PLC与过程控制实训报告

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PLC与过程控制实训报告

系(部) 电子与通信工程系 专业(班级)电气工程及其自动化 姓名 学号 指导教师 起止日期

I PLC实训报告

（系部）：电子与通信工程系 专业:： 班级： 姓名： 学号：

一、电气控制实习的主要内容

本训练内容是设计电机的顺序启动和停止的PLC控制系统，电机的顺序控制在工业上广泛采用PLC进行编程控制，常用于工业生产的各个领域，以实现自动化控制的要求。

1主要任务

用PLC实现对二台电机的顺序控制。

控制要求是：

（1）按下顺序启动按钮，电机B启动，在5秒后，电机A定时自动启动；电机A在运行过程中，碰

到行程开关则立即停止（行程开关不必需自保持），5秒后电动机B跟随停止。 （2）在二台电动机同时运行的情况下，按下停止按钮，则二台电动机同时立即停止； （3）电动机B可以单独启动和停止； （4）二台电动机运行均有指示灯；

（5）有电动机过载保护处理：任何一台电动机过载则全部停止，相应的电动机运行指示灯闪烁，直

到人工按下停止按钮则熄灭。

2设计过程

2．1 I\\O分配表

表1 电机顺序启动与停止的PLC控制输入输出点分配表 名 称 顺序启动按钮 停止按钮 代 号 SB1 SB2 输入点编号 X000 X001 名 称 电动机A接触器 电动机B接触器 行程开关 代 号 KM2 KM3 输出点编号 Y0 Y1 电动机A接触器 电动机B接触器 电机B单独启动 电机B单独停止 KM1 Y001 SB5 X004 KM2 Y002 A过载 FR1 X005 SB3 X002 B过载 FR2 X006 SB4 X003 电机A运行指示灯 电机B指示灯 HL0 Y003 HL1 Y002

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2．2 设备选型与清单

表2 设备选型与清单 设备名称 品牌与型号 数量 PLC 三菱FX2N-16MR 1 接触器 正泰CJX2-1210 2 热继电器 正泰JRS1-09 2 按钮 德力西LA2 4 指示灯 德力西LD11-22/20AC200V 2 熔断器1 正泰RT28-1PX32 3 熔断器2 正泰RT14-4 1 电机 380V交流 2 行程开关 SH思诺奇AZ5122 1 2．3 硬件电路的设计

图1电机顺序启动与停止控制硬件原理图

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2．4 布局图

图2电气柜布局图

2．5 PLC程序设计

图3电机顺序启动梯形图

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图4电机顺序启动指令表

2．6 安装制作、调试 调试结果如下： （1）按下X0（即SB1），先启动电机B，电机指示等HL1亮，延时5S后启动电机A，电机运行指示灯HL0 亮， 由于电机没有带动实物动作，所以在这里手动拨下行程开关X5，电机A立即停止，电机B延时5秒后也停止,指示灯接灭。

（2）在两台电机同时运行条件下，按下停止按钮X1(即SB2)则全部立即停止。 （3）按下X2(即SB3)可单独启动B电机，按下X3(即SB4)可单独停止B电机。

（4）模拟电机得热过载，当X5或X6断开时，A和B电机立即停止，达到热过载得要求。

二、实习取得的经验及收获

在学完PLC理论课程后我们做了PLC的实训，把理论知识应用于实践。此次实训以分组的方式进行，我们做的是一个电机的顺序控制系统。由于平时大家都是学理论，没有过实际

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开发设计的经验，只会在电脑上编程模拟实际生产中的控制，通过这次设计实践。我加深了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更加熟练得掌握。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知识得掌握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。通过合作，我们的合作意识得到加强。合作能力得到提高。在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题和尽快得完成任务。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，这样才能提高我们分析问题和解决问题的能力。

三、存在的不足及建议

这次实训得时间比较短暂，只有短短的一周，而且又在期末临近考试的时间，所以大家都做的比较匆忙，只顾完成任务了。还有这次实训得课题也很少，而且较为简单。希望下次能有更好的机会。

