现场总线控制技术实验指导书文档格式.docx

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五、实验内容及步骤

整个系统共配五套可编程控制器（西门子PLC），可以对每个子系统进行控制程序及组态监控程序的编程（用S7-200及组态王6.5编程软件），又可以通过主站（用西门子WinCC组态软件）进行网络编程，将所有子系统连接在一齐构成一个PROFIBUS-DP网络，以便对各个子系统进行集中监控。

实验内容：

（一）智能楼宇模型的照明控制及双电梯运行系统

主要的控制及监控功能：

1、在建筑模型内安装有两台电梯，两台电梯既能单独运行，又可进行群控，并可通过DP网与消防系统进行联动控制。

2、在配套的实验台上提供一套给水控制，用人工输入来模拟供水管网用水流量或供水压力的变化，使变频器改变频率拖动模拟水泵（小型异步电动机代）运行，达到恒压或恒流量供水的目的。

3、在楼宇模型上配有一个地下车库的出/入管理系统，使用IC卡，可将信号（IC卡号）读入PLC上传至计算机中。

4、模型内外的灯光可根据需要通过编程实现分时、分区控制及手动/自动控制。

（二）安防系统

由防盗报警系统、硬盘录像系统及门禁系统组成。

门禁系统可控制进入特定区域和房间的人员，并可规定进入该区域人员的权限，可记录进入该区域人员的人数和时间，并将信息传送到计算机上，以便管理人员及时了解情况。

目前使用的门禁有IC卡门禁、指纹门禁、可视对讲等。

实验装置提供了上述三种门禁，以供学生了解和使用单台门禁和多台门禁。

闭路监视系统是安全防范体系中的重要组成部分。

它主要由摄像部分（摄像机、云台等）、传输部分、控制部分（信号处理）和显示部分组成。

通过控制摄像机等设备来监视被控场所的情况，同时将信号送至主控制室监视器上显示，并可将信号记录在设备上。

防盗报警系统主要是把门磁开关、窗磁开关及红外线移动探测器等所监测到的信号送控制器，通过撤/布防设置来决定是否进行报警输出，并可通过DP网将防盗报警信号送至主站进行监控。

（三）模拟空调系统

1、监控空调机组送/回风机的运行状态、风机的故障报警及手/自动状态。

2、监测机组设定温度、实际温度，根据设定/实际温度的比较差值调节阀门的开度。

3、模拟过滤器的压差报警，请求清洗服务。

4、按程序启停设备，实现风机与阀门的连锁控制。

5、紧急状态下关闭空调机组，通过PROFIBUS-DP网络，实现与消防系统的联动。

（四）远程抄表系统

通过光隔离中继器及信号转换器来采集脉冲电表、脉冲水表或脉冲煤气表的数据并进行处理，上位主机可随时观测各路表的运行数据（用电、用水、用气状况）。

（五）PROFIBUS-DP主站

用一台计算机（装有PROFIBUS-DP网卡）作为主机，将以上五个PLC（从站）连接在一起组成一个PROFIBUS-DP网络，并对各个部分进行监控和管理。

实验步骤：

1、在编程计算机中（WINDOW2000平台）装入S7-200编程软件及组态编程软件。

2、将S7-200的编程电缆接好（一端接PLC的编程口，一端接计算机的COM口）。

3、插好实验台电源进线插头,给实验台送电。

4、在计算机上打开S7-200的编程软件，按照控制PLC的输入/输出地址表及所要求或规定的控制或监控功能进行控制及监控程序的编程。

5、合上实验台的总电源（电源指示灯亮）及控制PLC的分项电源开关，将所编的PLC控制程序下载到PLC中进行调试，直到达到所规定的设计要求。

6、打开组态编程软件，按照所规定的要求对各个部分设计组态画面并建立与PLC控制程序的连接，调试组态监控程序直到达到所规定的设计要求。

六、思考题

1、说明此控制系统中PLC和PC各起什么作用。

七、实验报告要求

按规范撰写实验报告、实验总结。

完成思考题。

实验二智能仪表和现场总线的连接实验

通过对智能仪表和现场总线的连接，使学生了解构建现场总线控制系统的基本原理和方式，掌握智能仪表和FCS系统的通信连接方式。

THJ-2型高级过程控制系统实验装置、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根。

了解流量传感器、温度传感器、压力传感器的基本工作原理和智能仪表的通信方式。

系统结构图见图2－1。

图2－1系统网络结构图

（一）智能仪表认识

1、检测装置

压力传感器、变送器：

采用工业用的扩散硅压力变送器，含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。

压力传感器用来对上、中、下水箱的液位进行检测，其精度为0.5级，因为为二线制，故工作时需串接24V直流电源。

温度传感器：

采用六个Pt100传感器，分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。

经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成4～20mADC电流信号。

Pt100传感器精度高，热补偿性较好。

流量传感器、转换器：

流量传感器分别用来对电动调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。

涡轮流量计型号：

LWGY-10，流量范围：

0～1.2m3/h，精度：

1.0%。

输出：

4～20mA标准信号。

本装置用了三套涡轮流量传感器、变送器。

2、执行机构

电动调节阀：

采用智能型电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。

电动调节阀型号为：

QSVP-16K。

具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，控制信号为4～20mADC或1～5VDC，输出4～20mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。

变频器：

采用日本三菱（FR-S520S-0.4K-CH（R））变频器，控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，～220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。

