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1、XX 大 學(xué)本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題 目 立推式加熱爐溫度自動(dòng)控制 學(xué)生姓名 X X X 指導(dǎo)老師 X X 學(xué) 院 電 氣 工 程 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣自動(dòng)化一班 完成時(shí)間 2 0 1 6 年 6 月 摘 要隨著控制技術(shù)的發(fā)展和工廠自動(dòng)化程度的提高，由于PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，PLC廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在鋁加工的熱軋生產(chǎn)過(guò)程中，立推式加熱爐是該生產(chǎn)線(xiàn)的關(guān)鍵設(shè)備，電加熱爐的性能優(yōu)劣決定了產(chǎn)品熱處理的質(zhì)量好壞。本論文根據(jù)立推式電加熱爐溫控控制要求，以加熱爐為被控對(duì)象，以加熱爐爐膛爐氣溫度為主被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，

2、構(gòu)成加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)加熱爐溫度的自動(dòng)控制。該立推式加熱爐溫度控制系統(tǒng)由可編程控制器、溫度傳感器、PID、工控機(jī)等構(gòu)成。 本文分別就電加熱爐的控制系統(tǒng)工作原理，溫度傳感器的選型、PLC配置、組態(tài)軟件程序設(shè)計(jì)等幾方面進(jìn)行闡述。通過(guò)技術(shù)設(shè)計(jì)改造電加熱爐的控制系統(tǒng)，具有響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、可靠性高,控制精度好等特點(diǎn)，對(duì)工業(yè)控制有現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：電加熱爐的控制系統(tǒng) 溫度控制 PLC PID ABSTRACTWith the development of control technology and improvement of factory

3、 automation, because the PLC has strong commonality, easy to use, adaptation of wide, high reliability, strong anti-interference ability, simple programming and so on, PLC is widely applied in various fields. In the hot rolling process of aluminum processing, pusher heating furnace is the key to the

4、 production line equipment, electric furnace performance determines the quality of the products of heat treatment.In this paper according to the control requirements, set push type electric heating furnace temperature control in heating furnace for controlled object, give priority to with heating fu

5、rnace hearth furnace temperature was accused of parameters, with heating resistance wire voltage as control parameter, PLC as the controller, a heating furnace temperature cascade control system; The PID algorithm, using PLC ladder diagram programming language programming, the automatic control of f

6、urnace temperature is realized. The vertical furnace temperature control system by programmable controller, temperature sensor, PID, industrial control, etc. This paper is electric heating furnace control system working principle of temperature sensor selection, configuration of PLC and configuratio

7、n software program design and so on. Through technical modification of electric heating furnace control system design, has quick response, good stability, high reliability, good control precision, has practical significance in industrial control.Key words: The control system of electric heating furn

8、ace temperature control PLC PID目 錄中文摘要 ABSTRACT 第1章 緒論 51.1課題提出51.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀61.3項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容 6第2章 PLC和組態(tài)軟件基礎(chǔ) 82.1可編程控制器基礎(chǔ) 82.1.1可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用92.1.2可編程控制器的組成和工作原理92.1.3可編程控制器的分類(lèi)及特點(diǎn)102.2組態(tài)軟件的基礎(chǔ)112.2.1組態(tài)的定義 112.2.2組態(tài)王軟件的特點(diǎn) 112.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法12第3章 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 133.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟 133.1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 133.

9、1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 133.1.3 PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟143.2 PLC的選型和硬件配置143.2.1 PLC型號(hào)的選擇 143.2.2 S7-300CPU的選擇153.2.3 SM331模擬量輸入 153.2.4 熱電式傳感器 153.2.5 可控硅加熱裝置簡(jiǎn)介163.3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和電氣連接圖163.4 PLC控制器的設(shè)計(jì) 173.4.1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 173.4.2 PID控制及參數(shù)整定 17第4章 軟件設(shè)計(jì) 194.1 STEP7編程軟件簡(jiǎn)介 19 4.1.1 STEP7概述 19 4.1.2 STEP7的硬件接口 19 4.1.3 STEP7的