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Ⅱ

过程控制实训报告

（系部）：电子与通信工程系 专业:： 班级： 姓名： 学号：

一、实训目的

通过对过程控制系统与仪表的学习,再结合以前的传感与自动控制原理，加深我们对过程控制在连续生产过程中的自动控制。本学期我们在老师的带领下，在过程实验室进行实训。希望能够通过实训对过程控制有更深刻的了解。

本次实训的主要内容过程控制的基本实验，由于时间和能力有限，我们只选做了其中的四个实验作为实训的内容，一下是一些在实训过程中需掌握的基本内容： （1）传感器特性的认识和零点迁移； （2）自动化仪表的初步使用；

（3）变频器的基本原理和初步使用； （4）电动调节阀的调节特性和原理； （5）测定被控对象特性的方法； （6）单回路控制系统的参数整定； （7）串级控制系统的参数整定；

（8）控制参数对控制系统的品质指标的要求；

（9）控制系统的设计，计算，分析，接线，投运等综合能力； （10）各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法；

二、实训系统介绍

本次实训我们用的是THSA—1型过控综合自动化控制实验平台。它是由实验控制对象，实验控制台及

上位监控PC机三部分组成。 现在我们分别介绍它们。 （1）被控对象

本实验装置的对象主要由水箱，锅炉和盘管三大部分组成。

水箱分上，中，下三个水箱，在做实验中我们能够把它组成一阶，二阶，三阶单回路液位控制控制系统和双闭环等我们需要的控制系统。

模拟锅炉是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套）利用它做温度实验。通过控制控制对象（锅炉不同位置）的温度，可以完成温度的定值控制，串级控制，前馈—反馈控制等实验

盘管模拟工业现场的管道输送与滞后环节。因此主要用它做温度的滞后与流量滞后的控制实验。 管道与阀门作为控制对象的控制量。 （2）检测装置

压力，温度与流量传感器与和它们配合的变送器，主要把我们要控制的一些量转换成电信号传送给PLC或者智能仪表。 （3）执行机构

执行机构包括（电动调节阀，水泵，电磁阀与三相加热管），主要是用来改变被控对象的状态。 （4）智能控制机构

本实验中的智能控制处理器包括我们用单片机做处理器的智能仪表还有PLC做处理器的控制器 （5）监控装置：

利用计算机并用一些专门的软件对系统做监控。（本实验MCGS软件）

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三、实训实验

实验一 双容水箱特性的测试

在我们进行过程控制实验或者以后在外面做调节器时，首先我们要了解我们控制对象的特性，当然这些特性是有关自控中需要的一些特性。一般大部分的控制中控制对象都可以用一个比较接近的传递函数代替。因此在开始主要实验之前，我们先做一个被控对象特性测试的实验。 一 实验目的：

1 掌握双容水箱特性的特性

2 通过阶跃响应曲线，确定特征参数K，T1，T2 二 实验设备

实验对象控制屏，计算机一台，万用表一个，通讯线一根，数据交换器两个，网线四根，CP5611专用网卡及网线，PC/PPI通讯电缆一根，SA-11,SA-13,SA-14,SA-12,SA-21,SA-22,SA-23,SA-31,SA-32,SA-33, SA-41,SA-42挂件各一个。 三 实验原理

被测对象由两个不同容积的水箱相串联组成，故称其为双容水箱。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新回复平衡得过程，通过观察它在外部干扰下的自衡曲线，利用曲线算出它的特性参数。

双容对象是一个二阶惯性环节：G（s）=G1(s)*G2(s)=K/（T1s+1）*（T2s+1）

再利用我们学过对惯性环节参数测定，对阶跃后的曲线进行分析得出参数K，T1，T2。 四 实验步骤

1．按照过程控制实验书调好控制对象。把控制台通电。

2．打开上位机的载入程序的软件，为我们的控制器PLC写入控制程序。 3．打开上位机的监视界面。 4．调节好水箱的阀门开度。

5．监视曲线并且给入扰动观察曲线的走向，记录数据。 6．分析数据，算出特性参数 五 实验数据记录与分析

图1 双容水箱加阶跃扰动阶跃曲线

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通过图象可知，下水箱的阶跃响应曲线没有从零点开始，而是一开始就有一个输出值，主要是由于我们一开始做实验时下水箱已经有一定的水量。由图中可以看出没加扰动第一次达到平衡时的平衡值K1=1.875。加入扰动后经过一段时间系统再次达到了平衡，此时的平衡值K2=7.833

