97自动检测技术及仪表控制系统实验指导书 (1)

实验指导书第一节系统概述一、概述“自动检测技术及仪表控制系统实验”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。根据工业自动化及其他相关专业的教学特点，并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。本装置结合了当今工业现场过程控制的现状，是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术为一体的多功能实验设备。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，是帮助同学们对先进控制系统研究的一个物理模拟对象和实验平台。学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容：1.流量、温度、液位、压力等智能表的分类、工作原理、特性、安装方式及注意事项。2.盘柜接线方式及组成。3.上位机WinCC程序了解及应用。二、系统特点真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场；被控参数全面，涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典各种控制算法和调节规律在开放的实验软件平台上都可以实现。培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力；第二节：上位机、下位机认识一、概述上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC/hostcomputer/mastercomputer/uppercomputer,屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。下位机是直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC/单片机singlechipmicrocomputer/slavecomputer/lowercomputer之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般为模拟量），转换成数字信号反馈给上位机。简言之如此，实际情况千差万别，但万变不离其宗：上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。上位机操作画面下位机编程界面二、基本操作1.上位机点击桌面WinCC图标打开项目如图：在WinCC中可以建立新的项目，绘制上位机操作界面，建立变量与下位机连接从而实现自动控制。2.下位机1、点击打开STEP7进入SIMATIC管理器STEP7的管理平台，此平台是用于S7300/400系列PLC项目组态、编程和管理的基本程序。在SIMATIC管理器界面内可以同时打开多个项目，所有打开的每个项目均用一个项目窗口进行管理。项目窗口类似于Windows的资源管理器，分为左右两个视窗，左边为项目结构视窗，显示项目的层次结构；右边为项目对象视窗，显示左视窗对应项的内容，如图1.1所示。图1.1SIMATIC管理器2、SIMATIC管理器自定义选项设置的几个比较常用的设置（如图1.2所示）1)常规选项卡可设置STEP7项目、多项目的默认存储目录；使用对应的“Browse”按钮，可以选择一个不同的存储路径。2）语言、助记符设置“助记符”就是指进行PLC程序设计时，各种指令元素的标识。这些标识一般用单词缩写形式表示，以便于记忆。图1.2SIMATIC管理器自定义选项设置3、符号编辑器使用符号编辑器可以管理所有的共享符号，其导入/导出功能可以使STEP7生成的符号表供其他的Windows工具使用，如图1.3所示。图1.3符号表4、诊断硬件诊断硬件功能可以提供可编程序控制器的状态概况。可以只是每个模板是否正常。硬件诊断窗口如图1.4所示。图1.4硬件诊断4、编程语言用于s7-300和S7-400编程语言的梯形逻辑图（LadderLogic）、语句表（StatementList）和功能块图（FunctionBlockDiagram）都集中在一个标准软件包中。在STEP7V5.3以上的版本中顺序功能图（S7Graph）编程语言也在标准软件包中。此外，还有可选软件包，分别是结构化控制（S7SCL）编程语言、状态图（S7HiGraph）编程语言、连续功能图（S7CFC）编程语言。软件编程环境如图1.54所示。图1.5软件编程环境第三节：盘柜认识1、概述盘柜是与下位机相连接，通过下位机硬件组态实现连接的硬件设备。由CPU及各种数字量输入输出、模拟量输入输出卡、以太网通讯模块等组成的。最多配置4个机架。每个机架最多可以插入8个模块。在4个机架上最多可以安装32个模块。配置电源模块配置CPU配置数字量输入模块配置数字量输出模块图2.1下位机硬件组态与盘柜硬件对应2、接线图认识图2.2盘柜模块组成电源模块（2A）订货号：6ES7307-1BA00-0AA0CPU314(128K)订货号：6ES7314-1AG14-0AB0DI8/DO8xDC24V/0.5A订货号:6ES7323-1BH01-0AA0PAI1(8×13bit)订货号：6ES7331-1KF01-0AB0PAI2(8×13bit)订货号：6ES7331-1KF01-0AB0PAO1(8×12bit)订货号：6ES7332-5HF00-0AB0订货号：6GK7343-1EX30-0XE0CP343-1以太网通讯模块BY订货号：订货号：6ES7331-1KF01-0AB0PAI3(8×13bit)订货号：6ES7331-1KF01-0AB0PAI4(8×13bit)图2.3盘柜配电模块信息：323-1BH01P101RUN(实验台1泵101运行/停止)P101ERR(实验台1泵101故障)P201RUN(实验台2泵201运行/停止)P201ERR(实验台2泵201故障)BY(备用)BY(备用)BY(备用)BY(备用)P101START(实验台1泵101启/停)P201START(实验台2泵201启/停)BY(备用)BY(备用)BY(备用)BY(备用)BY(备用)BY(备用)图2.4十六路数字量输入输出卡模块信息：331-1KF01图2.5八路模拟量输入卡实验一：液位表认识实验一、实验目的1、熟悉多种液位计的工作原理。