基于S7300 PLC和ADAM模块的过程控制实验台设计毕业设计论文.doc

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1、南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文）学院（系）： 电子与电气工程学院 专 业： 自动化 学 生： 指导教师： 完成日期 2012 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）基于S7-300 PLC和ADAM模块的过程控制实验台设计 Process Control Workbench Design Based on the S7-300PLC and ADAM Module 总 计： 33 页 表 格： 1 个 插 图： 23 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文） 基于S7-300 PLC和ADAM模块的过程控制实验台设计Process Control Workb

2、ench Design Based on the S7-300PLC and ADAM Module学 院（系）： 电子与电气工程系 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 张天鹏 学 号： 096108015 指 导 教 师（职称）： 殷华文（副教授） 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology基于S7-300 PLC和ADAM模块的过程控制实验台设计自动化专业 张天鹏摘 要 本课题是用S7-300 PLC和ADAM模块对模拟工程现场的压力、温度、流量、液位四大参数进行控制，主要完成控制实验台的设计。用S7-300PLC、AD

3、AM模块、智能仪表等做控制器，用变频器、调节阀、电加热丝做执行器，设计过程控制单双回路控制系统。还包括实验台机械台架设计、交直流供电设计、端子排设计、防干烧联锁设计等工程设计。设计过程按照过程控制工程项目设计的方法、步骤和内容，最后绘制出完整的工程图纸和仪表数据表。实验台和控制对象配合在一起，可以满足过程控制实验、课程设计、毕业设计的需要，设计出的工程图纸和技术文档可以作为自动化教学科研的学习资料。关键词 实验台；S7-300PLC; 亚当模块; 过程控制 Process Control Workbench Design Based on the S7-300PLC and ADAM Modu

4、leAutomation Specialty ZHANG Tian-peng Abstract: This task uses the s7-300 and ADAM module to control the pressure, temperature,flow,level four parameters on the simulation project site,major designing workbench. Using S7-300PLC,ADAM modules, intelligent instruments, as controller, inverter, control

5、 valves, heating wire as the actuator, design process control of single and double-loop control system.Bench mechanical rig design, AC and DC power supply design, terminal design, anti-dry interlocking design engineering.Design process in accordance with the methods, procedures and content of the de

6、sign of process control projects, and finally draw a complete engineering drawings and instrument data sheets.Bench and the control objects can meet the process control experiment, curriculum design, graduate design needs.Engineering drawings and technical documentation can be used as learning mater

7、ials for automated teaching and research.Key words: Workbench; S7-300PLC; ADAM module ; process control 目 录1 引言12 实验台的设计和安装12.1 实验台架的设计和安装12.1.1试验台架的设计12.1.2 主要实验设备的安装22.1.3端子排设计22.2 S7-300PLC的选型与安装22.2.1 S7-300系统概述22.2.2 S7-300 系统结构32.3 ADAM模块的选型与功能简介32.3.1 ADAM-4017/4017+模块简介32.3.2 ADAM-4021(4024)

8、模块简介52.3.3 ADAM4055模块简介62.3.4 ADAM4520模块简介62.4变频器的选择与功能简介62.5 智能仪表的选型与功能简介82.5.1 AI系列智能仪表概述82.5.2 技术规格82.5.3 仪表接线92.5.4 面板说明103 控制台供电线路的设计与安装113.1空气开关线径线缆的选择113.1.1空气开关的选择113.1.2线径的选择113.1.3线缆的选择123.2 控制台供电线路的设计123.3 防干烧联锁设计134 实验项目简介144.1 恒压供水144.2 水箱液位单回路PID控制154.3 管道流量单回路PID控制174.4 锅炉温度单回路PID控制18

9、4.5 液位流量串级控制19结束语21参考文献22附录23致谢331 引言过程控制通常是指石油，化工，电力，冶金，轻工，建材，核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产工程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。在现代化工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标，提高经济效益和劳动生产率，改善劳动条件，保护生态环境等方面起着越来越大的作用。近几年来,由于计算机、通信、网络技术的迅速发展,工业监控系统也发展到新一代水平。随着工艺流程由简单过程向大型化、连续化、复杂化方向发展,控制系统由简单控制系统发展为复杂控制系统。现代工业生产过程中，随着生产规模的不断扩大、生产过程的强

