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1、过程控制仪表自动化过程控制仪表自动化 自动化仪表及 DCS 实验报告 学生姓名：王万秋 学 号：11052204 专业班级：自动化 11-1 班 实验二 S7-200 PLC 基本操作练习 一、实验目的 1、熟悉 S7-200PLC 实验系统及外部接线方法。2、熟悉编程软件 STEP7-Micro/WIN的程序开发环境。3、掌握基本指令的编程方法。二、实验设备 1、智能仪表开发综合实验系统一套（包含 PLC 主机、各实验挂箱、各功能单元、PC 机及连接导线若干）三、实验系统使用注意事项 1、实验接线前必须先断开电源开关，严禁带电接线。接线完毕，检查无误后，方可上电。2、实验过程中，实验台上要保

2、持整洁，不可随意放置杂物，特别是导电的工具和多余的导线等，以免发生短路等故障。系统上电状态下，电源总开关下方 L、N端子间有 220VAC 输出，实验中应特别注意！3、本实验系统上的各档直流电源设计时仅供实验使用，不得外接其它负载。4、实验完毕，应及时关闭各电源开关（置关端），并及时清理实验板面，整理好连接导线并放置规定的位置。四、实验内容（一）熟悉 S7-200PLC 的接线方法 S7-200PLC 是西门子公司生产的小型可编程逻辑控制器，其 CPU模块接线方法如下图所示：实验系统将输入输出接点用固定连接线连到实验面板的固定插孔处。如下图所示：在实验中使用导线将主机挂箱与其它挂箱连接，连接时

3、要将主机的 L+电源与各实验模块的 L+输入连接；主机输出 M 端与实验模块中的 M 端相连；主机输出端 1L、2L、3L与主机的 M 相连；主机输入端的 1M、2M 与主机电源 L+相连，输入输出端子对应相连即可。本次实验使用 S21-2挂箱中的“基本指令编程练习”单元，如右图所示。（二）STEP7-Micro/WIN 软件简介 STEP7-Micro/WIN 编程软件为用户开发 PLC 应用程序提供了良好的操作环境。在实验中应用梯形图语言进行编程。编程的基本规则如下：1、外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的接点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。2

4、、梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右边。接点不能放在线圈的右边，在继电器控制的原理图中，热继电器的接点可以加在线圈的右边，而 PLC 的梯形图是不允许的。3、线圈不能直接与左母线相连。如果需要，可以通过一个没有使用的内部继电器的常闭接点或者特殊内部继电器的常开接点来连接。4、同一编号的线圈在一个程序中使用两次称为双线圈输出。双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免线圈重复使用。5、梯形图程序必须符合顺序执行的原则，即从左到右，从上到下地执行，如不符合顺序执行的电路就不能直接编程。6、在梯形图中串联接点使用的次数是没有限制，可无限次地使用。7、两个或两个以上的线圈可以并联输出。以下通过一个实例

5、简单介绍 STEP7-Micro/WIN 软件的使用，该实例实现的功能为由 S21-2挂箱中的 I0.0 开关控制灯 Q0.0与 Q0.1 的亮灭，当 I0.0闭合时灯 Q0.0亮，当I0.0断开时灯 Q0.1亮。首先设计 PlC 输入输出端口分配方案（如下表所示）并按前文所述接线。输入 输出 PLC I0.0 Q0.0 Q0.1 基本指令编程练习单元 I0.0 Q0.0 Q0.1 然后应用 STEP7-Micro/WIN 软件编写控制程序并下载程序。程序开发的具体过程如下：1、左键单击“开始”，选择“所有程序”“Simatic”“STET 7_MicroWIN V4.0.3.08”“STEP

6、 7-MicroWIN”，进入编程环境如下图所示。2、在程序编辑器中选择“主程序”标签。3、在指令树中选择相应指令并拖入网络 1 中，如下左图所示:4、指令地址区域中键入所需的数值，以指定地址，如上右图所示:5、点击“PLC”菜单中“编译”项，编译程序。如编译错误，则修改程序重新编译直至编译正确，如编译正确，则进行下一步。6、点击“PLC”菜单中“STOP”项并确认，此时 PLC 进入停止状态。7、点击“文件”菜单中“下载”项，出现下载对话框，点击“下载”按钮下载程序。8、点击“PLC”菜单中“RUN”项并确认，此时 PLC 进入运行状态，程序描述的控制逻辑得以实现。（三）写简单程序并运行程序

