工控组态技术及应用——MCGS (21)[33页]

项目五西门子S7300PLC液位控制

系统

本项目主要讨论西门子S7300PLC的结构特点、工作原理、PID模块的原理、MCGS组态以及系统调试等内容，使学生具备用S7300PLC及MCGS软件组建简单计算机监控系统的能力。

一、学习目标

1. 知识目标

⑴掌握西门子S7300PLC的工作原理。

⑵掌握模拟量输入模块/输出模块的特性。

⑶掌握模拟量控制的相关知识。

⑷掌握液位控制系统的控制要求。

⑸掌握液位控制系统PID控制算法的设计方法。

⑹掌握西门子S7300PLC液位控制系统的构成。

⑺掌握简单控制系统的设计思路。

⑻掌握西门子S7300PLC液位控制系统的硬件接线。

⑼掌握西门子S7300PLC液位控制系统设备的连接。⑽掌握控制系统的组态设计方法。

2. 能力目标

⑴初步具备简单工程的分析能力。

⑵初步具备过程控制系统的设计能力。

⑶增强独立分析、综合开发研究、解决具体问题的能力。

⑷初步具备西门子S7300PLC系统的设计能力。

⑸初步具备西门子S7300PLC系统的应用能力。

⑹初步具备对简单控制算法PID的设计能力。

⑺初步具备对西门子S7300PLC系统中PID模块的应用能力。

⑻初步具备对简单控制系统进行组态的设计能力。

⑼初步具备西门子S7300PLC系统的调试能力。

二、要求学生必备的知识与技能

1.必备知识

⑴计算机控制基本知识。

⑵计算机直接数字控制系统基本知识。

⑶西门子S7300PLC系统基本认识。

⑷西门子S7300PLC系统模拟量输入/输出模块基本知

识。

⑸I/O信号处理基本知识。

⑹简单过程控制系统基本知识。

⑺检测仪表及调节仪表的基本知识。

⑻PID控制原理。

⑼PLC编程的基本知识。

⑽组态技术基本知识。

2. 必备技能

⑴熟练的计算机操作技能。

⑵简单过程控制系统分析能力。

⑶S7-300PLC编程软件使用的技能。

⑷S7-300PLC简单程序调试的技能。

⑸S7-300PLC硬件的接线能力。

⑹仪表信号类型的辨识能力。

⑺S7-300PLC PID模块应用能力。

⑻计算机监控系统的组建能力。

MCGS工控组态技术应用模块四MCGS模拟量组态工程表4-5-1理实一体化教学任务

任务一分析水箱液位控制系统控制要求

任务二水箱液位控制系统控制方案的设计

任务三水箱液位控制系统PLC设备选型

任务四水箱液位控制系统硬件接线

任务五水箱液位控制系统软件编程

任务六水箱液位控制系统上位机组态

任务七水箱液位控制系统调试三、理实一体化教学任务

见表4-5-1。

四、理实一体化教学步骤

1.分析水箱液位控制系统控制要求

水箱液位控制系统被控量为上水箱液位Q1（也可采用中水箱或下水箱）的高度，要求上水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器检测到的上水箱液位信号作为测量信号，通过控制器控制电动调节阀的开度，达到控制上水箱液位的目的。系统的控制器应采用PI控制规律。

图4-5 -1上水箱液位控制系统结构图和方框图

(a)结构图(b)方框图

2. 水箱液位控制系统控制方案的设计

系统I/O设计：

AI：2个。

AO：1个。

系统构成设计：用一台S7300（CPU315-2DP）PLC、一个SM331模拟量输入模块和一个SM332模拟量输出模块，以及一块西门子CP5611专用网卡和一根MPI网线实现对

S7300PLC液位的控制，并用MCGS软件实现对各种参数的显示、存储与控制功能。图4-5-2所示为S7-300PLC控制系统结构图。

图4-5-2S7-300PLC控制系统结构图

3. S7300PLC水箱液位控制系统实训设备基本配置及控制接线图

1）实训设备基本配置

液位对象（带液位变送器和电动调节阀）一套S7-300PLCCPU：CPU315-2DP 1个

模拟量输入模块：SM331 1个

模拟量输出模块：SM332 1个

通讯卡：CP5611专用网卡1个

通信电缆：MPI 1个

计算机1台/人

2）S7300PLC液位控制系统接线

4. S7300PLC水箱液位控制系统的控制原理

上水箱液位信号经液位变送器的转换，将其转换为4～20mA的电流信号，然后送到S7-300PLC系统

SM331模块的0通道，通过SM331模块内部D/A转换电路将4～20mA的电流信号转换为数字信号送到CPU模块CPU315-2DP中，然后按照预先编写的程序，对被测量进行分析、判断、处理，按预定的控制算法进行PID 运算，从而送出一个控制信号，送到SM332模块的0通道，经D/A转换器转换为4～20mA的电流信号送给电动调节阀，从而通过调节阀门的开度来达到控制水箱进水流量的目的；阀门的开度可通过SM331模块的1通道送到计算机进行显示。

5. S7300PLC水箱液位控制系统PLC控制程序

1）硬件组态

打开Step 7编程软件，进行系统组态、CPU的参数设置、模块的参数设置及地址分配，如图4-5-5所示。其中，S7-300PLC系统机架上有八个槽，编号为1～8。1号槽必须放电源模块，2号槽必须放CPU 及扩展模块，4～8号槽可以任意放置各种SM（信号模块）。