10、化、对产品质量的严格要求以及各公司之间的激烈竞争，人工操作与控制已远远不能满足现代化生产的要求。过程控制系统已成为工业生产过程必不可少的装备，为保证现代企业安全、优质、低消耗和高效益生产提供了有效的技术手段。而且随着资源能源的紧缺，人类生存环境条件的恶化，对过程工业的自动控制要求越来越高。本课题是用S7-300 PLC和ADAM模块对模拟工程现场的压力、温度、流量、液位四大参数进行控制，主要完成控制实验台的设计。用S7-300PLC、ADAM模块、智能仪表等做控制器，用变频器、调节阀、电加热丝做执行器，设计过程控制单双回路控制系统。还包括实验台机械台架设计、交直流供电设计、端子排设计、防干烧联

11、锁设计等工程设计。设计过程按照过程控制工程项目设计的方法、步骤和内容，最后绘制出完整的工程图纸和仪表数据表。涉及过程控制工程项目设计的工作方法，工作内容，工作步骤。2 实验台的设计和安装2.1 实验台架的设计和安装2.1.1试验台架的设计本实验台的设计目的在于模拟工业现场对工业生产过程进行控制。设计时力求与工业现场保持一致。本实验台由基座和控制面板两大部分组成。基座有三角钢通过人工截取和固定组建而成，主要为控制台提供支撑。具体形状为一个长方体，长、宽、高，分别为100cm、50cm、75cm。上面固定一块等大的PV塑料板。控制面板由PV塑料板通过三角钢固定竖立在控制台正中间。控制面板长、宽，分

12、别为100cm、75cm。各种设备安装在控制面板正面，配电线路以及端子排一律安装在控制面板后面，此举既能方便操作，又能有效的保护人身安全，符合工业现场设计规则1。2.1.2 主要实验设备的安装为完成控制要求本实验台主要选用的设备有S7-300PLC、ADAM模块、变频器、智能仪表、空开开关、按钮等。具体安装位置为，PLC的导轨安装在控制面板的右上角，S7-300的各个模块安装在导轨上。右下方安装ADAM模块。左上方安装变频器，变频器与PLC中间安装智能仪表，左侧中间安装两排S7-300的控制按钮，一共十六个。左下方安装空气开关和开关指示灯。一共有四个空气开关，分别命名为一号、二号、三号、四号。

13、其中一号开关控制变频器、磁力驱动泵，二号开关控制两个QS电动调节阀、两个电磁流量传感器、两个温度变送器，三号开关控制S7-300PLC、ADAM模块、压力传感器、24V直流电源，四号开关控制接触器、加热丝。我们用四个空气开关对各个设备及对象分开控制。这样做的好处是各个设备及对象单独供电，减少了因某个开关的损坏造成的影响，提高了设备的稳定性。而且这样做可以做到需要用那些设备就给其供电，避免了需要用其中个别设备就全部供电的缺点，减少了能源消耗。同时又提高了设备的安全性能。这样做既符合工业生产过程中对设备稳定性和安全性的要求，也响应了国家节能减排的号召。2.1.3端子排设计 电力电子配接线中,凡屏内

14、设备与屏外设备相连接时,都要通过一些专门的接线子,这些接线端子组合起来,便称为端子排。端子排的作用就是将屏内设备和平外设备的线路相连接，起到信号（电流电压）传输的作用。有了端子排，使得接线美观，维护方便，在远距离线之间的联接时主要是牢靠，施工和维护方便。 选择的端子排型号为TB-1512L ，600V 15A。一共分上中下三排。上排连接PLC，中排连接ADAM模块、智能仪表，下排连接各个传感器，变送器及24V直流电源。端子排图见附录。2.2 S7-300PLC的选型与安装2.2.1 S7-300系统概述 SIMATIC S7-300 PLC 是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆

15、续推出的性能价格比较高的PLC系统。其中，微型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置为8DI/6DO，可扩展2-7个模块，最大I/O点数为64DI/DO；12AI/4AO。中小型的有SIMATIC S7-300系列，中高档性能的S7-400系列。SIMATIC S7 系列PLC都采用了模块化、无排风扇结构和易于用户掌握等特点，使得S7系列PLC成为各种从小规模到中等性能要求以及在规模应用的首选产品。该系列提供了完成控制任务既方面以经济的解决方案。其中，S7-300由于其系统的优良特性，近年来，被广泛应用于专用机床、纺织机械、包装机械、通用机械工程应用、控制系统、机床、楼宇自动化、电器制