7、 1、与或非功能的实现 在同一程序中编程实现如下控制功能：a、当开关 I0.0 与 I0.1 均处于闭合状态时，灯 Q0.0亮，否则灯灭。b、当开关 I0.2与 I0.3 均处于断开状态时，灯 Q0.1亮，否则灯灭，要求不使用取反指令实现 c、当开关 I0.4 与 I0.5 中至少有一个处于闭合状态时灯 Q0.2亮，否则灯灭。d、当开关 I0.6与 I0.7 中至少有一个处于断开状态时灯 Q0.3亮，否则灯灭，要求应用取反指令实现。2、定时器指令的应用 定时器指令简介：S7-200 PLC 的定时器指令包含三种基本指令，分别为：接通延时定时器指令（TON），有记忆的接通延时定时器指令(TONR

8、)以及断开延时定时器指令(TOF)。这里对接通延时定时器指令进行简单介绍，其详细说明以及其他两种定时器指令的使用说明可以查阅 STEP-7Micro/WIN 帮助文件。接通延时定时器指令的形式（以定时器 T37，定时一秒为例）如下图所示：指令在 IN输入接通时，开始计时。当前值（Txxx）大于或等于预设时间（PT）时，定时器位为打开。IN输入断开时，接通延时定时器当前值被清除。达到预设值后，定时器仍继续计时，达到最大值 32767时，停止计时。TON定时器有三种分辨率，分辨率由定时器号码决定。每一个当前值都是时间分辨率的倍数。例如，10 毫秒定时器中的计数 50表示 500 毫秒。TON定时器

9、号码与相应的时间基准如下所示：定时器类型 分辨率 最大值 定时器号码 TON 1 毫秒 10 毫秒 100 毫秒 32.767 秒 327.67 秒 3276.7 秒 T32,T96 T33-T36,T97-T100 T37-T63,T101-T255 在同一程序中编程实现如下控制功能：a、开关 I0.0 闭合 3 秒后灯 Q0.0亮，I0.0断开，灯 Q0.0灭。b、当开关 I0.1闭合 3 秒后灯 Q0.1亮，再过 2秒钟后灯 Q0.2亮，I0.1 断开，灯Q0.1、Q0.2灭。3.计数器指令的应用 计数器指令简介：S7-200PLC 的计数器指令包含三种基本指令，分别为：增计数器指令（C

10、TU），减计数器指令(CTD)以及增/减计数器指令(CTUD)。这里对增计数器指令进行简单介绍，其详细说明以及其他两种计数器指令的使用说明可以查阅 STEP-7Micro/WIN 帮助文件。增计数器指令的形式（以计数器 C1，计数预置值为 5为例）如下图所示：增计数器从当前计数值开始，从每一个(CU)输入状态从低到高时递增计数。当CXX当前值大于等于预置值 PV时,计数器 CXX置位，当复位端(R)接通或执行复位指令时，计数器复位。当达到最大值（32767）后，计数器停止计数。在同一程序中编程实现如下控制功能：a、当开关 I0.6 闭合 3 次后灯 Q0.0亮，I1.0 闭合，灯 Q0.0灭。

11、b、当开关 I0.7闭合 2 次后灯 Q0.1亮，I1.1 闭合，灯 Q0.1灭，当 Q0.1 第 2次亮时灯 Q0.2亮，I1.2闭合，灯 Q0.2灭。实验三 S7-200 PLC 控制程序开发 一、实验目的 1、熟练掌握 S7-200PLC 的应用方法。2、掌握应用 PLC 实现简单控制系统的方法。二、实验设备 1、智能仪表开发综合实验系统一套（包含 S7-200 PLC 主机、各实验挂箱、各功能单元、PC 机及连接导线若干）三、实验系统使用注意事项 1、实验接线前必须先断开电源开关，严禁带电接线。接线完毕，检查无误后，方可上电。2、实验过程中，实验台上要保持整洁，不可随意放置杂物，特别是

