北京联合大学
实
验
报
告
课程（项目）名称：
过 程 控 制
学 院： 自动化学院 班 级： 0910030201 姓 名：
张 松
专 业：
自动化 学 号：2009100302119 成 绩：
2012 年 11 月 14 日
实验一 交通灯控制
一、 实验目的
熟练使用基本指令，根据控制要求，掌握 PLC 的编程方法和程序调试方法，掌握交通灯控制的多 种编程方法，掌握顺序控制设计技巧。 二、实验说明
信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，按以下规律显示：按先 南北红灯亮，东西绿灯亮的顺序。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 25 秒，南 北绿灯亮维持 20 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……如此循环，周而复始。如图 1、图 2 所示。
图 1
图 2
三、实验步骤
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1．输入输出接线 输入 SD 输出 R Y G 输出 R Q0.0 Y Q0.5 G Q0.4 I0.4 东西 Q0.1 Q0.3 Q0.2 南北 2.编制程序，打开主机电源编辑程序并将程序下载到主机中。 3.启动并运行程序观察实验现象。 四、参考程序 方法 1：顺序功能图法
设计思路：采用中间继电器的方法设计程序。这个设计是典型的起保停电路。
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方法 2：移位寄存器指令实现顺序控制
移位寄存器位（SHRB）指令将 DATA 数值移入移位寄存器。S_BIT 指定移位寄存器的最低位。N 指 定移位寄存器的长度和移位方向（移位加=N，移位减=-N）。SHRB 指令移出的每个位被放置在溢出内存 位（SM1.1）中。该指令由最低位（S_BIT）和由长度（N）指定的位数定义。
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方法 3：利用定时器实现
思路：利用多个定时器逻辑组合实现控制时序。
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五、思考题
1．实验中遇到的问题？如何解决的？
2．对单一顺序控制—交通灯控制的几种实现方法技巧进行总结。
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实验二 四炉起停控制
一、实验目的
练习使用基本指令，熟悉顺序控制的基本方法，根据控制要求，掌握 PLC 的编程方法和程序调试 方法，了解 PLC 程序在实际生活中的应用。 二、实验说明
如图 1 所示。
控制要求：电炉丝 4 组，每组 A,B.C 三相，Y 接，每相 10KW， 220V,50A（约）；
启动时：1 得电加热，温度未到，延时 1 分钟，2 得电加热。。。直到温度到。先启的先停； 停止时：温度到，1 先停，延时 1 分钟，2 停。。。直到温度未到，先停的先启。
图 1
三、实验步骤 1.输入输出接线 输入 地址 I0.4 I0.5 说明 温度未到闭合开关 温度到闭合开关 地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 输出 说明 第一组电炉丝 第二组电炉丝 第三组电炉丝 第四组电炉丝 2.编制程序，打开主机电源编辑程序并将程序下载到主机中。 3.启动并运行程序观察实验现象。
四、参考程序 主程序 OB1：
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子程序 SBR_0：
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子程序 SBR_1：
五、思考题
1．实验中遇到的问题？如何解决的？
2．对顺序控制—四炉先启先停的实现方法技巧进行总结。
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1．实验目的
实验三 生产线小车运行控制
熟悉随机逻辑控制的基本方法，掌握送料小车运行控制的编程技巧和程序调试方法。 二、实验说明
控制要求：生产车间往返运行的供料小车有 1#～5#五个工位。任何一个工位呼叫小车时，小车能 自动判断下一运动方向并到达呼叫位置。当小车运行到较远工位过程中，若又有较近工位的呼叫时， 小车能够先在较近工位停车，延时后自动运动到较远的工位。如图 1 所示。