16、造工业及相关产业等诸多领域。S7-300提供了多种性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/O扩展模块，各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块，而且当控制任务增加并且愈加复杂时，可随时附加模块对PLC进行扩展，系统扩展灵活2。2.2.2 S7-300 系统结构中央处理单元（CPU）。SIMATIC S7-300提供了多种不同性能的CPU，以满足用户不同的要求，包括有CPU312FM、CPU314、CPU315、CPU315-2等。这里使用的是CPU 315-2。CPU模块除完成执行用户程序的主要任务外，还为S7-300背板总线提供5V直流

17、电源，并通过MPI与其他中央处理品或编程装置通信信号模块（SM）。 模块SM使不同的过程信号电平和S7-300的内部信号相匹配，主要有SM321数字量输入模块、SM322数字量输出模块、SM322模拟量输出模块。每个信号模块都配有自编码的螺钉型前连接器，外部信号可方便地连在信号模块的前连接器上。特别指出的是其模拟量输入可以接入热电偶、热电阻、4-20mA电流、0-10V等18种不同的信号，输入量程范围很宽。通信处理器（CP）。用于连接网络和点对点连接，例如，具有RS-232C接口的CP340，CP5412等。功能模块（FM）。用于高速计数、定位操作（开环或闭环控制）和闭环控制。例如FM352电

18、子凸轮控制模块、FM353步进电机定位模块、FM351伺服电动机位模块等。接口模块（IM）。用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架（ER）。S7-300通过分布式的主机架（CR）和3个扩展机架（ER），可以操作达32个模块。S7-300具有高电磁兼容性和强抗振动、冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。电源模块。有多种电源模块可以为S7-300 PLC和需要24V直流的传感器/执行器供电，比如PS 305,PS 307。PS 305电源模块是直流供电，PS 307是交流供电。CPU模块。对于某些CPU，单元配置和数量不同。CPU 315-2 DP具有48KB的装载存储器，可用存储卡扩充装载

19、存储器容量最大到512KB。每执行1000条二进制指令约需0.3ms，最大扩展1024点数字量或128个模拟量通道，最大可配置4个机架、32个模块。 2.3 ADAM模块的选型与功能简介ADAM模块我们选择研华RS-485 I/O模块(ADAM-4000和ADAM-5000/485系列)各个模块简介如下：2.3.1 ADAM-4017/4017+模块简介 ADAM-4017/4017+是16位A/D 8通道的模拟量输入模块，可以采集电压、电流等模拟量输入信号。它为所有通道都提供了可编程的输入范围，这些模块为工业测量和监控的应用中提供很好的性价比；而且它的模拟量输入通道和模块之间还提供了3000

20、V的电压隔离，这样就有效的防止模块在受到高压冲击时而损坏。ADAM-4017支持6路差分，2路单端信号，输入范围+/-150mV，+/-500mV，+/-1V，+/-5V，+/-10V，+/-20mA。如果测试电流信号，需在该通道的输入端口并联一125欧姆的精密电阻。ADAM-4017+支持8路差分信号，还支持Modbus协议。各通道可独立设置其输入范围，同时在模块右侧使用了一个拨码开关来设置INT和正常工作状态的切换，4017+还增加了420mA的输入范围，测量电流时，不需要外接电阻，只需打开盒盖，设置跳线到即可。 ADAM-4017+如图1所示。图1 ADAM-4017+ ADAM-401

21、7/4017+通讯连接如图2所示。图2 ADAM-4017/4017+通讯连接变送器的“+”接24V供电电源的高电压端，变送器的“-”接模块/板卡的Vin+，Vin-接24V电源对应的低电压端（GND）。注意在模块/板卡的Vin+和Vin-并联250ohm电阻。 ADAM-4017+ 8通道模拟量输入模块接线如图3所示。 图3 ADAM-4017+ 8通道模拟量输入模块接线图2.3.2 ADAM-4021(4024)模块简介ADAM-4021是1路模拟量输出通道，分辨率为12位，输出范围020mA，420mA，0-10V。ADAM-4024是4路模拟量输出通道，分辨率为12位，输出范围020m