12、导电的工具和多余的导线等，以免发生短路等故障。系统上电状态下，电源总开关下方 L、N端子间有 220VAC 输出，实验中应特别注意！3、本实验系统上的各档直流电源设计时仅供实验使用，不得外接其它负载。4、实验完毕，应及时关闭各电源开关（置关端），并及时清理实验板面，整理好连接导线并放置规定的位置。四、实验内容（一）应用 PLC 实现水塔水位控制 1、在实验中应用 S21-3 挂箱上的水塔水位控制单元模拟实际的控制对象，其中开关 S1、S2、S3及 S4模拟液位信号，灯 M1、Y分别模拟水泵及进水阀的状态。S21-3挂箱面板如右图所示：2、控制要求：当水池水位低于水池低水位界限（S4为 ON）时

13、，阀 Y打开进水（灯 Y亮），当水池水位高于水池高水位界限（S3为 ON）时，阀 Y关闭（灯 Y灭）。若阀 Y打开 5 秒钟后水池水位仍然低于水池低水位界限，则灯 Y 闪烁。当 S4为 OFF，且水塔水位低于水塔低水位界限时（S2 为 ON），电机 M1运转抽水（灯 M1亮）。当水塔水位高于水塔高水位界限时（S1为 ON）电机 M1停止（灯 M1 灭）。（二）应用 PLC 实现十字路口交通灯控制 1、在实验中应用 S21-2 挂箱中的十字路口交通灯控制单元模拟实际的控制对象，如右图所示。2、控制要求：信号灯受启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动

14、开关断开时，所有信号灯都熄灭；南北红灯亮维持 25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20秒；到 20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2秒。到 2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮,东西红灯亮维持 30秒。南北绿灯亮维持 25 秒，然后闪亮 3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持 2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。实验报告：实验 1程序连接图：实验 2程序连接图：实验总结 通过本次试验，我熟悉了 S7-200PLC 实验系统及外部接线方法，掌握应用 PLC 实现单控制系统的方法。在具体编写液位系统和交通灯系统

15、过程中，由于按键比较多，且还有各种复杂的相互联系，一开始设计遇到很多问题，后来静心研究，回去又仔细思考了一下，发现两个程序的共通之处后，最后顺利完成了实验。谢谢老师的细心指导。实验四 执行器 一、实验目的 1、了解气动执行机构的结构和工作原理，掌握调校方法。2、了解电/气阀门定位器的结构和工作原理。3、了解电动执行器的结构和工作原理。二、实验设备 1、气动定值器 一个 2、标准压力表 一块 3、气动执行器 一台 4、配有电/气阀门定位器的气动执行器 一台 5、电动执行器 一台 6、直流信号源（020mA）一台 7、直流电流表（020mA）一台 8、24V交流电源 一台 9、500电阻 一支 三

16、、实验内容（一）观察结构 1、观察气动执行器的外形和内部结构，了解各部件的作用。明确铭牌上各项指标的含义。2、观察电/气阀门定位器的外形和内部结构，了解其工作原理。3、观察电动执行器的结构，了解其构成及工作原理。（二）气动执行器的调校 1、按下图接线 2、调零：输入信号压力小于 20KPa时，推杆应不动作，当输入压力略大于 20KPa时，推杆应开始动作，否则可调整调节件的位置，来调整弹簧的预紧量。3、调量程：继续增大信号压力，在 20100KPa之间，阀杆应一直动作，当信号压力大于 100KPa时，阀杆应停止动作，否则可调节阀杆，直到满足要求。注意：若在增压过程中发现推杆停止走动，应立即停止增