图 1
三、实验步骤 1.输入输出接线
I/O 分配见表 1，I/O 接线如图 2 所示。 表 1 输入 地址 I1.0～I1.4 I0.0～I0.4 3.启动并运行程序观察实验现象。
说明 1#～5#工位呼叫按钮 SB1～SB5 1#～5#工位行程开关 SQ1～SQ5 输出 地址 Q0.0～Q0.4 Q0.5、Q0.6 Q1.0、Q1.1 说明 1#～5#工位指示灯 HL1～HL5 右行、左行指示灯 HL6、HL7 右行、左行接触器 KM1、KM2 2.编制程序，打开主机电源编辑程序并将程序下载到主机中。
图 2
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四、参考程序 参考程序 1：
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参考程序 2：
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五、思考题
1．实验中遇到的问题？如何解决的？
2．总结送料小车运行控制的编程技巧和随机逻辑控制设计的方法规律。
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实验四 小型电热锅炉过程控制系统
一 实验目的
掌握模拟量闭环控制原理及系统组成原理，熟练掌握 PLC 控制系统的 PID 指令编程及中断的应 用，掌握模拟量输入/输出模块的使用及输入输出量程转换方法。 二 实验装置和设备
1．QXLPC-IV 型小型过程控制实验装置，（如 图 1 所示）。
2．S7200 系列 PLC（主机 CPU222CN
8 点
input，6 点 output；扩展单元 EM235 4AI,1AO）。
3．执行器：MICROMASTER 420 型变频器以 及 160Q-8F 磁动泵；晶闸管 SCR。
4．压力变送器、液位变送器、Pt100 铂电阻 和数显温度变送仪、涡轮流量计和数显流量变送仪。
5．QXLPC-IV 型小型过程控制实验装置。 6．安装有软件 STEP 7-MicroWIN 的 PC 机。
图 1 QXLPC-IV 型小型过程控制实验装置
三、实验原理
系统组成结构如图 2 所示，通过水泵向电热锅炉供水，其中压力变送器测量进水压力，流量计 测量流量，液位变送器测量液位，Pt100 铂电阻和数显温度变送仪检测出水温度并进行变送。变频器 和水泵、晶闸管 SCR(温度控制)为执行元件。通过 S7-200 PLC 编程控制电热锅炉的液位、压力、流量 或温度。
本次实验实现对锅炉液位的单回路控制。液位单回路控制方框图如图 3 所示。首先由变送器检测 实时数值，转换为 1～5V 的直流信号,连接至 PLC 的模拟量输入端，经 A/D 转换为 6400～32000 的数 字量。PLC 的控制程序将对此数字量处理，并与给定值比较后通过 PID 调节输出操作信号，通过 D/A 转换为 4～20mA 的模拟量输出给执行器—变频器，改变水泵的输出功率以达到锅炉液位的自动控制。
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图 2 系统组成结构图
图 3 液位单回路控制方框图
四、实验内容和步骤
1．控制程序设计
注：液位信号地址为 AIW4。控制程序分为主程序，和中断程序。参考程序如下。 1） 主程序 （实现参数的初始化、定时中断的连接和开、关中断等）
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2）中断程序
中断程序实现定时采样滤波、输入量程转换、PID 控制、输出量程转换功能。 中断程序 INT_0：
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2．编辑下载调试程序
使用 STEP 7-MicroWIN 软件编辑程序，编译成功下载至 S7-200PLC。建立用户状态表用于调试中 在线监视和修改数据。
1）PG/PC 接口设置
(1)双击指令树“设置 PG/PC 接口”图标，在打开的对话框中设置编程计算机的
“PC/PPICable（PPI）”的属性。设地址为 2 其它的选择默认设置，本地连接采用 COM1 端口。
(2)双击指令树文件夹“通信”图标，双击刷新设备后,程序软件将会自动自动搜索连接在网络上 的 S7-200,之后选择所显示的 S7-200,建立 PC 机与 PLC 之间的连接。
2）下载与调试