22、A，420mA，+/-10V，支持Modbus协议。用户可以通过配置软件配置电压或电流的建立速率和启动输出。 （1）ADAM-4024如图4所示。 图4 ADAM-4024 （2）ADAM-4021（4024）通讯连接如图5所示。图5 ADAM-4021（4024）通讯连接 （3）ADAM-4021(4024)模块简单控制接线如图6所示。 图6 ADAM-4021(4024)模块简单控制接线图2.3.3 ADAM4055模块简介ADAM-4055带LED显示的16路隔离数字量输入/输出模块，提供8通道数字输入和8通道隔离数字输出。输入接收1050V电压，且输出提供540VDC开放式采集。主要特

23、点：I/O类型：8DO/8DI输入电压电平：1050Vdc集电极开路40Vdc支持modbus/RTU协议2.3.4 ADAM4520模块简介 ADAM-4520隔离转换器可以将RS-232信号转换为隔离RS-422或RS-485信号。 ADAM-4520中的电路自动侦测数据流的方向，免除了网络中的握手请求，仅需两根导线就可以构建一个RS-485网络。传输速率最高可达115.2Kbps。规格如下：输入：RS-232（4线制） RS-232接口：DB-9接口输出：RS-485（2线制）或RS-422（4线制）速度(bps)：1200、2400、4800、9600、19.2k、38.4k、57.6

24、k、115.2k，RTS控制和RS-422模式（可切换）RS-422/485接口：插入式螺钉端子隔离电压：3000VDC功耗：1.2W2.4变频器的选择与功能简介 本实验装置使用的是SIEMENS公司的MICROMASTER 440 系列交流变频调速器，功率是0.37KW。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护3。(1)实际接线 模拟量输入：选用端子 4 “ADC1+”和端子

25、4“ADC1-”向变频器传送信号 。 数字量输入：用5，7，9三个端子输，5、9两端子用作电机开关，用来控制电机的启动。而7、9两端子表示电机的复位作用。实际接线如图7所示。图7 仪表输出控制变频器的模拟量信号接线图 （2）工厂设置值变频器的缺省设置 (与变频器的型号和容量有关)是按4极电动机数据进行配置的：由数字输入端控制 (ON/OFF 命令) 通过模拟输入1 输入设定值 P1000 = 2 感应电动机 P0300 = 1 电动机冷却方式为自冷 P0335 = 0 电动机的过载系数 P0640 = 150 % 最小频率 P1080 = 0Hz 最大频率 P1082 = 50Hz 斜坡上升时

26、间 P1120 = 10 s 斜坡下降时间 P1121 = 10 s 线性的 V/f 特性 P1300 = 0。 （3）变频器上的状态显示屏MICROMASTER 变频器前面板上有状态显示SDP，如图8所示。图8 状态显示屏 面板上的两个LED 用于显示变频器的工作状态4 具体状态如表1所示。表1 SDP上LED指示的变频器状态2.5 智能仪表的选型与功能简介 2.5.1 AI系列智能仪表概述输入采用数字校正系统，内置常用热电偶和热电阻非线性校正表格，测量精度高达0.2级。采用先进的AI人工智能调节算法，无超调，具备自整定（AT）功能。采用先进的模块化结构，提供丰富的输出规格，能广泛满足各种应

27、用场合的需要，交货迅速且维护方便。人性化设计的操作方法，易学易用。全球通用的100240VAC输入范围开关电源或24VDC电源供电，并具备多种外型尺寸供客户选择。通过新的2000版ISO9001质量认证，品质可靠。产品经第三方权威机构检测获得CE认证标志，抗干扰性能符合在严酷工业条件下电磁兼容（EMC）的要求。 2.5.2 技术规格输入规格（一台仪表即可兼容）：热电偶：K、S、R、T、E、J、B、N、WRe3-WRe25、WRe5-WRe26热电阻：Cu50、Pt100线性电压：05V、15V、01V、0100MV、060MV、020MV等；010V（需在MIO位置安装I31模块）线性电流（需

28、外接精密电阻分流或在MIO位置安装I4模块）：020mA、420mA等线性电阻：080欧、0400欧（可用于测量远传电阻压力表）测量范围：K(-100+1300)、S(01700)、R（01700）、T（-200+390）、E(01000)、J(01200)B（6001800）、N(01300)、WRe3-WRe25（02300）、WRe5-WRe26（02300）Cu50(-50+150) 、Pt100(-200+800)线性输入：-9990+30000由用户定义测量精度：0.2级（0.2%FS0.1）分辨率：0.1（当测量温度大于999.9时自动转换为按1显示），可选择按1显示温度漂移：0

