高级过程控制对象系统实验装置的控制系统设计wincc监控子系统
现场总线技术出现了，也就迫使传统的控制系统的结构发生了改变，控制系统更加智能化、信息化和网络化。现场总线应用非常普遍，将现场总线技术应用到实验装置中，是目前必须要解决的问题。本次设计是以 PC机作为上位机，西门子公司的 S7 - 300PLC 作为下位机，并以THJFCS-1 型过程控制系统实验装置做为控制对象，组成一个过程控制实验系统。上位机采用的组态软件是WINCC，上位机和下位机通过现场总线进行通信，从而对实验装置实现过程控制的监控。在本次设计中，开发出了三个实验项目，分别是水箱液位串级控制实验、锅炉内胆水温PID控制实验、单环路流量PID控制实验。并对开发的项目进行组态监控设计，通过调试得到结果。关键词 现场总线，过程控制实验装置，Wincc
目 录
1 引言 1
1．1 课题研究的背景与意义 1
1．2 对课题的认识 2
2 控制系统的概述 2
2．1 系统简介 2
2．2 系统组成 4
2．3 系统软件 5
3 开发的实验项目 6
3．1 水箱液位串级控制实验 7
3．2 锅炉内胆水温PID控制实验 7
3．3 单环路流量PID控制实验 8
4 控制系统的组态监控设计 9
4．1 创建新项目 9
4．2 添加驱动程序 10
4．3 创建变量 13
4．4 画面编辑 14
5 PLCSIM仿真调试 17
5．1 PLCSIM简介 17
5．2 水箱液位串级控制实验调试 17
5．3 锅炉内胆水温PID控制实验调试 25
5．4 单环路流量PID控制实验调试 28
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附录 控制系统PLC程序 35 1 引言
1．1 课题研究的背景与意义
时代在发展，技术在进步，如今自动化技术发展的热点就是现场总线，现场总线被称为自动化领域的计算机局域网（LAN），自动化控制技术及其出现标志 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
着新时代的开始。现场总线是你具有连接功能的仪器设置在控制领域设置在数字控制设备的控制室，串行，多通信网中。
现场总线技术出现了，也就迫使传统的控制系统的结构发生了改变，使自动控制系统在智能化、数字化、信息化、网络化、多元化方向上形成了一种新型的网络集成总分布式控制系统——现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）。
现场总线由于其开放，数字，多站点通信，低带宽特性，实现了微机测量和控制设备之间的双向串行多节点数字通信。因此可以轻松连接互联网（Internet），企业内部网（Interanet）连接[1]。
现场总线技术更加完善和成熟，现场总线技术其在工业领域的应用已经非常普遍，如何将现代控制技术的主流应用于教学实验装置，本套实验装置是在传统的实验装置基础上，通过现场总线协议进行数据传输和现场总线模块的交换，而不是传统的现场检测和传输设备，使用工业以太网和主机进行通信和远程控制，使整个控制系统实现网络和数字化。
工业生产在发展，为了适应工业的发展，对控制系统的性能指标的要求越来越高。
与此同时,越来越多的时间滞后,非线性复杂控制对象用于实际的生产过程，传统的控制技术控制复杂的设备不容易得到想要的结果，研究控制技术对于现在来说，有不同的意义。通常需要数年,甚至更长时间,出现这种情况由于缺乏理论研究过程真实的支持对象,应用新的科学研究一旦实际生产很难避免这样或那样的问题。因此，根据过程控制中典型对象的特点，开发一种实验装置来测试理论研究的结果，这是具有特殊意义的相对于我们而言。与此同时,为了使自动化相关专业学生专业课程学习期间获得更多的实践机会,他们可以有一个更好的理解他们所学的知识和理解。有了实验室，就提高了学生对知识的理解能力和动手能力。加深了对于知识应用的了解。
1．2 对课题的认识
“THJFCS1型现场总线过程控制系统实验装置”是由现场总线控制系统和对象系统组成。被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接圆筒形有机玻璃水箱、4.5Kw电加热锅炉(由不锈钢内胆和夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管路组成。单回路控制系统由受控对象、执行器、调节器和测量变送器组成。系统的给定量是一定的值，要求系统将稳定量控制在给定的量。单回路控制系统实验根据被控对象的不同，可以开发的项目有：上水箱液位PID实验、串接双容水箱液位PID整定实验、锅炉内胆水温PID控制实验、水箱液位串级控制实验。三容液液位定值控制实验、锅炉夹套水温PID控制是实验、单环路流量PID控制实验。
单回路控制系统是过程控制的最简单形式，它只使用一个调节器，调节器也只有一个输入信号，只有一个闭环。在大多数情况下，这种简单的系统已经能够满足生产过程的需要。然而，在复杂的控制系统中，需要基于单个电路，采取其它措施来形成复杂的控制系统。串级控制系统由两个主电路组成。在工业生产中最常用到的是液位参数，在工业生产中使用液位控制装置是非常普遍的。串级控制系统可以提高控制质量的非常显著的效果，所以使用串级控制系统来实现的项目就很多[2]。
2 控制系统的概述
2．1 系统简介