首先单击工作栏中的“下载”按钮，将出现下载对话框，在对话框内可以选择是否下载程序块、 数据块、系统块、配方和数据记录配置。单击“下载”按钮，PLC 将自动切换到 STOP 模式并开始下载 程序数据。下载成功后。将 PLC 的工作模式切换到 RUN 模式，下载到 PLC 中的程序便开始运行。
3） 观察变量变化，记录数据。
打开状态表，可以在线更改设定值以及 PID 参数，可以在线监视实际值的变化，也可以直接从锅 炉液位计上看到数值。
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五、思考题
1．实验中遇到的问题？如何解决的？ 2．定时中断设定时间根据什么设定？
3．对闭环 PID 过程控制的原理理解及实现方法进行总结。
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实验五 恒压供水控制系统
一、实验目的
了解恒压供水控制的基本原理，掌握模拟量闭环 PID 控制的原理，掌握 PID 指令和中断指令的应 用及编程方法。
二、实验设备
CPU224CN 的 PLC 一台\\安装有 STEP7 软件的计算机\\若干导线 3、实验原理
1．系统组成
变频调速恒压供水系统如图 1 所示,该系统应用 S7-200 PLC 作为控制器,由压力传感器检测当前 水压实际值，经变送器通过 A/D 转换模块将模拟量转换成数字量送入 PLC，经 PLC 进行压力反馈值与 设定值的 PID 运算，运算结果送入变频器频率控制端，控制变频器的输出频率，从而改变电机转速， 达到恒压供水的目的。
消防用水 生活用水
电磁阀
进水阀
市网来水
压力传感器
泵 1
上限 下限
P C 机
P L C
变 频 器
泵 2 泵 3
水池
水位控制器
2．电气控制主电路图
图 1 恒压供水系统
主电路图如图 2 所示。三台电机分别为泵 1、泵 2、泵 3。接触器 KM1、KM3、KM5 分别控制泵 1、泵 2、泵 3 的工频运行；接触器 KM2、KM4、KM6 分别控制泵 1、泵 2、泵 3 的变频运行；VVVF 为一般的变频
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图 2 主电路原理图
3．控制电路图
控制电路如图 3 所示。SA 为手动/自动转换开关，“1”的位置为手动控制状态，“2”的位置为自 动控制状态。手动控制时，可用按钮 SB1-SB8 控制泵的启/停和电磁阀 YV2 的通/断；自动运行时，系 统在 PLC 程序控制下运行。由于电磁阀 YV2 没有触点，所以要使用一个中间断电器 KA1 间接控制 YV2，来实现 YV2 的手动自锁功能，HL10 为自动运行状态电源指示灯。
图 3 控制电路图
4．水管压力单回路控制框图
变频调速恒压控制系统主要是以供水出口管网的水压为控制目标，将出口总管网的实际压力与设 定压力进行比较，进行PID调节，实现水管压力的恒定。如图4所示。
给定压力 实际压力 变频器 水泵组 PID 调节器 水管 压力传感器 图4 水管压力单回路控制原理
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四、实验步骤
1．外部设备接线
本装置中输入公共端要求接主机模块电源的“L+”，此时输入端是低电平有效；输出公共端要求 接主机模块电源的“M”，此时输出端输出的是低电平，电源 COM 接 M, V+接 L+。接线如图 5 所示。
图 5 实验装置接线图
2.PLC I/O 端子分配
控制系统的输入/输出信号的代码、名称及地址编号如表 1、表 2 所示。水位下限和上限信号分 别为 I0.1、I0.2，它们在水淹没时为 0，露出时为 1。 表 1 输入信号分配表 名称 消防信号 水池水位下限信号 水池水位上限信号 模拟量输入 表2 输出信号分配表 代码 KM1,HL1 KM2,HL2 KM3,HL3 KM4,HL4 KM5,HL5 KM6,HL6 HL7 HL8 YV2
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地址 I0.4 I0.1 I0.2 AIW0(MW10) 名称 1泵工频运行接触器及指示灯 1泵变频运行接触器及指示灯 2泵工频运行接触器及指示灯 2泵变频运行接触器及指示灯 3泵工频运行接触器及指示灯 3泵变频运行接触器及指示灯 水池进水指示灯 水池水位下限故障指示灯 生活/消防供水转换电磁阀 地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 KA V1 变频器频率复位控制 模拟量输出信号 Q1.1 AQW0(MW20) 3.通信连接 S7-200 CPU 上的通信口是与 RS-485 兼容的 9 针 D 型连接器，符合欧洲标准 EN 50170。表 3 给出 了通信口的引脚分配。