29、.01%FS/（典型值约50ppm/）响应时间：0.3秒（设置数字滤波参数dL=0时）调节方式：位式调节方式（回差可调）AI人工智能调节，包含模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的先进控制算法输出规格（模块化）：继电器触点开关输出（常开+常闭）：250VAC/1A 或30VDC/1A可控硅无触点开关输出（常开或常闭）：100240VAC/0.2A（持续），2A（20mS瞬时，重复周期大于5S）SSR电压输出：12VDC/30mA (用于驱动SSR固态继电器)可控硅触发输出：可触发5500A的双向可控硅、2个单向可控硅反并联连接或可控硅功率模块线性电流输出：010mA或420mA 可定义 (安装X

30、模块时输出电压10.5V；X4模块输出电压7V)电磁兼容：IEC61000-4-4（电快速瞬变脉冲群），4KV/5KHz； IEC61000-4-5（浪涌），4KV隔离耐压：电源端、继电器触点及信号端相互之间2300VDC；相互隔离的弱电信号端之间600VDC电源：100240VAC，-15%，+10% / 5060Hz；或24VDC/AC，-15%，+10%电源消耗：5W使用环境：温度-10 +60；湿度90%RH2.5.3 仪表接线 D 型面板仪表（72mmX72mm）接线如图9所示。图9 D 型面板仪表（72mmX72mm）接线图 注1：线性电压量程在1V以下的由13、12端输入，05V

31、及15V的信号由11、12端输入。 注2：420mA线性电流输入可用250欧电阻变为15V电压信号，然后从11、12端输入。 注3：COMM位置安装S或S4通讯接口模块时用于通讯；安装继电器/无触点开关/SSR电压输出模块时用于AL1报警输出；安装I5模块并将baud参数设置为1，则可虚拟MIO模块开关量输入功能，在3、4端外接的开关实现SV1/SV2切换。2.5.4 面板说明 仪表面板如图10所示。图10 面板图 上显示窗 下显示窗 设置键 数据移位（兼手动/自动切换） 数据减少键 数据增加键 10 个LED 指示灯，其中MAN 灯灭表示自控制状态，亮表示手动输出状态；PRG 表示仪表处于程

32、序控制状态； M2、OP1、OP2、AL1、AL2、AU1、AU2 等等分别对应模块输入输出动作；COM 灯亮表示正与上位机进行通讯5。3 控制台供电线路的设计与安装3.1空气开关线径线缆的选择3.1.1空气开关的选择空气开关是低压配电网络和电力拖动系统中非常重要的一种电器，它集控制 多种保护功能于一身。除了能完成接触和分断电路外，尚能对电路 或电气设备发生的短路严重过载及欠电压等进行保护，同时也可以 用于不频繁地启动电动机。目前家庭使用DZ系列的空气开关，主要型号有：C16、C25 、C32 、C40、C60、C80、C100、C120等。工业上常见的型号有，DW和DZ型，例如：DW20、D

33、W32、DW50、DW63、DW80、DW250、DZ20、DZ32、DZ47、DZ100、DZ250等。DZ47型空气开关如图11所示。图11 空气开关3.1.2线径的选择空气开关是用来保护电线及防止火灾，所以要根据电线的大小选配而不是根据电器功率的大小选配的。如果空气开关选用太大，就不会保护电线，当电线超载，空气开关仍不会跳，就会为家庭安全带来隐患。所以应该先检查电线的大小，如果电线允许更大的空气开关，则可以换大一点的空气开关。1.5平方毫米线配C10的开关，2.5平方毫米线配C16或C20的开关，4平方毫米线配C25的开关，6平方毫米线配C32的开关。如果电线太小，应该给大功率用电器配专

