通道占一个字

地址。从IB256开始，给每一个模拟量模块分配8个字。

2、模块诊断功能

可以诊断出以下故障：失压，熔断器熔断，看门狗故障，EPROM、RAM故障。模拟量模

块共模故障、组态/参数错误、断线、上下溢出。

3、过程中断

数字量输入信号上升沿、下降沿中断，模拟量输入超限，CPU暂停当前程序，处理OB40。

1）状态与故障显示LED

SF（系统出错/故障显示，红色）：CPU硬件故障或软件错误时亮。

BATF（电池故障，红色）：电池电压低或没有电池时亮。

DC5V（+5V电源指示，绿色）：5V电源正常时亮。

FRCE（强制，黄色）：至少有-一个I/O被强制时亮。

RUN（运行方式，绿色）：CPU处于RUN状态时亮；重新启动时以2Hz的频率闪亮；

HOLD（单步、断点）状态时以0.5Hz的频率闪亮。

STOP（停止方式，黄色）：CPU处于STOP,HOLD状态或重新启动时常亮。BUSF（总

线错误，红色）。

(l)RUN-P(运行-编程)位置：运行时还可以读出和修改用户程序，改变运行方式。

(2)RUN(运行)位置：CPU执行、读出用户程序，但是不能修改用户程序。

(3)STOP(停止)位置：不执行用户程序，可以读出和修改用户程序。

(4)MRES(清除存储器)：不能保持。将钥匙开关从STOP状态搬到MRES位置，可复

位存储器，使CPU回到初始状态。复位存储器操作：通电后从STOP位置扳到MRES位置，

“STOPPED熄灭Is,亮Is,再熄灭Is后保持亮。放开开关，使它回到STOP位置，然后又

回到MRES,“STOP”LED以2Hz的频率至少闪动3s,表示正在执行复位，最后“STOP”

LED一直亮。

某些CPU模块上有集成I/O。PLC使用的物理存储器：RAM,ROM,快闪存储器(Flash

EPROM)和EEPROM。

2)S7-300的输入/输出模块

背

板

总

线

接

口

图2-7数字里输入模块图2-8数字量输入模块

两线式接近开关的漏电流小于输入模块允许的静态电流，汇点输入的电流流进输入模块,

反之为源输入电路。

强

总

线

接0

口

负或

图2-9数字量输出模块图2T0数字地输出模块

背

板

总

线

接

口DC24V

图2-11数字最输出模块

SM323是S7-300的数字量输入输出模块，8DI/8DO,16DI/16DO。

图2-12模拟量输入模块

五、软件设计要求

1、模拟量通道参数配置

如图所示:

左键双击此模拟量模块，进入通道参数设置，界而如图所示:

设置模拟量输入输出通道起始地址为128；

点击“ParameterAssignment”设置模拟量各输入输出通道信号模式为：电流

4~20mA(S7-Format),如图所示：

Properties-DPslave2<J

Address/IDParom«t«rAssicni»«nt

ParamotefsJValue

日^-51Stationparameters

Device-specificparameters

i旬diagnosisalarm

司channel0:wirebreak

-回channel1.wirebreak

!回channel2behavkxatPLCSTOPswitchsubstitutevalue

,mchannel3:behavioratPLCSTOPswitchsubstitutevalue

*S1Kanai0:Funktioncurrent4.20mA(S7-Fo<maJ)

!j£)Kanai1:Funktioncurrent4.20mA(S7-Fo»mat)

channel2:functioncu“en14..20mA(S7.Fotmat]

3:functioncurrent4.20mA(S7-Forma»)

-回channel0:meas.cyclevoltage*/-1OV(S7-FocmatJ

回channel1meas.cyclevoUage1,5V(S7-Focmat)

—fs1channel2:substitutevaluecurrent-*-/-20mA(S7-F(xmat)

l一回channel3:substitutevalue

voltage0..10V(S7-Format)

,「IHexparameterassignmentcurrent020mA(S7-Fo<mat)

channelnotactive

2、程序下载

如图所示，激活A3000实验程序下的“Blocks”点击下载按钮，实现整个程序块(包括0B1、

0B121,FB41、DB1、DB2、DB3)的下载。

ADAM8000硬件配置说明

首先进行硬件连线。采用透明网关或串口线连接完毕后，对PLC通电。然后运行SIMATIC

Manager,进入Huatec\SIMATIC3000\Hardware硬件配置窗口。如图6-4-1所示：

SIMATICManager-[Huatec-C:\DocumentsandSettings'...\ADAM8000实婺程序]

主窗口点击(0)UR,然后察看目录View\Catalog,在SIMATIC300/CPU-300/CPU315-2DP

下添加6ES7315-2AF01-0AB0电源模块和DP电缆。如图6-4-2所示：

双击(O)UR中的DP,进入属性设置窗口，如图所示:

点击Properties...设置DP电缆。在Parameters里，点击New添加DP电缆。在弹出的窗

口中选择NetworkSettings标签，进行如下图所示设置：

出HWConfig-[SIMATHZ300(Configuration)--Huatec]

!1StationEditInsertPLCViewQstionsWindowHelp-|g|x|

:口|诩髀悒照|宣||曲曲|任南殁|k?|

oProperties-DP-(R0/S2.1)凶

General|AddressesIOperatingModeIConfij3irationI

2

■QIProperties-PROFIBUSinterface凶

3_

GeneralP&rafneters

q

5

Address：

-6-Fd

8

-9-

10Subnet：

----notnetworked-

Z2

确定

PressFltogetHelp.

