基于组态王与s7―200过程控制综合实验平台

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1、基于组态王与S7—200过程控制综合实验平台摘要：介绍了以三容水箱、小型锅炉和板式换热器为被控对象，SIMATICS7-200PLC为控制器，装有组态王监控系统的上位机构成的过程控制综合实验平台。上位机通过PC/PPI电缆与下位机PLC通信，实时检测被控对象的液位、温度、压力、流量四个参数，经过数据处理和PID运算，运算结果输出送至执行器，执行器为电动调节阀和变频器。实践教学证明，该实验平台充分模拟工业控制现场，人机界面友好，实验效果良好，可完成多种过程控制实验。关键词：过程控制传感器组态王中图分类号：TP273文献标识码：A文章

2、编号：1674-098X(2013)01(b)-0-02过程控制是一门重要的电气工程及其自动化专业课程，具有极强的工程实践性。具有设计型、综合型、创新型和探索型的过程控制综合实验平台，是培养学生工程实践能力的基础条件［1-4］。通过实践学习，学生可以更直观地了解过程控制系统的硬件组成，如执行器、控制器、测量变送器，掌握过程控制系统的设计方法。在北京华晟云联科技有限公司的A3000高级过程控制实验装置基础上，设计的过程控制综合实验平台可以检测和控制液位、压力、温度、流量四个过程控制的典型参数，平台上位机釆用组态王软件进行现场监控和参

3、数控制。该综合实验平台以三容水箱、小型锅炉和板式换热器为被控对象，SIMATICS7-200PLC为控制器，不仅可以实现简单控制系统实验，而且可以完成串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统等复杂控制系统实验。1系统组成过程控制综合实验平台以三容水箱、小型锅炉和板式换热器为被控对象，SIMATICS7-200PLC为控制器，平台上位机采用组态王软件进行现场监控和参数控制。该平台由上位机、现场系统和控制系统组成，其组成结构如图1所示。该平台上位机装有组态王软件和STEP7-Micro/WIN32编程软件，通过PC/PPI电缆与控制系

4、统下位机PLC通信。控制系统由下位机PLC、研华ADAM4000模块、供电系统、变频器、移相调压器、福光百特智能调节仪等组成，用于实时显示过程参数，下位机PLC对采集数据进行处理，根据控制要求进行控制运算，运算结果送入现场系统。现场系统包含三个水箱、一个蓄水箱、一个小型锅炉、一个工业用板式换热器、水泵、滞后系统、传感器和执行器，用于实时检测被控对象的液位、压力、温度、流量四个过程参数[5-6],并根据控制系统送入的运算结果控制执行器动作。1.1被控对象为了充分模拟工业控制现场，过程控制综合实验平台以三容水箱、小型锅炉和板式换热器为

5、被控对象，以液位、压力、温度、流量为被控变量，以变频器控制的水泵转速、电动调节阀的开度为操纵变量，平台示意图如图2所示。1.2测量变送器过程控制综合实验平台中测量变送器包括五个温度变送器、三个液位变送器、一个压力变送器、一个电磁流量计和一个涡轮流量计。温度检测采用PtlOO热电阻温度传感器测量范围为0〜100°Co液位检测采用扩散硅液位变送器，测量范围为0〜500mmo压力检测采用扩散硅压力变送器，测量范围为0〜150kPa。流量检测采用电磁流量计和涡轮流量计，测量范围为0〜3m3/ho测量变送器输出标准的4〜20mA电流信号，送

6、入控制系统的显示仪表显示，并送入PLC模拟量模块输入端子，为控制器运算提供检测数据。1.3控制系统控制系统采用SIMATICS7-200PLC（型号:CPU224）,外加三个模拟量扩展模块，控制算法采用P、PI、PIDoCPU224集成14个输入10个输出共24个数字量I/O点，16K字节程序和数据存储空间，6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，与上位机通信。CPU224本身不能处理模拟信号，故处理模拟信号时需要外加模拟

7、量扩展模块EM235,该模块有四路模拟量输入一路模拟量输出，可直接与传感器和执行器相连，完成对现场系统模拟量的检测和对执行器的控制。1.4执行器系统在对被控变量进行控制时，执行器可以采用美国霍尼韦尔电动调节阀，根据控制系统给出的控制信号，改变电动调节阀的开度以调节操纵变量的大小。执行器也可以采用西门子M420变频器和水泵，变频器根据控制系统给出的控制信号输出不同的信号，以改变电机转速调节水泵出口流量，即调节操纵变量的大小。1.5组态监控功能上位机采用组态王软件开发设计实验平台监控系统，图3为单容液位控制系统监控画面。组态王从研华A

8、DAM4000模块读数，对采集数据进行保存和处理，对被控参数进行实时监测、工艺流程演示、趋势曲线显示、历史曲线显示等，同时在线调整控制器参数，实现在线比较分析控制参数在控制过程中的作用[7-9]o2过程控制综合实验设计过程控制综合实验平台可充分模拟