基于DP总线的A3000实验和测试培训V1M7D9Word文档格式.docx
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3.3.1测试题目描述21
3.3.2上位组态要求22
3.3.3控制结果和评分标准24
3.3.4控制算法和编程26
3.3.5操作过程和调试26
3.3.6范例测试结果及记录27
3.4测试题--流量变频器PID单回路控制27
3.4.1测试题目描述27
3.4.2上位组态要求28
3.4.3控制结果和评分标准30
3.4.4控制算法和编程32
3.4.5操作过程和调试32
3.4.6范例测试结果及记录33
3.5测试题--液位和进口流量串级控制33
3.5.1测试题目描述33
3.5.2上位组态要求35
3.5.3控制结果和评分标准37
3.5.4控制算法和编程38
3.5.5操作过程和调试39
3.5.6范例测试结果及记录40
3.6测试题--流量-液位前馈反馈控制41
3.6.1测试题目描述41
3.6.2上位组态要求43
3.6.3控制结果和评分标准45
3.6.4控制算法和编程46
3.6.5操作过程和调试47
3.6.6范例测试结果及记录48
第一章DP设备的接线
1.1总体结构
PROFIBUSDP控制网络如图所示。
TE101
TE104
LT103
FT101
POWER
MM420
地址
a10
ET200S地址a9
DP头
S7-300
如果没有配置DP设备，也可以通过模拟量模块进行实验。
序号
设备名
通道号/单位
测点
涉及的实验
1
ET200S
9
AICH0
LT103下水箱液位
单/双容液位实验
AICH1
FT101左边流量
流量控制实验，串级控制实验
RTDCH0
TE101锅炉温度
锅炉温度控制实验
RTDCH1
TE104换热器冷出
换热器温度控制实验
2
10
U101
各个实验
1.2DP设备的接线
DP设备包括ET200S，或者ET200M，执行器包括变频器。
在控制箱中，A3000C板专门提供了一个总线信号的连接。
第二章S7-300PLC中控制编程
本章只介绍DP设备的编程问题，有关STEP7使用，以及PLC编程的基本方法在《基于S7-300控制系统的A3000实验和测试培训》中详细介绍。
2.1增加DP设备
这里不介绍S7-300编程，在书《基于S7-300控制系统的A3000实验和测试培训》中详细介绍。
新建工程，增加S7-300站点。
打开硬件组态界面。
插入机架，插入CPU，需要支持DP通讯。
插入机架之前还需要进行机架的更新和驱动的安装。
设定DP通讯属性，选中图中DP线，右击，选择菜单“对象属性”。
如图所示。
选中DP线，插入ET200S。
在CATALOG窗口选择PROFIBUSDP，双击ET200S（IM151）。
选中ET200S，在下面的窗口中显示插入的模块。
选择第一行，然后从右边选择模块，包括电源，2AI,2RTD模块，系统自动分配地址。
同样的方法插入MM420变频器。
首先双击选择SIMOVERT,MICROMASTER4。
然后下面的表中选中一行，然后选择CATALOG窗口中的4PKW,2PZD（PPO1）。
2.2控制系统编程
参考《基于S7-300控制系统的A3000实验和测试培训》，复制创建OB1，DB3。
复制FC200,FC201，插入FB41。
（1）建立SYMBOL表如图所示。
其中包括了所有DP各个地址通道名称。
这些通道地址在硬件组态中有。
那么程序中就可以通过符号来访问，比单纯的地址清楚多了。
（2）DB3中建立如图所示的变量。
其中包括了实验选择EXP_NO，变频器控制位，ET200S的输入工程值。
我们采用工程量来进行PID运算。
（3）建立输入转换。
流量0-3立方/小时，液位25厘米。
温度0-100，注意标定值不同。
2AI模块4毫安对应0，20毫安对应32000
2RTD为温度值的10倍。
（4）PID运算
（6）变频器准备操作如图所示。
（7）变频器启动操作如图所示。
（7）变频器清错操作如图所示。
（8）变频器输出控制如图所示。
（9）变频器状态读取操作如图所示。
程序编写好之后就可以下装运行了。
2.3组态软件
以组态王为例子，具体操作参考组态软件的说明。
一个主界面，DP的7个实验。
包括单回路、串级、前馈反馈等实验。
变量定义如图所示。
典型的窗口如图所示。
在窗口属性中增加“运行时”代码，如图所示。
在变频器控制按钮上，增加代码
BITSET（TR_COMM,1,1）;
准备好。
BITSET（TR_COMM,2,1）;
启动
BITSET（TR_COMM,3,1）;
清错。
第三章DP总线的实验
3.1培训范例说明
为了培训方便，所有组态软件和编程软件具有一致性。
控制器编程分成几个类别。
包括PID控制，串级控制，前馈反馈控制。