确定后，便添加了PROFIBUS(l):DPmastersystem(1)0在上面下挂DP模块，如图下所示。

在右侧Catalog窗口中按图中路径选择添加ADAM_CPU321xo然后点击主窗口的ADAM821x

模块，加入电源模块和扩展模块。

如果Catalog里没有该模块，则首先关闭当前配置窗口，然后即可添加该模块的.gsd文件。

以下设置类似。

双击主窗口的ADAM821X模块，设置模块站地址。如图所示:

调试：右键点击ADAM821X模块下的扩展模块，选择Monitor/Modify,进入模块监控窗口。

可对寄存器输入输出值进行监控和修改。如下图所示：

3、西门子变频器MicroMaster420

1）变频器BOP面板手动调节，设置如下：

P0003=3

P0010=0

P0700=6（DP信号控制）

Pl000=6（DP信号控制）

P0918=DP站地址（面板后拨码开关设置优先）

2)Step7-V5.1编程软件

打开ADAM8000实验程序，进入Huatec\SIMATIC3000\Hardware进行硬件配置

察看View\Catalog,在HardwareCatalog窗口中选择PROFIBUSDP\AdditionalField

Devices\Drives\SIMOVERT\MICROMASTER4。如果该路径存在，则表示已经添加MM420

的.gsd文件。如果没有该路径，则首先关闭当前配置窗口，然后即可添加.gsd文件。

如图所示。DP电缆下挂MM420。在HardwareCatalog窗口中添加PROFIBUSDP\Additional

FieldDevices\Drives\SIMOVERT\MICROMASTER4\4PKW,2PZD(PPO1)到MM420。设

置模块站地址和上述面板所设站地址相同。

D|国8、悝圆剑」印金阎nJ8暨］堂］

I-FROFUUSDP

臼__JAdd>txon«lFieldDavicas

SQ]Drivts

R口SliOVIRT

Univ«rs*laodul*

StandardT«l«cmi

4FKW.2FZDffTO1)

opiw.2PZDaro3)

4TKH,4FZD»hol«coi

«TKtl.4FZDwordcon

0FKW,4FZD«hol«coi

0PKW.4PZDwordcon：

—HM43O/44Oonly:PZD

14not.6FZDSO2)

4PKW.6PZDwordC4i

0PKW,6FZDCPPO4)

0fKU.6nowordcoi

4FKW,8PZDc1

4TKH.8PZDwordcoi

0PKW.8PZDwholeۥ

0FKW.8nowordcoi

白CJI/O

♦uJI/O

⑸OADAN

囹LJIT2OOS

闺LJG«t*w»y

®(_JPLC

LJPROHBUSDPSlav”

画，IClos«d-LoopController

田__JCoafi<ur«dStations

田口DPVOsl»v«s

@,JDP/AS-i

gC、•..u

下载硬件配置程序给ADAM8000PLCo

调试。右键点击MM420下的2AxModule,选择Monitor/Modify,进入变频器监控窗口。

其中：

PIW272为变频器当前状态值

PIW274为变频器实际频率值

PIW264为控制字输入地址，可以通过写入控制数据对变频器进行控制：

W#16#047E变频器准备Ready

W#16#047F变频器启动Start

W#16#04EF变频器清错

3、变频器控制程序的编写

如图所示是控制变频器的命令：“准备”，“启动”“清错”。分别发送#47E,#47F,#4FE

变频?§命令控制

简单一些.变频器依次准磊.启动,如果有错.则清错

准势，只能在变频器用到时才能使用

紧急停车，如图所示。

非急停，是否串级，如果是，则输出PID1到中间变量

非急停，是否串级，如果不是，则输出PIDO到中间变量

最终输出，如果MV_SEL=O,则从A0输出，如果MV_SEL=1,则从变频器输出。27648

转换成16385输出到变频器。27648为输出的外设数据，16385对应50Hz。如果用户设置频率

读取频率，都只能是100%-100%.没有％符号,也就是-100.0〜100.0。

由于这里都是DWORD格式，为了送到监控软件，所以进行了转换。

高低限值判断。送至UDOO,Ok

将限备警的输出

Network23:Title:

低阳超警的输出

在变频器可以访问的情况下。给出一些信息。

Netnork25:Title:

注意，如果变频器和ET200s不可用。