因此，可知变化值K3=5.958，又因为在做实验中我们记下的开度变化值是Q=10。所以： K=K3/Q=5.958/10=0.5958

通过对图象中的曲线做切线，我们可以算出T1与T2。

通过曲线可知当曲线上升到40%时t1=3.5。上升到80%时t2=10.62。而对于滞后时间t3=1.25 所以,通过公式：

T1+T2 =（t1+t2）/ 2.16

T1T2/(T1+T2)(T1+T2) = 1.74*（t1/t2）- 0.55 通过以上数据与公式可以算出K=0.5958，T1=0.108 T2=5.20

六 实验结论

通过对双容水箱特性得测试，使我们掌握了特性参数以及对象传递函数的计算方法，为其他的几个实验控制对象特性测试与参数整定的方法做好了基础。

实验二 单容水箱液位定值控制

单容水箱的液位定值控制中被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。

一 实验目的

1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成

2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数整定与投运方法 3．掌握调节器相关参数的变化对系统静态与动态特性的影响 4．了解P，PI，PID，PD对液位控制的影响 二 实验设备（前面已经介绍）

三 实验原理

本实验被控量为中水箱的液位高度。实验要求中水箱的液位稳定在给定值。通过控制系统PI，PID的参数整定得到更好的响应。

四 实验步骤

1．按照过程控制实验书调好实验阀门。把控制台通电。

2．打开上位机的载入程序的软件，为我们的控制器PLC写入控制程序。 3．打开上位机的监视界面。 4．调节好水箱的阀门开度。 5. 整定好调节器参数

6．监视曲线稳定后再次整定调节器参数 7. 给入扰动观察曲线的走向，记录图象。 8．分析图象，理解P，PI，PID参数的作用 五 图象记录与分析

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图2单容水箱液位定值控制曲线

通过实验图象可知，由于初始PID参数整定没设好，比例环节P过大，致使响应时间很快，但系统超调量很大，积分时间也很常，经过很常时间才达到平衡状态。系统稳定性不够好，有比较长的振荡，不过在经过一段时间后能够稳定在我们的设定值上。

加入阶跃扰动后，通过经验试凑法，不需要我们通过实验和计算，只需要通过在在上一次实验的经验基础上把P改小，并且把积分时间缩短，但要与比例与微分时间匹配。改变我们的设定值，可以看出图象能够很好的追随设定值变化并且超调量明显比上一次小。稳定到我们稳定的时间也变短，而积分还是那么好，基本没什么误差，达到最优控制性能的目的 六 实验结论

通过本次实验我们了解调节器各个不同部分的作用。

比例环节P：有很好的跟随作用，能够很好的动作，增加系统快速性。不足之处在于它增加系统的超调量。

积分环节I：能够很好的消除静差。不足在于延长稳定时间。

微分环节D：能够超前控制系统，并且快于干扰。但是能使系统不稳定。 通过不同环节的作用，整定PID参数，达到调节系统控制性能的作用。

实验三 锅炉内胆水温定值控制

本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量。本实验要求锅炉内胆的水温稳定至设定值，将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。

一 实验目的

1．了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。

2．研究P，PI，PD，PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。

3．了解PID参数自整定的方法及其参数整定在整个系统中的重要性。 4．分析锅炉内胆动态水温与静态水温在控制效果上的不同。

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二 实验设备（前面已经介绍）

三 实验原理

本实验以锅炉内胆作为被控对象。内胆的水温为系统的被控制量。本实验要求锅炉内胆的水温稳定在给定量，用铂电阻检测到的温度信号做反馈信号，与给定比较后的差值通过调节器控制调压模块输出给三相电加热管的端电压，从而达到控制锅炉内胆水温的目的。 四 实验步骤