控制器中的寄存器地址也是规定好的。
在实验或测试时，并不需要按照这里的次序和变量名称。
由于各个测试题的工程量转换可能不同，所以一个测试题一个组态工程。
但是为了演示方便，我们还提供通用的组态软件。
通用组态软件采用所有的工程量都是0-100.0。
而用户必须按照变化正确工程量来进行转换。
3.1.1控制和组态程序数据词典
在控制程序中定义了很多变量，如表3.1.1所示的变量将和组态软件交互数据。
表3.1.1程序中变量信息
名称
用途说明
数据类型
数据范围
PID0_PV
PID0调节器测量值
REAL
0-100.0
PID0_SP
PID0调节器给定值
3
PID0_MV
PID0调节器输出值
4
PID0_P
PID0调节器比例系数
实数
5
PID0_I
PID0调节器积分时间
正实数
6
PID0_D
PID0调节器微分时间
7
PID0_AM
PID0调节器手/自动状态
BOOL
布尔型
PID1_PV
PID1调节器测量值
PID1_SP
PID1调节器给定值
11
PID1_MV
PID1调节器输出值
12
PID1_P
PID1调节器比例系数
13
PID1_I
PID1调节器积分时间
14
PID1_D
PID1调节器微分时间
15
PID1_AM
PID1调节器手/自动状态
16
前馈系数
前馈信号系数
17
实验选择
USHORT
0-65535
18
流量传感器1
19
真正输出值
前馈反馈的调节输出
20
TR_REAL_FRE
变频器实际频率
21
TR_ET_FRE
变频器设定频率
22
TR_STATUS
变频器的状态
LONG
23
TR_COMM
变频器的控制信号
BYTE
0-255
3.1.2变频器的控制
DP总线对于变频器的控制比较特殊这里要说明一下，在第二章介绍了有关变频器的各种状态，在启动变频器之前应先观察变频器状态，如果是出错状态应先进行[清错]后，再根据状态提示进行[准备]或[启动]等操作，变频器启动后，用户便可手动或自动设定相应频率值。
如图3.1.1
图3.1.1变频器控制实验
3.2测试题--单容下水箱液位变频器PID单回路控制
3.2.1测试题目描述
单容液位变频器PID单回路控制工艺流程图如图3.2.1所示。
图3.2.1单容下水箱液位变频器PID单回路控制流程图
单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单如表3.2.1所示。
表3.2.1单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单
位号或代号
设备名称
用途
原始信号类型
工程量
LT-103
压力变送器
下水箱液位
4～20mADC
AI
2.5kPa
U-101
变频器
频率控制
2～10VDC
AO
0～100％
水介质由泵P101（变频器驱动）从水箱V104中加压获得压头，经由管路进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；
其中，水箱V103的液位由LT-103测得，通过调节手阀QV-116的开启程度来模拟负载的大小。
本例为定值自动调节系统，变频器U-101转速为操纵变量，LT-103为被控变量，采用PID调节来完成。
3.2.2上位组态要求
1、流程图界面要求
1）测试要求的组态流程图界面，如图3.2.2所示。
图3.2.2组态流程图界面
2）动态点、交互控制点清单如表3.3.2所示。
表3.2.2动态点、交互控制点清单
功能描述
I/O实型
显示调节器输出值MV
液位变送器
显示水箱液位值（调节器测量值PV）
SP
调节器设定值
调节器自动状态下可改写，同时让手动输出值跟踪这个数值
P
调节器比例系数
可改写
I
调节器积分系数
D
调节器微分系数
手/自动
PID调节器状态
I/O整型
点击，调节器状态切换
M/MV
PID调节器手动输出值
调节器手动状态下，点击则弹出输入对话框（改变调节器输出值），自动状态跟随调节器输出值
3）其他要求：
Ø
设备、管路从图库中选，液位变化、管路中流体流动具动画效果；
流程图界面中可包含实时曲线窗口，历史记录、操作记录、报表界面可从流程图界面调出。
2、实时曲线要求
引入调节器PV、MV、SP三个变量；
三条曲线颜色便于区分，对应变量标示清楚；
时间轴跨度两分钟，采样周期不大于两秒；
振荡的幅值便于分析变化趋势。
3、操作记录要求
引入液位高、低限报警记录。
记录中显示报警时间、报警限值（可自定）、报警值及报警的具体描述。
4、历史记录要求
调用历史趋势曲线控件进行绘制；
时间轴、数值轴的设置便于分析历史趋势。
5、报表要求
设计一个报表：
实验开始后，每20分钟记录一组数据，包括变频器控制、V103液位、SP三个变量。
3.2.3控制结果和评分标准
1、协助验证测试结果
1）评分的必需条件：