17、加压力，这是由于阀心被阀座抵住，若一直增压，会将阀杆压弯。4、零点、量程反复调整，直到满足要求，调好后记录。注意：调零和调量程时须去掉输入信号。输入信号(MPa)行程（mm）额定行程（mm）行程误差（mm）始点 0.02 终点 0.1 5、非线性误差：在全行程范围内均匀取 5 个点，分别测试各点压力信号与行程的关系，并记录下来。输入（MPa）理论行程（mm）实际行程（mm）上行 下行 变差（%）引用误差（%）（三）电/气阀门定位器的调整 、按下图接线 2、调零：输入电流信号小于 4mA时，推杆应不动作，当输入电流信号略大于4mA 时，推杆应开始动作，否则可调节调零螺母。3、调量程：继续增大电流

18、信号，在 420mA 之间，阀杆应一直动作，当电流信号大于 20mA时，阀杆应停止动作，否则可调节行程调整螺母。4、零点、量程反复调整，直到满足要求。注意：调零和调量程时须去掉输入信号。5、调整电/气阀门定位器，使输入电流信号小于 4mA时，推杆应不动作，当输入电流信号略大于 4mA时，推杆应开始动作，继续增大电流信号，在 412mA 之间，阀杆一直动作，当电流信号大于 12mA时，阀杆停止动作。6、调整电/气阀门定位器，使输入电流信号小于 12mA时，推杆应不动作，当输入电流信号略大于 12mA 时，推杆应开始动作，继续增大电流信号，在 1220mA 之间，阀杆一直动作，当电流信号大于 20

19、mA时，阀杆停止动作。（四）电动执行器 1、按下图接线 2、调整跳线位置，使电动执行器的输入信号为 010VDC，执行机构作用方式为正作用。打开电源，改变直流信号源输入，观察执行器的动作。3、改变跳线位置，观察在不同的跳线配置下执行器的动作规律是否与配置规律相符。四、实验数据分析：1.原数据以及处理后的表格：初始数据，即调节阀和手操阀分别在开度为 20%，40%，60%，80%，100%下的流量。Q/Qmax Q/Qmax-l/L图像 由图不难发现，随着手动阀门开度增大（即管道压降增大），Qmax 减小，实际可调比 Rr减小，则流量特性曲线即便越严重，向上拱的程度越严重。小开度时放大系数增大，

20、调节不稳定；打开度时放大系数减小，调节迟钝，影响调节质量。2、观察气动薄膜式单座调压阀结构 本次实验的目的是通过对气动薄膜式单座调压阀的拆卸和组装对其内部结构和工作原理进行进一步的了解。执行器按结构可分为执行机构和调节机构。执行结构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小，产生相应的推力，推动调节机构动作。调节机构是执行器的调节部分，在执行机构推力的作用下，调节机构产生一定的位移或转角，直接调节流体的流量。薄膜式执行机构是一种最常用的气动执行机构，具有结构简单、动作可靠、维修方便和价格便宜等优点。主要由上膜盖、下膜盖、支架、波纹膜片、推杆、压缩弹簧、弹簧支架、调节件、连接螺母等构成。当信号压力

21、通入上膜盖和波纹膜片组成的薄膜气室时，在膜片上产生一个向下的推力，使推杆下移并压缩弹簧，直到弹簧的反作用力与信号压力在膜片上产生的推力相平衡时，推杆就稳定在一个对应的位置上，推杆的位移即执行机构的输出，也称为行程。五、思考题 1、分析气动执行器误差产生的原因？答：阀杆的摩擦力导致阀芯的上下压差较大，从而产生回程误差；机构连杆的弹性变形及间隙的存在，以及阀门定位器的转换与平衡机构的机械连接等原因容易引起误差。此外，电/气信号转换器也产生误差。2、电/气阀门定位器的作用是什么？阀门定位器与控制阀构成闭环系统，利用反馈原理改善控制阀的定位精度和提高灵敏度，并克服摩擦力、不平衡力，是阀门实现准确定位。3、参照实验设备，说明改变一台气动执行器的正反作用，可以有多少种方法，分别如何进行？1.更改气动执行机构的作用方式，调换气缸方向；2.调整调节机构的正装和反装；3.调整气动阀门定位器的作用方式和机械连接。实验总结 通过本次实验实际地操作阀来改变流量，以及小组成员共同努力拆装气动执行器，我对执行器的工作原理及其特性有了更深的认识，巩固了课本理论知识的理解。