1．先给锅炉内胆一定的水量，关闭阀门。

2．给控制台充电，并且调节智能仪表参数设定。 3．打开上位机相应的监控界面。

4．开始实验，并且给予一定的扰动观察监控曲线。 五 图象记录与分析

图3锅炉内胆水温定值控制曲线

从上面的图形可以看出锅炉内胆温度的响应跟随延时比较大，这些并不是我们整定的PID参数不合适，

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而是我们所控制的对象自身的特性所引起的。

上面一组图象是我们哪天做实验所做出来的实验结果，从图中可知实验并没有达到目的，因为从我们的温度图样可知系统并没有稳定在一个值上，有很好的静差效果。而是一直在振荡。也许因为我们的PID参数整定的不好，因为我们在用衰减曲线法整定PID参数。不过总是找不到哪个4：1的参数值。所以出现上面的现象。

六 实验结论

本次实验我们这组主要做的事情是怎样整定一个比较好的参数，使我们能够的到好的响应曲线。这次实验是在上次的基础上的延伸，通过了解各个调整环节的作用下，进行实验。

在进行参数整定的方法上，选用衰减曲线法。首先把调节器整定为纯比例环节（把比例环节整定为无穷大，微分整定为零），然后比例环节一步步的减小，加扰动观察图象的第一个波峰高出稳定值的高度与图象第二个波峰高出稳定值之间的比值。看是否接近我们所说的4：1。如果出现了4：1的曲线，我们利用过程控制与仪表中学习到的衰减曲线计算公式分别计算出PI，PID调节器的K，Ti,Td等参数。然后把整定的参数加入调节器，再加入扰动以后系统的曲线。

虽然本次实验没有达到我们想要的参数，但是我们对参数整定方法有了一个很初步的了解。让我们知道了很多参数整定的方法，并不是只有自动控制原理里面的那种理论强的参数整定方法，而更多的了解了工程中的整定方法。

实验四 单闭环流量控制

一 实验目的

1．了解单闭环流量控制系统的原理与结构组成。 2．掌握闭环流量控制系统调节器的参数整定方法。

3．研究调节器相关参数的变化对系统静，动态性能的影响。

4．研究P，PI，PD，PID四种控制分别对流量系统的控制作用。 5．控制同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二 实验设备（前面已经介绍）

三 实验原理

本实验被控量为电动调节阀支路的流量，实验要求电动调节阀支路流量稳定在给定值。将支路流量计检测到的信号作为反馈信号与给定比较。差值通过调节器控制电动调节阀的开度。达到控制流量的目的。

四 实验步骤

1．先将储水箱储一定的水，然后按照要控制的下水箱打开阀门。 2．选择PLC控制器连接好实验的连线（过程实验书上） 3．打开上位机的监控界面，进行监视 4．加入扰动，看曲线的变化

五 图象记录与分析

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图4 单闭环流量定值控制系统 从上图可以看出刚开机的时候，支路的流量非常的大。随着我们手动设定的值。流量下降的非常的快。由于开始的流量很大所以使电动调节阀的开度在开始时突然开度下降到非常小。所以支路流量有一个下降到我们设定的稳定值的过程。随后，随着检测值的与设定值不同，而使流量跟随我们的设定值。从而到达我们需要的稳定值。而从我们第二次给定的设定值可以看出如果输入的扰动很小时。能够很好的跟随，到达我们需要的无静差。

六 实验结论

通过实验可以看出PID参数的整定对系统各个性能指标的影响，如超调量、衰减率，静差和动差等等。

四、实训心得

本次过程控制的实训使我们受益匪浅，由于在课堂上所学得理论知识比较枯燥无味而且难懂，但在实

验中通过动手操作，使我们了解了一些在课堂上学不到的知识，也加强了对理论知识的了解。通过实训，我们对实验设备有了深刻的了解，了解了连续生产过程的自动控制，可以说在实训中学到的知识比书本上的更重要，因为很快就要参加工作，良好的动手能力对以后在工作岗位上还是很有好处的。但是实训的时间比较短暂，只有一个星期，如果还有时间话，我们就可以完成更多的实验内容。当然在这里还要感谢老师和同学们对我的帮助，有了大家齐心协力才能更好的完成任务。

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