必须在流程图界面上可进行PID调节器的手/自动操作、SP可改变、手动可调输出值、实时曲线满足分析的需要，这也是实际工程中所必须的。
如果采用自动评分，那么则要求SP为外给定，信号来自评分系统。
2）验证控制结果：
调节器置手动状态，改变输出值，测量值应相应变化，且变化正确。
依据被测试者提交的实时曲线基本可判断调节器在自动状态下控制回路是否稳定，
调节器置自动状态，通过从窗口中修改SP值（变化量不超过当前值10%）进一步判断控制品质（详见评分标准）。
3）验证组态结果：
参考具体要求。
2、评分标准
本题满分100分，首先系统必须满足前四项，能够达到稳定状态，否则不能通过。
具体评分标准如表3.2.3所示。
表3.2.3本测试题评分标准
要求
分值
必须要求
SP可改变，而且可显示。
60分
测量值和控制值可显示，或者实时曲线可以看出是否稳定。
被测试者能让控制系统在自动状态下稳定。
自动状态下，SP值变化原来的稳态值的10%，系统可以稳定。
要求：
①超调量（最大偏差）不大于稳定值的15%。
②过渡时间（被控变量进入新的稳态值的±
5%范围内，且不再超出时所经历的时间）不超过1分钟，或者8个振荡周期。
③余差不超过5%。
控制效果加分
超调量（最大偏差）不超过2%
5分
过渡振荡周期不超过4个，衰减比2~10
流程图界面要求
外观：
具有水箱，液位检测点，管道，水泵，变频器符号；
具有测量值，给定值，控制量动态点；
具有PID的参数设置，手动给定控制量，手/自动切换，给定值交互点。
10分
8
实时曲线
信号幅度统一，标尺等分合理，时间标尺等分合理，时间长度合理，可以看到完整的稳定过程。
至少引入SP﹑PV两个变量。
历史记录
可以记录历史数据，并且可以看到历史记录。
至少引入PV一个变量。
操作记录
有报警信息记录或有修改参数的纪录
报表
可以记录报警
3.2.4控制算法和编程
采用范例程序如图3.2.3
图3.2.3液位控制程序
3.2.5操作过程和调试
1、编写控制器算法程序，下装调试；
编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。
这些步骤不详细介绍。
2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度（可以稍微大一些），其余阀门关闭。
3、打开设备电源。
包括变频器电源，设置变频器DP总线的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。
4、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。
5、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。
启动调节器，设置各项参数，将调节器的手动控制切换到自动控制。
6、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数。
这里不限制使用的方法。
3.2.6范例测试结果及记录
参考的控制曲线如图3.3.4所示。
曲线中PI参数设定如下P=10，I=200000
3.3测试题—双容下水箱液位变频器PID单回路控制
3.3.1测试题目描述
双容液位变频器PID单回路控制工艺流程图如图3.3.1所示。
图3.3.1双容水箱液位变频器PID单回路控制流程图
单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单如表3.3.1所示。
表3.3.1双容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单
水介质由泵P101（变频器驱动）从水箱V104中加压获得压头，经由管路进入水箱V102，通过手阀QV-117至水箱V103；
3.3.2上位组态要求
3.3.3控制结果和评分标准
3.3.4控制算法和编程
3.3.5操作过程和调试
3.3.6范例测试结果及记录
曲线中PI参数设定如下P=10，I=400000，D=1。
3.4测试题--流量变频器PID单回路控制
3.4.1测试题目描述
流量变频器控制流程图如图3.4.1所示。
图3.4.1流量变频器PID单回路控制
测点清单如表3.4.1所示。
表3.4.1流量变频器PID单回路控制测点清单
FT-101
涡轮流量计
给水流量
0～3m3/h
2～10V
水介质由泵P101（变频器驱动）从水箱V104中加压获得压头，经由涡轮流量计FT-101及相应管路进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；
其中，给水流量由FT-1
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