S7-200 支持多种通信协议，如点对点接口(PPI)、多点接口(MPI)、PROFIBUS、以太网通信和调制 解调器通信。本系统使用 PC/PPI 电缆来实现 S7-200CPU 与 RS-232 标准兼容的设备的通信。
4．编辑并下载程序。
5．建立变量表，观察实验现象。 五、参考程序
本系统采用 PLC 梯形图语言，实现各种顺序逻辑控制以及压力闭环控制功能。系统程序主要由三 部分组成：主程序、子程序和中断程序。程序中使用的 PLC 元器件及其功能如表 3 所示。
表 3 程序中使用的元器件及其功能 地址 VD100 VD104 VD108 VD112 VD116 VD120 VD124 VD204 VD208 VD212 VD250 VB300 VB301 VD310 T33/T34
1．主程序流程图
主程序主要完成水泵的运行与切换，生活与消防用水管网恒压值的设定，以及各种信号的综合处 理。在多泵组恒压供水系统中，为使供水设备均匀磨损，要求各台水泵的电机轮流工作以保证各自的 累计运行时间相差不大。这里规定任一台泵连续变频运行时间不应超过 3 小时。另外当多泵运行时， 系统还要遵循“先启先停”原则。这些功能都在主程序中完成，主要思路如下：
说明 压力实际值 压力设定值 PI 计算值 比例系数 采样时间 积分时间 微分时间 变频器运行频率下限值 生活供水频率上限值 消防供水频率上限值 实际运行频率值 变频工作泵的泵号 工频运行泵的总台数 倒泵时间存储器 工频/变频转换时间控制 地址 T37 T38 T39 M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 M0.5 M0.6 M2.0 M2.1 M2.2 M3.0 M3.1 说明 工频泵增泵滤波时间控制 工频泵增泵滤波时间控制 工频/变频转换时间控制 故障结束脉冲信号 泵变频启动脉冲 泵工频启动脉冲 倒泵变频启动脉冲 复位当前变频运行泵脉冲 当前泵工频运行启动脉冲 新泵变频启动脉冲 泵工频/变频转换控制器 泵工频/变频转换控制器 泵工频/变频转换控制器 水池水位下限故障控制器 进水阀开启标志
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(1) 恒压供水的一个显著优点就是可通过变频器实现水泵的软启动，以避免对管网和电网负荷的 冲击。为此，规定每次需要启动新泵或切换变频 泵时，都以新运行的水泵作为变频泵。
(2)
为达到恒压供水，系统会根据需要投入/
退出水泵，而投入/退出的标准就是判断变频器输 出是否达到所设定的频率上限/下限值。这里应当 考虑到系统由于偶然的频率波动所造成的频率越 出上/下限范围的情况，为此在程序中应当加上一 定的延时判断。
(3)
为使任何一台泵连续变频运行时间不超 过 3 小时，应对单泵变频运行时间进行累计，累 计时间超过 3 小时时，变频泵号改变，同时触发 启动下一台泵的信号，而当有泵运行于工频状态 时，计时器应停止计时并清零。
(4) 为实现对三台水泵的循环工作控制，这里采 用了“泵号+1”策略，同时采用“工频运行台数 结合变频运行泵号”策略实现对工频泵的轮换操 作。基于上述思想的主程序流程图如图 6 所示，
加、减泵
流程图如图 7、图 8 所示。
图 6
主程序流程图
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图 7 加泵流程图 32
图 8 减泵流程图
2. 主程序
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3. 子程序
子程序实现初始化功能。
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4. 中断程序
中断程序实现采样处理、PID 控制、输出量程转换功能。
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注： 实验挂箱的接线
如图 9 所示,输入接口 1L 与 3L、M 连接，2L 与 M 连接，3L 与 4L、5L 相连，输出接口 1M 与 3M、L+连接，2M 与 4M、L+连接，电源 COM 接 M,V+接 L+。
图 9 挂箱接线图
设置 PG/PG 接口
六、思考题
1．实验中遇到的问题？如何解决的？ 2．总结本次试验的收获。
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