PLC控制实验系统网络结构

1.PLC控制实验系统网络结构

以西门子S7300PLC控制器为核心的实验控制系统网络结构图如图8-69所示。该系统主要包括：PLC控制器部分、具有上位机监控操作功能的学生终端部分、过程实验装置、具有实验信息管理功能的教师终端设备。

图8-69 基于PLC实验控制系统结构图

2.实验装置

实验装置中主要包含：不锈钢储水箱、串接圆筒有机玻璃左上水箱、左下水箱、右上水箱、右下水箱、四容水箱、单相2.5kW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）、纯滞后水箱等实验装置。系统动力支路分两路组成：一路由单相动力循环水泵、电动控制阀、电磁流量计、水管及手动切换阀组成；另一路由动力水泵、变频调速器、涡轮流量计、水管及手动切换阀组成。

实验装置中检测变送和执行元件包括：压力液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、电磁流量计、控制阀等。实验装置整体结构如图8-70所示。

图8-70 实验装置整体结构

图8-71 添加驱动程序

3.运行WinCC实验项目

运行WinCC，新建一个工程，进入工程资源管理器。在“变量管理器”中添加SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE驱动程序，如图8-71所示。

在相应的通信接口类型中新建驱动连接。在新建的驱动连接中建立变量。注意：变量的地址要和PLC中的地址相对应，如图8-72所示。

在图形编辑器中创建组态画面。画面中用到的变量一定要事先定义好。

保存并激活WinCC。运行工程，实现在上位机对控制对象的监控。也可以点击图标，进入监控运行系统。

图8-72 新建驱动链接

根据已经组好的文件进行操作，点击菜单可进入实验控制系统，并对里面的一些开放参数进行设置。WinCC可运行的监控实验见表8-17。

表8-17 WinCC可运行的监控实验

4.锅炉内胆和夹套温度串级PID控制实验

图8-73所示为一温度串级控制系统。主对象的输出为系统的被控制量（锅炉夹套温度），副对象的输出是锅炉内胆温度。

图8-73 温度串级控制系统

实验步骤：(www.xing528.com)

（1）设备的连接和检查

打开以主回路泵为动力的支路至锅炉内胆的所有阀门（V1，V4，V15）。

打开以副回路泵为动力的支路至锅炉夹套的所有阀门。

控制台上将“加热水箱水温”信号（1～5V）连接到PLC的模拟输入模块1的AI2端口，将PLC的模拟量输出模块的AO1通道连接到“加热功率”端子上，连接时要注意正负极性。夹套温度已经直接接入PLC模拟输入模块1的AI7，不必再连线。

（2）启动实验装置

打开电源带漏电保护断路器。

电源指示灯点亮，即可开启电源。

将锅炉内胆的泄水阀开至适当开度，打开主回路泵电源和旁路干扰阀V3向锅炉内胆进水，直到干烧报警灯熄灭为止。

控制锅炉内胆进水阀V15的开度，使锅炉内胆溢流管能流出一定量的水，确保内胆始终满水。注意内胆泄水阀开度和溢流水量不宜过大，防止冷却作用过强。

打开变频器电源，并将变频器手自动切换开关打到手动。然后按“PU/EXT”按钮使“PU”灯亮，此时变频器工作在内部操作模式。转动白色旋钮选择一个频率后，按“SET”键确定。

控制夹套进水阀至适当开度，使夹套溢流出一定量的水，注意溢流的量不要太大。

打开检测电源和电加热管电源。

开启控制台上24V/S7-300PLC电源开关，将PLC置于运行。

（3）实验操作步骤

运行WinCC软件，进入相应的实验。

正确设置PID控制器：

副控制器：纯比例（P）控制，正作用，自动，KC2（副回路的开环增益）较大。

主控制器：比例积分（PI）控制，反作用，自动，KC1<KC2（KC1主回路开环增益）。

待系统稳定后，类同于单回路控制系统那样，对系统加扰动信号，扰动的大小与单回路时相同。

通过反复对副控制器和主控制器参数的调整，使系统具有较满意的动态响应和较高的控制精度。

（4）思考题

串级控制系统投运前需要做好哪些准备工作？主、副控制器的内、外给定如何确定？正、反作用如何设置？

本实验中主、副控制器的极性应如何确定？

为什么副回路中的副控制器不设计为PI控制器？

改变副控制器比例放大倍数的大小，对串级控制系统的扰动能力有什么影响？试从理论上给予说明。