基于plc的过程控制系统实验模块开发

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1、基于PLC的过程控制系统实验模块开发摘要设计基于PLC控制器的过程控制实验模块，可结合PLC、PLC模拟量扩展模块等构成便利性、实用性很强的综合实验系统，能满足过程控制、PLC课程的实验教学要求，可使学生加深对过程控制系统、PLC控制、PID技术等知识的掌握。目前该实验模块已获国家发明专利。中国9/vie　　关键词过程控制系统；PLC；实验装置　　中图分类号：G642.423文献标识码：B　　：1671-489X（2017）02-0041-02　　DevelopmentofProcessControlSystemExperimentModulebasedonPLC//SHENYabin

2、，ZHAOTao　　AbstractTheprocesscontrolexperimentalmodulesdesignedbased　　onPLCcontrollerinthispapercanbebinedoduletoformtheintegratedexperimentsystemeet紧密的自动化专业课程，具有很强的工程实践性，相应的过程控制实验是本课程重要的教学环节。学生通过实验，可以了解各种过程控制仪表（包括检测元件及变送器、调节器和执行器），掌握过程对象的建模方法和过程控制系统的设计方法（包括系统构建、控制算法设计、控制参数整定等），并对计算机过程控制系统有一定的了解及

3、掌握。　　南京工程学院为提高学生的理论素质、实践能力和改善就业，用大量资金购置多套专业实验装置。过程控制实验室原先采用的是浙大中控10多年前的SUPCONJX-300DCS系统，配上基于工业过程的物理模拟对象系统，该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈―反馈控制、比值控制、解耦控制等多种控制形式。但由于使用年限较长，技术陈旧，且系统站点通信也不可靠，给实验的正常开展及实验效果带来很大影响。　　学校近年添置一套南京科远自动化NT6000DCS系统，但该系统没有配备物理控制对象，只能在DCS的工程师站上进行模拟组态和运行，使得学生不能通过

4、实验真实体验实际工业生产过程控制的具体流程，不能帮助学生真正建立过程控制系统的概念，存在理论和实践脱节的问题。　　以上两种基于DCS的实验系统都属于站点多（包括现场控制站、工程师站、操作员站等）的大型装置，占用实验场地大，添置、改造成本高，实验的灵活性、便利性较差。另外，PLC作为工业自动化的三大支柱之一，由于其技术的发展、性能的提高、组网通信功能的灵活，现已广泛应用于过程控制领域，与过程控制的结合愈发紧密。为此，研究开发一套基于PLC控制器的混合信号实验模块。该模块既可作为过程控制系统课程的教学实验装置，又可作为PLC课程的实验控制对象，分别进行开关量和模拟量控制的多个实验，减少专业

5、实验装置的投资，有效提高装置的利用率和实验的便利性。此外，在该实验模块基础上还可进行设计性拓展，有利于培养学生的动手能力、创新意识和科研素质。　　2实验模块设计　　系统框图设计的基于PLC控制器的过程控制实验系统框图如图1所示。该实验系统由PLC、实验模块（PCB板）、PLC模拟量扩展模块等构成，是一套便利性、实用性很强的实验装置，能满足过程控制、PLC课程的实验教学要求，还可为学生加深对过程控制系统、PLC控制、PID技术等知识的掌握，建立明晰的系统概念。　　实验系统各部分说明由实验模块作为主要受控对象构成的实验系统主要包括模块PCB板、PLC控制器和PLC模拟量扩展模块：PCB板包

6、括DC-DC电路、信号给定及被控对象电路（模拟PI调节模块和模拟二阶被控对象模块）、数字信号输入输出电路、译码锁存及数码显示电路、PCB板输入输出接口、第一端子排和第二端子排；PLC控制器包括电源电路、PLC控制器输入输出接口和中央处理单元；PLC模拟量扩展模块包括PLC模拟量扩展模块输入输出接口。数字信号输入输出电路、译码锁存及数码显示电路和PCB板输入输出接口均通过第一端子排与PLC控制器输入输出接口相连接，信号给定及被控对象电路通过第二端子排与PLC模拟量扩展模块输入输出接口相连接。　　实验模块的特点采用通用化设计，PLC主机及其模拟量输入输出模块完全可以根据用户要求自行配置，如

7、西门子、三菱、欧姆龙、松下、台达等，适应性强；功能全面，实验项目丰富，结合过程控制和PLC的经典控制实验，可以丰富目前高等院校过程控制及PLC实验教学内容；成本低廉、输入输出接口通用、使用灵活方便、扩展灵活、易于维护、占用PLC资源少，方便教学实验，具有良好的应用前景。　　3实验项目的开发　　基于PLC控制器的过程控制实验模块，作为模拟被控对象，结合PLC及PLC的模拟量输入输出模块，既可以做诸如多路信号巡回检测及数据处理、基于PLC的数字PI