2、掌握不同液位计的特点及安装。3、掌握电动调节阀的特性及原理。4、了解离心泵的特性及原理。二、实验原理1、液位检测的意义及液位检测仪表的分类通过液位的测量，可以正确获知容器内所储物质的数量；监视或控制容器中介质的液位，使其保持在工艺要求的高度，或对它的上、下限位置进行报警，以及根据液位来连续监视或控制容器中流入与流出物料的平衡。由于被测对象种类繁多，检测的条件和环境也有很大的差别，因而液位检测的方法有很多。如直读式、静压式浮力式等等。下面给大家介绍几种常用液位计及其工作原理。浮筒液位计：浸在液体中的浮筒受到向下的重力、向上的浮力和弹簧弹力的复合作用。当这三个力达到平衡时，浮筒就静止在某一位置当液位发生变化时，浮筒所受浮力相应改变，平衡状态被打破，从而引起弹力变化即弹簧的伸缩，以达到新的平衡。弹簧的伸缩使与其刚性连接的磁钢产生位移。这样，通过指示器内磁感应元件和传动装置使其指示出液位。图3.1浮筒液位计浮子液位计：液位计根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转180°，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。双法兰液位计：法兰式差压变送器有单法兰，双法兰，插入式等结构形式，可根据不同情况进行选用。变送器的法兰直接与容器上的法兰连接，作为敏感元件的测量头（金属膜盒）经毛细管与变送器的测量室相连通，在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质，起到变送器与被测介质隔离的作用。变送器本身的工作原理与一般差压变送器完全相同。超声波液位计：超声波物位计安装于容器上部在电子单元的控制下，探头向被测物体发射一束超声波脉冲。声波被物体表面反射，部分反射回波由探头接收并转换为电信号。从超声波发射到被重新被接收，其时间与探头至被测物体的距离成正比。电子单元检测该时间，并根据已知的声速计算出被测距离。通过减法运算就可得出物位值。由于温度对声速具有影响，所以仪表应测量温度，以修正声速。差压液位计：差压液位计是利用液位差引起的静压差变化来测量液位高度，并将差压转换成4~20mADC电流信号。图3.2差压液位计三、实验步骤打开WinCC查找项目打开，点击激活如图3.3图3.3wincc界面点击用户登录，用户名：shiyan密码：123456如图3.4图3.4工程登陆界面点击实验一，选择对应试验台打开，弹出上位机控制画面如图3.5图3.5工程操作界面选择左侧液位计按钮，选择液位计。1、打开进料阀V109，将常温水注入水槽V102，达到水槽2/3时关闭阀门V109。2、启动泵P101，使V102中常温水通过支路打入V101，用不同液位计读出水槽V101液位。观察并记录PV值，SP值与OP值得变化。3、通过操作画面下方的液位趋势画面观察各液位计的变化趋势并截取符合要求的趋势图。4、实验完毕，依次关闭阀门，整理实验器材。四、实验报告要求1.查阅本次实验用到的液位表安装方法及注意事项。2.将液位趋势画面截图打印附于报告后。实验二：流量计认识实验一、实验目的1、熟悉多种流量计的工作原理。2、掌握不同流量计的特点及安装。3、掌握电动调节阀的特性及原理。4、了解离心泵的特性及原理。二、实验原理1、流量的定义及流量检测仪表分类指单位时间内流体(气体、液体或固体颗粒等)流经管道或设备某处横截面的数量，又称瞬时流量。按照检测量的不同，流量检测方法可以分为体积流量检测和质量流量检测，按照检测原理不同，流量检测方法有可分为速度法、容积法和质量法。现实工程中依据被测原料的特性来选择适应的流量检测仪表，下面给大家介绍几种常见的流量检测仪表。腰轮流量计：腰轮流量计又称罗茨流量计，其工作原理与椭圆齿轮流量计相同。腰轮流量计的转子是一对不带齿的腰形轮，在转动过程依靠套在壳体外的与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成驱动。图4.1腰轮流量计结构齿轮流量计：该流量计系直读累积式流体流量计，是由装有一对椭圆齿轮转子的计量室、密封联轴器和计数机构组成。测得旋转频率就可求得体积流量，主要适用于高粘度液体的测量。图4.2齿轮流量计结构孔板流量计：充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量涡轮流量计：在流体流动的管道内，安装一个可以自由转动的叶轮，当流体通过叶轮时，流体的动能使叶轮旋转。流体的流速越高，动能就越大，叶轮转速也就越高。在规定的流量范围和一定的流体粘度下，转速与流速成线性关系，因此，测出叶轮的转速或转数，就可确定流过管道的流体流量和总量。图4.3涡轮流量计结构电磁流量计：电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理制成的一种流量计。当被测导电流体在磁场中沿垂直磁力线方向流动而切割磁力线时，在对称安装在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，此电势与流速成正比。图4.4磁流量计结构超声波流量计：超声波测流量的作用原理有传播速度差法、多普勒法、声束偏移法、噪声法、相关法、流速—液面法等多种方法图4.5超波流量计结构玻璃转子流量计：玻璃转子流量计由两个部件组成，转子流量计一件是从下向上逐渐扩大的锥形管；转子流量计另一件是置于锥形管中且可以沿管的中心线上下自由移动的转子。转子流量计当测量流体的流量时，被测流体从锥形管下端流入，流体的流动冲击着转子，并对它产生一个作用力(这个力的大小随流量大小而变化)；当流量足够大时，所产生的作用力将转子托起，并使之升高。同时，被测流体流经转子与锥形管壁间的环形断面，从上端流出。当被测流体流动时对转子的作用力，正好等于转子在流体中的重量时(称为显示重量)，转子受力处于平衡状态而停留在某一高度。分析表明；转子在锥形管中的位置高度，与所通过的流量有着相互对应的关系。因此，观测转子在锥形管中的位置高度，就可以求得相应的流量值。三、实验步骤如实验一打开登陆界面，选择实验一，选择右侧流量计按钮，选择流量计。