34、用线。 可以参考下列铜线安全计算方法： （1）2.5平方毫米铜电源线的安全载流量28A； （2）4平方毫米铜电源线的安全载流量35A ； （3）6平方毫米铜电源线的安全载流量48A ； （4）10平方毫米铜电源线的安全载流量65A ； （5）16平方毫米铜电源线的安全载流量91A ； （6）25平方毫米铜电源线的安全载流量120A ；（7）如果是铝线，线径要取铜线的1.5-2倍；（8）如果铜线电流小于28A，按每平方毫米10A来取肯定安全；（9）如果铜线电流大于120A，按每平方毫米5A来取；经过对负载电流的计算，并根据线径选择规律，我们选择的线径分别为6、6、6、4平方毫米。对应的空气开关分

35、别为C32、C32、C32、C25。能够满足用电器的需要。3.1.3线缆的选择 主线缆选择聚氯乙烯绝缘软线缆，其用途为家用电器、小型电动工具、仪表及动力照明。型号为RVV 300/500V，长度为11m。连接到各个空气开关及用电器的线缆选择铜芯聚氯乙烯绝缘软护套电线，其用途为交流电压450/750V及以下动力装置、日用电器、仪表及电信设备用的电缆电线(如配电箱等)。型号为 BVR 300/500V。3.2 控制台供电线路的设计 本实验台总的供电电线采用三相四线制，将此电线由实验室配电箱引出并接入实验台的配电盒。再根据需要由配电盒引入各个空气开关。根据设计要求，一号四号空气开关引入三相电，二号三

36、号空气开关引入单相电。一号开关需要给变频器供电，所以引入三相电；二号三号开关所接的用电器只需单相供电所以只引入单相电；四号开关需要对三只加热丝供电所以引入三相电。图中四个熔断器的型号为RT18-32X 32A 500V。电气原理图如图12所示。图12 电气原理图3.3 防干烧联锁设计我们在做“锅炉温度单回路PID控制”这个实验时，为了防止有些同学由于粗心大意没有往锅炉里加水就直接加热而引起事故，同时也为了更进一步的与工业现场接轨，我们特意设计了锅炉防干烧连锁。如图13所示。图13 防干烧连锁图由图14可知，我们在继电器与接触器之间加了一个智能仪表LISA301，原本应该直接相连的A1和3两个端

37、子，分别接到智能仪表的12、13两个端子上。我们通过LIT301这个压力变送器首先检测锅炉液位，然后反馈到智能仪表LISA301里，通过适当设置LISA301的参数可以达到以下控制效果：如果水位低于250mm，报警模块继电器常闭触点断开12、13即两个端子断路；如果水位高于250mm，12、13两个端子连通。这样的话如果水位过低，即使继电器闭合，接触器线圈也不会得电，就无法加热。从而可以有效地防止事故的发生。当水位高于loal参数250mm时，12、13两个端子连通，可以顺利实现加热。4 实验项目简介4.1 恒压供水恒压供水系统的设计主要完成水泵供水时保持恒压，为整个实验装置供水。该控制系统用

38、智能仪表作为调节器，压力变送器作为反馈单元，把检测到的水泵出口水压信号传到智能仪表上，用智能仪表控制变频器，变频器驱动水泵变频调速运行，以达到恒压供水的目的，是典型的单回路控制系统。设置调整智能仪表的PID参数，实现闭环控制，并用力控组态软件监控6。实验用到的主要实验装置有：交流变频器MMV440（PY-101），智能仪表（PIC101），压力变送器（PIT101），磁力驱动泵（PY101），250欧的标准电阻，波仕卡，力控组态软件。试验中智能仪表作为控制器，输出020MA的电流给变频器，控制变频器的频率，进而控制电机转速。仪表接受15V的现场信号，但是压力传感器传出的是420MA的电流信号，

39、故在仪表1,2端子间并联一个250欧姆的标准电阻7。即可将电流信号转换为电压信号。原理如图14所示。图14 实验一原理图 在力控组态软件中的监控画面如图15所示。 图15 实验一监控曲线图图中PV表示当前值，SV表示设定值。由于压力是小惯性环节，所以比例度应该大一点，即比例增益小一点，积分作用可以稍微强一点。比例度与比例增益是倒数关系，图中P后边的数值是比例度。比例控制规律的动态方程如公式1所示。 （1）其中：y（t） 输出变化量。e（t） 输入变化量。Kp 比例增益。 比例度，它是Kp的倒数。4.2 水箱液位单回路PID控制水箱液位单回路PID控制是一个典型的单回路控制系统,主要目的是对水箱