现场总线的控制系统是基于PROFIBUS的通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。
本次设计用到的实验装置可分为两部分，一个是上位控制系统，另一个则是控制对象，现场总线控制系统的结构图如图21所示。
图21 现场总线控制系统结构图
控制对象总貌图如图22所示。
图22 控制对象总貌图
2．2 系统组成
目 录
1 引言 1
1．1 课题研究的背景与意义 1
1．2 对课题的认识 2
2 控制系统的概述 2
2．1 系统简介 2
2．2 系统组成 4
2．3 系统软件 5
3 开发的实验项目 6
3．1 水箱液位串级控制实验 7
3．2 锅炉内胆水温PID控制实验 7
3．3 单环路流量PID控制实验 8
4 控制系统的组态监控设计 9
4．1 创建新项目 9
4．2 添加驱动程序 10
4．3 创建变量 13
4．4 画面编辑 14
5 PLCSIM仿真调试 17
5．1 PLCSIM简介 17
5．2 水箱液位串级控制实验调试 17
5．3 锅炉内胆水温PID控制实验调试 25
5．4 单环路流量PID控制实验调试 28
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
附录 控制系统PLC程序 35 1 引言
1．1 课题研究的背景与意义
时代在发展，技术在进步，如今自动化技术发展的热点就是现场总线，现场总线被称为自动化领域的计算机局域网（LAN），自动化控制技术及其出现标志 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
着新时代的开始。现场总线是你具有连接功能的仪器设置在控制领域设置在数字控制设备的控制室，串行，多通信网中。
现场总线技术出现了，也就迫使传统的控制系统的结构发生了改变，使自动控制系统在智能化、数字化、信息化、网络化、多元化方向上形成了一种新型的网络集成总分布式控制系统——现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）。
现场总线由于其开放，数字，多站点通信，低带宽特性，实现了微机测量和控制设备之间的双向串行多节点数字通信。因此可以轻松连接互联网（Internet），企业内部网（Interanet）连接[1]。
现场总线技术更加完善和成熟，现场总线技术其在工业领域的应用已经非常普遍，如何将现代控制技术的主流应用于教学实验装置，本套实验装置是在传统的实验装置基础上，通过现场总线协议进行数据传输和现场总线模块的交换，而不是传统的现场检测和传输设备，使用工业以太网和主机进行通信和远程控制，使整个控制系统实现网络和数字化。
工业生产在发展，为了适应工业的发展，对控制系统的性能指标的要求越来越高。
与此同时,越来越多的时间滞后,非线性复杂控制对象用于实际的生产过程，传统的控制技术控制复杂的设备不容易得到想要的结果，研究控制技术对于现在来说，有不同的意义。通常需要数年,甚至更长时间,出现这种情况由于缺乏理论研究过程真实的支持对象,应用新的科学研究一旦实际生产很难避免这样或那样的问题。因此，根据过程控制中典型对象的特点，开发一种实验装置来测试理论研究的结果，这是具有特殊意义的相对于我们而言。与此同时,为了使自动化相关专业学生专业课程学习期间获得更多的实践机会,他们可以有一个更好的理解他们所学的知识和理解。有了实验室，就提高了学生对知识的理解能力和动手能力。加深了对于知识应用的了解。
1．2 对课题的认识
“THJFCS1型现场总线过程控制系统实验装置”是由现场总线控制系统和对象系统组成。被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接圆筒形有机玻璃水箱、4.5Kw电加热锅炉(由不锈钢内胆和夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管路组成。单回路控制系统由受控对象、执行器、调节器和测量变送器组成。系统的给定量是一定的值，要求系统将稳定量控制在给定的量。单回路控制系统实验根据被控对象的不同，可以开发的项目有：上水箱液位PID实验、串接双容水箱液位PID整定实验、锅炉内胆水温PID控制实验、水箱液位串级控制实验。三容液液位定值控制实验、锅炉夹套水温PID控制是实验、单环路流量PID控制实验。
单回路控制系统是过程控制的最简单形式，它只使用一个调节器，调节器也只有一个输入信号，只有一个闭环。在大多数情况下，这种简单的系统已经能够满足生产过程的需要。然而，在复杂的控制系统中，需要基于单个电路，采取其它措施来形成复杂的控制系统。串级控制系统由两个主电路组成。在工业生产中最常用到的是液位参数，在工业生产中使用液位控制装置是非常普遍的。串级控制系统可以提高控制质量的非常显著的效果，所以使用串级控制系统来实现的项目就很多[2]。
2 控制系统的概述
2．1 系统简介
现场总线的控制系统是基于PROFIBUS的通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。
本次设计用到的实验装置可分为两部分，一个是上位控制系统，另一个则是控制对象，现场总线控制系统的结构图如图21所示。
图21 现场总线控制系统结构图
控制对象总貌图如图22所示。
图22 控制对象总貌图
2．2 系统组成
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