10、編程功能 19 4.1.4 STEP7的硬件組態(tài)與診斷功能 204.2 STEP7項(xiàng)目的創(chuàng)建 214.2.1使用向?qū)?chuàng)建項(xiàng)目 214.2.2直接創(chuàng)建項(xiàng)目 214.2.3硬件組態(tài)與參數(shù)設(shè)置 224.3用變量表調(diào)試程序 244.3.1系統(tǒng)調(diào)試的基本步驟 244.3.2變量表的基本功能 244.3.3變量表的生成 254.3.4變量表的使用 26 4.4 S7-300的編程語(yǔ)言 27 4.4.1 PLC編程語(yǔ)言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 27 4.4.2 STEP7中的編程技術(shù) 29第5章 結(jié)論 31第6章 致謝 32參考文獻(xiàn) 325第一章 緒論1.1 課題的提出近年來(lái)，加熱爐溫度控制系統(tǒng)是比較常見(jiàn)和典型的過(guò)程控制

11、系統(tǒng)，溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的被控參數(shù)之一，冶金機(jī)械熱能等各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中廣泛使用的各種加熱爐退火爐、燃?xì)忮仩t，對(duì)工件的處理均需要對(duì)溫度進(jìn)行控制。因此，在工業(yè)生產(chǎn)和家居生活過(guò)程中常需對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控。由于許多實(shí)踐現(xiàn)場(chǎng)對(duì)溫度的影響是多方面的，使得溫度的控制比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的加熱爐電氣控制系統(tǒng)普遍采用繼電器控制技術(shù)，由于采用固定接線(xiàn)的硬件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，使控制系統(tǒng)的體積增大，耗電多，效率不高且易出故障，不能保證正常的工業(yè)生產(chǎn)。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)必然被基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而產(chǎn)生的PLC控制技術(shù)所取代。而PLC本身優(yōu)異的性能使基于 PLC控制的溫度控制系統(tǒng)變的經(jīng)濟(jì)高效穩(wěn)定且維護(hù)

12、方便。這種溫度控制系統(tǒng)對(duì)改造傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)有普遍性意義。PLC的快速發(fā)展發(fā)生在上世紀(jì)80年代至90年代中期。在這時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到了很大的提高和發(fā)展。PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。4 PID控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因?yàn)槠淇煽啃愿?、算法?jiǎn)單、魯棒性好，所以被廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制中,尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。PID控制的效果完全取決于其四個(gè)參數(shù),即采樣周期ts、比例系數(shù) Kp、積分

13、系數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd。因而,PID參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域研究的重要課題。PID在工業(yè)過(guò)程控制中的應(yīng)用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問(wèn)世,但由于PID算法以它自身的特點(diǎn)，再加上人們?cè)陂L(zhǎng)期使用中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。在PID算法中，針對(duì)P、I、D三個(gè)參數(shù)的整定和優(yōu)化的問(wèn)題成為關(guān)鍵問(wèn)題。5通過(guò)本設(shè)計(jì)可以熟悉并掌握西門(mén)子S7-300PLC的原理與功能以及它的編程語(yǔ)言，以自動(dòng)控制理論為指導(dǎo)思想，解決工業(yè)生產(chǎn)中溫度控制的問(wèn)題。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自70年代以來(lái)，由于工業(yè)過(guò)程控制的需要，特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展

14、的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)的發(fā)展迅速，并在智能化，自適應(yīng)、參數(shù)整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。它們主要有以下特點(diǎn)：1）適應(yīng)于大慣性、大滯后等復(fù)雜的溫度控制體統(tǒng)的控制。2）能適應(yīng)于受控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型難以建立的溫度控制系統(tǒng)的控制。3）能適用于受控系統(tǒng)過(guò)程復(fù)雜、參數(shù)時(shí)變的溫度控制系統(tǒng)的控制。4）這些溫度控制系統(tǒng)普遍采用自適應(yīng)控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用先進(jìn)的算法，適應(yīng)范圍廣泛。5）溫度控制器普遍具有參數(shù)整定功能。借助于計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，溫度控制器具有對(duì)控制參

