《过程控制仪表》实验讲义中国石油大学（华东）信息与控制工程学院自动化系2012年10月实验一可编程数字调节器一、实验目的1、理解可编程数字调节器组态的含义。
2、掌握组态操作的基本概念和常用操作方法。
二、实验设备1、可编程数字调节器DRC-97 一台三、实验内容（一）基本操作练习按照DRC-97使用说明（见附录）进行基本操作练习。
掌握调节器面板上各按键的使用方法，熟悉各个操作画面，理解常用参数的含义。
（二）组态操作1、输入输出组态按下列参数对模拟输入AI1进行组态：类型：4~20mA 量程：0~100 单位：℃滤波：2S按下列参数对模拟输出AO1进行组态：类型：4~20mA 内部信号：MV1按下列参数对模拟输出AO2进行组态：类型：4~20mA 内部信号：MV22、控制组态按下列参数对PID1进行组态：作用方式：正作用给定方式：内给定SV:A1 PV:A1 MVH:90% MVL:10% AT:NP:100% I:2000S D:5S3、报警组态按下列参数对A1进行报警组态H.ALM Y 70 DO1L.ALM Y 30 DO2＋DEV Y 10 DO3－DEV Y 10 DO44、记录组态按下列参数对记录R1进行组态；内部信号：A1 记录间隔：1S按下列参数对记录R2进行组态；内部信号：MV1 记录间隔：1S（三）系统运行1、按下图接线。
（将LOOP2的输出MV2接入LOOP1中，模拟LOOP1的PV信号）2、调整控制点。
在LOOP1与LOOP2画面中进行操作，调整LOOP1的控制点，使得在自动状态下，MV 稳定在20%左右。
3、改变测量值。
在手动状态下迅速增加LOOP2的输出值，在记录画面中观察并分析MV1的实时变化曲线。
在手动状态下较大幅度的调整LOOP2的输出值，观察并分析报警状态的变化。
（四）综合实验1、PI 调节规律1）设置PB=100%，TI=5秒，TD=0。
2）调整控制点：MV=6mA 。
3）当偏差如右图变化时，将输出变化曲线绘制出来。
2、PD 调节规律 1）设置PB=100%，TI>1000秒，TD=10秒。
2）调整控制点：MV=10mA 。
3）当偏差如上图变化时，定性绘制输出曲线，标出重要坐标。
六、思考题1、什么是控制点？2、进行PI 特性测试时，PB 是否一定为100%？3、 若将调节器的输出信号作为测量值反送给调节器，构成一闭环控制系统，则调节器的正反作用应如何选择，会发生什么现象？4、实际系统中PID 参数的确定与哪些因素有关？实验二 S7-200 PLC 基本操作练习一、实验目的1、熟悉S7-200PLC 实验系统及外部接线方法。
2、熟悉编程软件STEP7-Micro/WIN 的程序开发环境。
3、掌握基本指令的编程方法。
DV(mA)二、实验设备1、智能仪表开发综合实验系统一套（包含PLC主机、各实验挂箱、各功能单元、PC机及连接导线若干）三、实验系统使用注意事项1、实验接线前必须先断开电源开关，严禁带电接线。
接线完毕，检查无误后，方可上电。
2、实验过程中，实验台上要保持整洁，不可随意放置杂物，特别是导电的工具和多余的导线等，以免发生短路等故障。
系统上电状态下，电源总开关下方L、N端子间有220VAC输出，实验中应特别注意！3、本实验系统上的各档直流电源设计时仅供实验使用，不得外接其它负载。
4、实验完毕，应及时关闭各电源开关（置关端），并及时清理实验板面，整理好连接导线并放置规定的位置。
四、实验内容（一）熟悉S7-200PLC的接线方法S7-200PLC是西门子公司生产的小型可编程逻辑控制器，其CPU模块接线方法如下图所示：实验系统将输入输出接点用固定连接线连到实验面板的固定插孔处。
如下图所示：在实验中使用导线将主机挂箱与其它挂箱连接，连接时要将主机的L+电源与各实验模块的L+输入连接；主机输出M端与实验模块中的M端相连；主机输出端1L、2L、3L与主机的M相连；主机输入端的1M、2M与主机电源L+相连，输入输出端子对应相连即可。
本次实验使用S21-2挂箱中的“基本指令编程练习”单元，如右图所示。
（二）STEP7-Micro/WIN软件简介STEP7-Micro/WIN编程软件为用户开发PLC应用程序提供了良好的操作环境。
在实验中应用梯形图语言进行编程。
编程的基本规则如下：1、外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的接点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。
2、梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右边。
接点不能放在线圈的右边，在继电器控制的原理图中，热继电器的接点可以加在线圈的右边，而PLC的梯形图是不允许的。
3、线圈不能直接与左母线相连。
如果需要，可以通过一个没有使用的内部继电器的常闭接点或者特殊内部继电器的常开接点来连接。
4、同一编号的线圈在一个程序中使用两次称为双线圈输出。
双线圈输出容易引起误操作，应尽量避免线圈重复使用。
5、梯形图程序必须符合顺序执行的原则，即从左到右，从上到下地执行，如不符合顺序执行的电路就不能直接编程。
6、在梯形图中串联接点使用的次数是没有限制，可无限次地使用。
7、两个或两个以上的线圈可以并联输出。