（二）由智能仪表和控制器构成现场总线控制系统

给主控单元、现场总线I/O模块以及交换机上电；

将控制屏上的24V电源输出直接接到仪表模块上，注意极性，防止接反。

网线2根：

一根网线用来电脑和交换机相连，另一根网线是主控单元和交换机相连。

系统关系如图2－2所示：

图2－2系统关系图

连接结束后，分析系统的工作过程，了解构建一个现场总线控制系统的方式。

（三）上水箱（中水箱或下水箱）液位定值控制

1．按要求，完成系统的接线。

2．接通总电源和相关仪表的电源。

3．打开阀F1-1、F1-2、F1-6和F1-9，且把F1-9控制在适当的开度。

4．设置好系统的给定值后，用手动操作调节器的输出，使电动调节阀给上水箱打水，待其液位达到给定量所要求的值，且基本稳定不变时，把调节器切换为自动，使系统投入自动运行状态。

5．启动计算机，运行MCGS组态软件软件，并进行下列实验：

1）当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（将给定量增加5%～15%），观察并记录系统的输出响应曲线。

2）待系统进入稳态后，适量改变阀F1-6的开度，以作为系统的扰动，观察并记录在阶跃扰动作用下液位的变化过程。

1、说明此控制系统中智能仪表和PC各起什么作用。

实验三组态软件基本编程练习

通过对PLC基本环节和组态程序的编程，掌握组成监控系统的基本方法。

三菱FX型PLC，SC－09通信电缆，装有FX梯形图设计软件和MCGS工控组态软件的PC。

1、掌握PLC梯形图设计软件的使用方法；

2、掌握PLC的外部接线；

3、掌握PLC各位元件和数据寄存器的特点。

按图3－1连接PLC和PC。

图3－1PLC－PC连接示意图

（一）MCGS软件的基本使用方法

工程项目系统分析：

分析工程项目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和测控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。

工程立项搭建框架：

MCGS称为建立新工程。

主要内容包括：

定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示的窗口）名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。

经过此步操作，即在MCGS组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架。

封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后，再行建立。

设计菜单基本体系：

为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口内编制菜单。

编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态。

在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单的内容进行增加或删除，不断完善工程的菜单。

制作动画显示画面：

动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。

前一部分类似于“画画”，用户通过MCGS组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内“组合”成各种复杂的画面。

后一部分则设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。

编写控制流程程序：

在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作。

MCGS还为用户提供了编程用的功能构件（称之为“脚本程序”功能构件），使用简单的编程语言，编写工程控制程序。

完善菜单按钮功能：

包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；

实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；

建立工程安全机制等。

编写程序调试工程：

利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确。

连接设备驱动程序：

选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置。

此项操作在设备窗口内进行。

（二）基本电路组态编程练习实验

1、建立实时数据库；

2、选择连接设备构件，设置通信参数，定义其内部属性，进行通道连接和数据处理方式；

3、制作动画显示画面，参考画面见图3－2；

图3－2参考动画画面

4、设计各控制环节PLC的梯形图

1）点动、自锁控制

A、参考梯形图见图3－3。

图3－3点动、自锁梯形图

B、下载梯形图至PLC中。

C、联机进行调试，验证监控界面的正确性。

2）定时器的控制

A、参考梯形图见图3－4。

图3－4定时器控制梯形图

2）计数器的控制

A、参考梯形图见图3－5。

图3－5计数器控制梯形图

1、设计一控制系统，实现用PLC进行数码显示控制，用PC进行监控。

叙述各基本环节的工作过程。

实验四基于组态技术的监控系统设计

通过PLC对机械手控制的模拟和组态程序的编程，掌握组成一个监控系统的实际方法。

3、掌握PLC各个位元件和数据寄存器的特点；

4、掌握MCGS软件的基本使用方法。

按图4－1连接PLC和PC。

图4－1PLC－PC连接示意图

1、控制要求

一个将工件由A处传送到B处的机械手，上升/下降和左移/右移的执行用双线圈二位电磁阀推动气缸完成。

当某个电磁阀线圈通电，就一直保持现有的机械动作，例如一旦下降的电磁阀线圈通电，机械手下降，即使线圈再断电，仍保持现有的下降动作状态，直到相反方向的线圈通电为止。

另外，夹紧/放松由单线圈二位电磁阀推动气缸完成，线圈通电执行夹紧动作，线圈断电时执行放松动作。

设备装有上、下限位和左、右限位开关，它的工作过程如图4－2所示，有八个动作：

图4－2工作过程

2、编写PLC程序，参考梯形图见图4－3。

图4－3参考梯形图

3、适当改进梯形图，使其能够适应组态程序的监控。

4、将梯形图程序通过通信电缆下载至PLC中。

5、进行PLC的外部接线。

6、组态软件程序设计

1）定义数据对象

在MCGS的实时数据库中建立数据对象。

2）进行MCGS设备组态

在设备窗口中，对PLC进行设备组态，见图4－4。

图4－4设备组态

对通信口进行组态设置，见图4－5。

对PLC各通道进行组态配置。

图4－5通信口设置

3）进行窗口动画设计

4）对各动画构件进行数据连接

5）组态完毕，联机进行调试。

1、说明如何改进梯形图和组态程序？

画出梯形图和组态程序设计过程。

按规范撰写实验报告、实验总结。