15、數(shù)及特性進(jìn)行自整定的功能。有的還具有自學(xué)習(xí)功能。6）溫度控制系統(tǒng)既有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性好的特點(diǎn)。目前，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方向發(fā)展。隨溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然應(yīng)用很廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來(lái)講，總體發(fā)展水平仍然不高，同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比仍然有著較大的差距。目前，我國(guó)在這方面總體水平處于20世紀(jì)80年代中后期的水平，成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適用于一般的溫度系統(tǒng)的控制，難以控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。能適應(yīng)于較高的控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國(guó)內(nèi)還不十分成熟。 隨著科學(xué)技術(shù)的不

16、斷發(fā)展，人們對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，因此，高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外必然發(fā)展的趨勢(shì)。1.3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容以電加熱爐為被控對(duì)象，以爐膛爐氣溫度為主被控參數(shù)，以加熱爐電阻絲電壓為控制參數(shù)，以PLC為控制器，構(gòu)成鍋爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)；采用PID算法，運(yùn)用PLC梯形圖編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)電加熱爐溫度的自動(dòng)控制?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱（PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM）之一。PLC技術(shù)在溫度監(jiān)控系統(tǒng)上的應(yīng)用從整體上分析和研究了控制系

17、統(tǒng)的硬件配置、電路圖的設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等。論文通過(guò)對(duì)德國(guó)西門(mén)子公司的S7-300系列PLC控制器，溫度傳感器將檢測(cè)到的實(shí)際爐溫轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為0-10mA的電流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率。對(duì)于監(jiān)控畫(huà)面，利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王” 7第二章 PLC和組態(tài)軟件基礎(chǔ)2.1可編程控制器基礎(chǔ)2.1.1可編程控制器的產(chǎn)生和應(yīng)用1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14，并在GM公

18、司的汽車(chē)自動(dòng)裝配線(xiàn)上首次使用并獲得成功。1971年日本從美國(guó)引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，很快研制出第一臺(tái)可編程序控制器DSC-18。1973年西歐國(guó)家也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器。我國(guó)從1974年開(kāi)始研制，1977年開(kāi)始工業(yè)推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制器功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC，使PLC的功能增強(qiáng)，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測(cè)更為靈活，方便。目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電

19、力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。2.1.2可編程控制器的組成和工作原理可編程控制器的組成:PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。1CPUCPU是PLC的核心，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線(xiàn)構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線(xiàn)接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU速

20、度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 2.I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開(kāi)關(guān)量輸入（DI），開(kāi)關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類(lèi)如下：開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類(lèi)型分，有電流型（4-20mA,0

21、-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 3.編程器編程器的作用是用來(lái)供用戶(hù)進(jìn)行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類(lèi)。簡(jiǎn)易型只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符后才能送入。而智能型編程器（又稱(chēng)圖形編程器），不但可以連機(jī)編程，而且還可以脫機(jī)編程。操作方便且功能強(qiáng)大。4.電源PLC電源用于

22、為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類(lèi)型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。6 可編程控制器的工作原理:PLC的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期或工作周期。 CPU 從第一條指令開(kāi)始，按順序逐條地執(zhí)行用戶(hù)程序直到用戶(hù)程序結(jié)束，然后返回第一條指令開(kāi)始新的一輪掃描。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。PLC工作的全過(guò)程可用圖 2-1 所示的運(yùn)行框圖來(lái)表示。 圖 2-1 可編程控制器運(yùn)行框圖2.1.3可編程控制器的分類(lèi)及特點(diǎn)(一)小型PLC小型PLC 的

23、I/O 點(diǎn)數(shù)一般在128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。(二)中型PLC中型PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O 點(diǎn)數(shù)一般在2561024 點(diǎn)之間，I/O 的處理方式除了采用一般PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶(hù)程序的過(guò)程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。(三)大型PLC一般I/O 點(diǎn)數(shù)在1024 點(diǎn)以上的稱(chēng)為大型PLC