以下通过一个实例简单介绍STEP7-Micro/WIN软件的使用，该实例实现的功能为由S21-2挂箱中的I0.0开关控制灯Q0.0与Q0.1的亮灭，当I0.0闭合时灯Q0.0亮，当I0.0断开时灯Q0.1亮。
首先设计PlC输入输出端口分配方案（如下表所示）并按前文所述接线。
输入输出PLC I0.0 Q0.0 Q0.1 基本指令编程练习单元I0.0 Q0.0 Q0.1然后应用STEP7-Micro/WIN软件编写控制程序并下载程序。
程序开发的具体过程如下：1、左键单击“开始”，选择“所有程序”—“Simatic”—“STET 7_MicroWIN V4.0.3.08”—“STEP 7-MicroWIN”，进入编程环境如下图所示。
2、在程序编辑器中选择“主程序”标签。
3、在指令树中选择相应指令并拖入网络1中，如下左图所示:4、指令地址区域中键入所需的数值，以指定地址，如上右图所示:5、点击“PLC”菜单中“编译”项，编译程序。
如编译错误，则修改程序重新编译直至编译正确，如编译正确，则进行下一步。
6、点击“PLC”菜单中“STOP”项并确认，此时PLC进入停止状态。
7、点击“文件”菜单中“下载”项，出现下载对话框，点击“下载”按钮下载程序。
8、点击“PLC”菜单中“RUN”项并确认，此时PLC进入运行状态，程序描述的控制逻辑得以实现。
（三）写简单程序并运行程序1、与或非功能的实现在同一程序中编程实现如下控制功能：a、当开关I0.0与I0.1均处于闭合状态时，灯Q0.0亮，否则灯灭。
b、当开关I0.2与I0.3均处于断开状态时，灯Q0.1亮，否则灯灭，要求不使用取反指令实现c、当开关I0.4与I0.5中至少有一个处于闭合状态时灯Q0.2亮，否则灯灭。
d、当开关I0.6与I0.7中至少有一个处于断开状态时灯Q0.3亮，否则灯灭，要求应用取反指令实现。
2、定时器指令的应用定时器指令简介：S7-200 PLC的定时器指令包含三种基本指令，分别为：接通延时定时器指令（TON），有记忆的接通延时定时器指令(TONR)以及断开延时定时器指令(TOF)。
这里对接通延时定时器指令进行简单介绍，其详细说明以及其他两种定时器指令的使用说明可以查阅STEP-7Micro/WIN帮助文件。
接通延时定时器指令的形式（以定时器T37，定时一秒为例）如下图所示：指令在IN输入接通时，开始计时。
当前值（Txxx）大于或等于预设时间（PT）时，定时器位为"打开"。
IN输入断开时，接通延时定时器当前值被清除。
达到预设值后，定时器仍继续计时，达到最大值32767时，停止计时。
TON定时器有三种分辨率，分辨率由定时器号码决定。
每一个当前值都是时间分辨率的倍数。
例如，10毫秒定时器中的计数50表示500毫秒。
TON定时器号码与相应的时间基准如下所示：定时器类型分辨率最大值定时器号码TON 1毫秒10毫秒100毫秒32.767秒327.67秒3276.7秒T32,T96T33-T36,T97-T100T37-T63,T101-T255在同一程序中编程实现如下控制功能：a、开关I0.0闭合3秒后灯Q0.0亮，I0.0断开，灯Q0.0灭。
b、当开关I0.1闭合3秒后灯Q0.1亮，再过2秒钟后灯Q0.2亮，I0.1断开，灯Q0.1、Q0.2灭。
3.计数器指令的应用计数器指令简介：S7-200PLC的计数器指令包含三种基本指令，分别为：增计数器指令（CTU），减计数器指令(CTD)以及增/减计数器指令(CTUD)。
这里对增计数器指令进行简单介绍，其详细说明以及其他两种计数器指令的使用说明可以查阅STEP-7Micro/WIN帮助文件。
增计数器指令的形式（以计数器C1，计数预置值为5为例）如下图所示：增计数器从当前计数值开始，从每一个(CU)输入状态从低到高时递增计数。
当CXX当前值大于等于预置值PV时,计数器CXX置位，当复位端(R)接通或执行复位指令时，计数器复位。
当达到最大值（32767）后，计数器停止计数。
在同一程序中编程实现如下控制功能：a、当开关I0.6闭合3次后灯Q0.0亮，I1.0闭合，灯Q0.0灭。
b、当开关I0.7闭合2次后灯Q0.1亮，I1.1闭合，灯Q0.1灭，当Q0.1第2次亮时灯Q0.2亮，I1.2闭合，灯Q0.2灭。
实验三S7-200 PLC控制程序开发一、实验目的1、熟练掌握S7-200PLC的应用方法。
2、掌握应用PLC实现简单控制系统的方法。
二、实验设备1、智能仪表开发综合实验系统一套（包含S7-200 PLC主机、各实验挂箱、各功能单元、PC机及连接导线若干）三、实验系统使用注意事项1、实验接线前必须先断开电源开关，严禁带电接线。
接线完毕，检查无误后，方可上电。
2、实验过程中，实验台上要保持整洁，不可随意放置杂物，特别是导电的工具和多余的导线等，以免发生短路等故障。
系统上电状态下，电源总开关下方L、N端子间有220VAC输出，实验中应特别注意！3、本实验系统上的各档直流电源设计时仅供实验使用，不得外接其它负载。
4、实验完毕，应及时关闭各电源开关（置关端），并及时清理实验板面，整理好连接导线并放置规定的位置。
四、实验内容（一）应用PLC实现水塔水位控制1、在实验中应用S21-3挂箱上的水塔水位控制单元模拟实际的控制对象，其中开关S1、S2、S3及S4模拟液位信号，灯M1、Y分别模拟水泵及进水阀的状态。
S21-3挂箱面板如右图所示：2、控制要求：当水池水位低于水池低水位界限（S4为ON）时，阀Y打开进水（灯Y亮），当水池水位高于水池高水位界限（S3为ON）时，阀Y关闭（灯Y灭）。