40、液位进行定值控制。本实验主要由ADAM模块、液位传感变送器（LIT301）、智能电动调节阀（FV101）和一个水箱构成的单回路闭环控制系统，在上位计算机上用力控组态软件实现监控。从而实现对水箱动态水位的定值控制。主要实验设备有：智能仪表（PIC101）、力控组态软件、ADAM模块（4520、4017+、4024）、智能电动调节阀（FV101）、液位传感变送器(LIT301量程0.6m H2O)、交流变频器MMV440（PY-101）、智能仪表（PIC101）、压力变送器（PIT101）、磁力驱动泵（PV101）。试验中安装有力控组态软件的上位机作为控制器，在组态软件中组态控制策略。ADAM模块

41、进行A/D,D/A转换，液位传感器通过ADAM模块把液位当前值反馈给上位机，上位机通过ADAM模块把控制信号传送给智能电动调节阀，通过控制阀门大小来调节液位，从而实现液位恒定在设定值上8。实验原理如图16所示。图16 实验二原理图 在力控组态软件中的监控画面如图17所示。图17 监控曲线图由于液位的惯性较大，所以比例作用大一些，这次试验中P为比例增益设为60，积分作用也相对较强设为109。4.3 管道流量单回路PID控制本实验主要由上位机、ADAM模块、电磁流量传感器、电磁流量转换器、智能电动调节阀和流量管路构成的单回路闭环系统，在上位计算机上用力控组态软件实现监控。实现对流量定值控制。主要实

42、验设备有：上位机、电磁流量传感器（FE102）、电磁流量转换器（FIT102）、ADAM4017+、ADAM4024、ADAM4520、力控组态软件、智能电动调节阀。实验中安装有力控组态软件的上位机作为控制器，在组态软件中组态控制策略。ADAM模块进行A/D,D/A转换，流量转换器通过ADAM模块把流量当前值反馈给上位机，上位机通过ADAM模块把控制信号传送给电磁阀，通过控制阀门大小来调节流量，从而实现流量恒定在设定值上10。实验原理如图18所示：图18 实验三原理图 在力控组态软件中的监控画面如图19所示。图19 监控曲线图4.4 锅炉温度单回路PID控制 温度控制系统中，锅炉内胆中有热电阻

43、测温(型号Cu50)，温度信号经AI-818智能仪表变送后，通过ADAM4017+反馈到力控组态软件中，在力控中经PID运算后，输出相应的控制信号，来控制继电器/接触器的通断，实现对电加热丝的调控，从而达到控制锅炉温度的目的11。主要实验设备：ADAM4017+、ADAM4520、ADAM4055、力控组态软件、继电器（HH52P）、接触器(CJX2-124)。试验中安装有力控组态软件的上位机作为控制器，在组态软件中组态控制策略。ADAM模块进行A/D,D/A转换，温度转换器通过ADAM模块把温度当前值反馈给上位机，上位机通过ADAM模块把控制信号传送给继电器，通过控制继电器的通断来控制接触器

44、的通断12。实现对电加热丝的调控，从而达到控制锅炉温度的目的。实验原理图如图20所示。图20 实验四原理图 在力控组态软件中的监控画面如图21所示。 图21 监控曲线图4.5 液位流量串级控制串级控制是一种可以克服干扰的方法。它通过选择第二个测量点来构成第二个反馈回路来克服干扰的影响。第二个测量点应该比被控变量更快感知到干扰的影响，这样能在干扰对被控变量产生很大影响之前通过第二个反馈回路迅速克服干扰的影响。液位流量串级实验中构成两个控制回路，可以实现对液位的更加准确的控制13。主要实验设备：ADAM4017+、ADAM4024、ADAM4520、力控组态软件、液位变送器（HDB-E）、LDG-S电磁流量传感器、电磁流量变送器（FIT101）、调节阀（QSTP-16K）本实验的控制目标是使水箱中液位恒定。液位回路作为主回路，流量回路作为副回路。第一个测量点选择为水箱液位，第二个测量点选择为流量。控制手段是控制流入水箱水的流量，主要干扰为流入水箱水的流量。如果是单回路的话对于克服来自流量方面的干扰不是很及时，如果再加入一个流量单回路作为副回路，则能较快克服这些干扰。主副回路相互配合，即主回路的输出作为副回路的设定值，这样可以在液位产生很大变