24、，大型PLC 的軟硬件功能極強(qiáng)，具有極強(qiáng)的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化，大型PLC 還可以采用冗余或三CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機(jī)器的可靠性更高2.2組態(tài)軟件的基礎(chǔ)2.2.1組態(tài)的定義組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過(guò)程。組態(tài)軟件是有專(zhuān)業(yè)性的，一種組態(tài)軟件只能適合某種領(lǐng)域的應(yīng)用。組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中，如DCS(集散控制系統(tǒng))組態(tài)，PLC梯形圖組態(tài)。人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件。工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的。從表面上看，組態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù)。 工控組態(tài)軟件也

25、提供了編程手段，一般都是內(nèi)置編譯系統(tǒng)，提供類(lèi)BASIC語(yǔ)言，有的支持VB，現(xiàn)在有的組態(tài)軟件甚至支持C#高級(jí)語(yǔ)言。在當(dāng)今工控領(lǐng)域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：ABB-OptiMax，WinCC，iFix，Intouch，組態(tài)王，力控，易控，MCGS等。本設(shè)計(jì)采用亞控的組態(tài)王軟件進(jìn)行組態(tài)的設(shè)計(jì)。2.2.2組態(tài)王軟件的特點(diǎn) 組態(tài)王軟件具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題：

26、畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線(xiàn)等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能8。2.2.3組態(tài)王軟件仿真的基本方法(1)圖形界面的設(shè)計(jì) 圖形,是用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的工控設(shè)備。(2) 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫(kù),并用此數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量描述工控對(duì)象的各種屬性,比如水位、流量等。（3）

27、建立動(dòng)畫(huà)連接 連接,就是畫(huà)面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。（4）運(yùn)行和調(diào)試第三章 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本章主要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)的角度，介紹該項(xiàng)目的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、PLC的硬件配置、外部電路設(shè)計(jì)以及PLC控制器的設(shè)計(jì)參數(shù)的整定。3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟 3.1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1充分發(fā)揮PLC功能，最大限度地滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求。2在滿(mǎn)足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。3保證控制系統(tǒng)安全可靠。4應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC的型號(hào)、IO點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量

28、等內(nèi)容時(shí)，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚岳谙到y(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。3.1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，即根據(jù)被控對(duì)象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過(guò)分析系統(tǒng)功能，提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號(hào)的種類(lèi)、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：1熟悉被控對(duì)象，制定控制方案 分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對(duì)象對(duì) PLC控制系統(tǒng)的控制要求。2確定I

29、O設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶(hù)所需的輸入(如按鈕、行程開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)等)和輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等)由此確定PLC的IO點(diǎn)數(shù)。3選擇PLC 選擇時(shí)主要包括PLC機(jī)型、容量、IO模塊、電源的選擇。4分配PLC的IO地址 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要，確定控制按鈕，選擇開(kāi)關(guān)、接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC的型號(hào)列出輸入輸出設(shè)備與PLC輸入輸出端子的對(duì)照表，以便繪制PLC外部IO接線(xiàn)圖和編制程序。5設(shè)計(jì)軟件及硬件進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工。由于程序與硬件設(shè)計(jì)可同時(shí)進(jìn)行，因此，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期可大大

30、縮短，而對(duì)于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計(jì)出全部的電氣控制線(xiàn)路后才能進(jìn)行施工設(shè)計(jì)。6聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過(guò)的程序進(jìn)行在線(xiàn)統(tǒng)調(diào)。3.1.3 PLC程序設(shè)計(jì)的一般步驟1繪制系統(tǒng)的功能圖。2設(shè)計(jì)梯形圖程序。3根據(jù)梯形圖編寫(xiě)指令表程序。4對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試及修改，直到滿(mǎn)足控制要求為止。調(diào)試過(guò)程中，可采用分段調(diào)試的方法，并利用編程器的監(jiān)控功能。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟可參考圖 3-1 ： 圖 3-1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟3.2 PLC的選型和硬件配置3.2.1 PLC型號(hào)的選擇本溫度控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門(mén)子S7-300 PLC（CPU315-2DP）。S7-300 是一種中型的可編程序控制器，適用

31、于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-300系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-300系列具有極高的性能/價(jià)格比，使用領(lǐng)域廣泛。3.2.2 S7-300 CPU的選擇S7-300 系列的PLC有CPU312、CPU314、CPU315-2DP等類(lèi)型。此系統(tǒng)選用的S7-300 CPU315-2DP,CPU315-2DP是一個(gè)帶有大中型程序存儲(chǔ)器和 PROFIBUS DP 主/從接口的 CPU。除了集中式 I/O 結(jié)構(gòu)外，它還可用于分布式自動(dòng)化結(jié)構(gòu)。它在 SIMATIC S7-300 中經(jīng)常被用作標(biāo)準(zhǔn) PROFIBUS DP 主站。13

32、K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。3.2.3 SM331 模擬量輸入模塊在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成4-20mA的電流信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門(mén)子的SM331 模擬量輸入模塊。SM331模塊中4 個(gè)通道組中 8 點(diǎn)輸入在每個(gè)通道組，測(cè)量類(lèi)型可編程（電壓 、電流、 電阻 、溫度），可為 2

33、個(gè)通道設(shè)定限值監(jiān)視。用戶(hù)必須用DIP開(kāi)關(guān)來(lái)選擇熱電偶的類(lèi)型，斷線(xiàn)檢查，測(cè)量單位，冷端補(bǔ)償和開(kāi)路故障方向：SW1SW3用于選擇熱電偶的類(lèi)型，SW4沒(méi)有使用，SW5用于選擇斷線(xiàn)檢測(cè)方向，SW6用于選擇是否進(jìn)行斷線(xiàn)檢測(cè)，SW7用于選擇測(cè)量方向，SW8用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。所有連到模塊上的熱電偶必須是相同類(lèi)型。3.2.4 熱電式傳感器熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉(zhuǎn)換為電勢(shì)和電阻的方法最為普遍。其中最為常用于測(cè)量溫度的是熱電偶和熱電阻，熱電偶是將溫度轉(zhuǎn)化為電勢(shì)變化，而熱電阻是將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。這兩種熱電式傳感器目前在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用

34、。該系統(tǒng)需要的傳感器是將溫度轉(zhuǎn)化為電流，且水溫最高是100，所以選擇Pt100鉑熱電阻傳感器。P100鉑熱電阻，簡(jiǎn)稱(chēng)為：PT100鉑電阻，其阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0時(shí)阻值為100歐姆，在100時(shí)它的阻值約為138.5歐姆。它的工作原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100歐姆，它的的阻值會(huì)隨著溫度上升它的阻值成勻速增長(zhǎng)3。3.2.5 可控硅加熱裝置簡(jiǎn)介對(duì)于要求保持恒溫控制而不要溫度記錄的電阻爐采用帶PID調(diào)節(jié)的數(shù)字式溫度顯示調(diào)節(jié)儀顯示和調(diào)節(jié)溫度，輸出010mA作為直流信號(hào)輸入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，完全可以滿(mǎn)足要

35、求，投入成本低，操作方便直觀并且容易維護(hù)。溫度測(cè)量與控制是熱電偶采集信號(hào)通過(guò)PID溫度調(diào)節(jié)器測(cè)量和輸出010mA或420mA控制觸發(fā)板控制可控硅導(dǎo)通角的大小，從而控制主回路加熱元件電流大小，使電阻爐保持在設(shè)定的溫度工作狀態(tài)?？煽毓铚囟瓤刂破饔芍骰芈泛涂刂苹芈方M成。主回路是由可控硅，過(guò)電流保護(hù)快速熔斷器、過(guò)電壓保護(hù)RC和電阻爐的加熱元件等部分組成。3.3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和電氣連接圖系統(tǒng)選用了PLC CPU 226為控制器，PT100型熱電阻將檢測(cè)到的實(shí)際鍋爐水溫轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)SM331模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號(hào)并送到PLC中進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID控制器輸出轉(zhuǎn)化為010mA的電流信號(hào)輸

36、入控制可控硅電壓調(diào)整器或觸發(fā)板改變可控硅管導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，從而調(diào)節(jié)電熱絲的加熱。PLC和組態(tài)王連接，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。整體設(shè)計(jì)方案如圖3-3:SM331 電加熱 爐PT100 P L C計(jì)算機(jī)TP27 可控硅圖3-3 整體設(shè)計(jì)方案TT1 24V 系統(tǒng)硬件連線(xiàn)圖如圖 3-4:RA A+ A- RB B+ B- RC C+ C- RD D+ D- SM331/SM321 輸入M 1L+ Q0.0-Q0.7 2M 2L+ Q1.0-Q1.7 M L +DC CPU 315-2DP COM1 COM2 輸出 MO VO IOM L+ 1M I0.0 - I1.4 2M I1.5-I2.

37、7 M L+電源 負(fù) 載 載 圖 3-4 系統(tǒng)硬件連線(xiàn)圖3.4 PLC控制器的設(shè)計(jì)控制器的設(shè)計(jì)是整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的一步。首先要根據(jù)受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和它的各特性以及設(shè)計(jì)要求，確定控制器的結(jié)構(gòu)以及和受控對(duì)象的連接方式。最后根據(jù)所要求的性能指標(biāo)確定控制器的參數(shù)值。3.4.1 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立 在本控制系統(tǒng)中，TT1(出口溫度傳感器)將檢測(cè)到的爐膛爐氣溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)送入SM331模塊。模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)SM331轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)送入PLC，PLC再通過(guò)PID模塊進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制。由PLC的串級(jí)控制系統(tǒng)框圖如圖 3-5： 爐膛爐氣溫度主調(diào)節(jié)器可控硅主變送器如圖3-5 串級(jí)控制系統(tǒng)框圖

38、3.4.2 PID控制及參數(shù)整定 1.PID控制器的組成PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 公式（3-1）(1) 比例系數(shù)KC對(duì)系統(tǒng)性能的影響：比例系數(shù)加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，穩(wěn)態(tài)誤差減小。c偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。c太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。c太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。c可以選負(fù)數(shù)，這主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以控制對(duì)象的特性決定的。如果c的符號(hào)選擇不當(dāng)對(duì)象狀態(tài)(pv值)就會(huì)離控制目標(biāo)的狀態(tài)(sv值)越來(lái)越遠(yuǎn)，如果出現(xiàn)這樣的情況c的符號(hào)就一定要取反。 Error! No bookmark name given.(2) 積分控

39、制i對(duì)系統(tǒng)性能的影響：積分作用使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，i?。ǚe分作用強(qiáng)）會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，但能消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。 Error! No bookmark name given.(3) 微分控制d對(duì)系統(tǒng)性能的影響：微分作用可以改善動(dòng)態(tài)特性，d偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較短。d偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有d合適，才能使超調(diào)量較小，減短調(diào)節(jié)時(shí)間。2.采樣周期的分析確定采樣周期時(shí)，應(yīng)保證被控量迅速變化時(shí)，能用足夠多的采樣點(diǎn)，以保證不會(huì)因采樣點(diǎn)過(guò)稀而丟失被采集的模擬量中的重要信息。 經(jīng)過(guò)上述的分析，該溫度控制系統(tǒng)就已經(jīng)基本確定了，在系統(tǒng)投運(yùn)之前還要進(jìn)行控制器的參數(shù)整定。常用的整定

40、方法可歸納為兩大類(lèi)，即理論計(jì)算整定法和工程整定法。 理論計(jì)算整定法是在已知被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)選取的質(zhì)量指標(biāo)，經(jīng)過(guò)理論的計(jì)算（微分方程、根軌跡、頻率法等），求得最佳的整定參數(shù)。這類(lèi)方法比較復(fù)雜，工作量大，而且用于分析法或?qū)嶒?yàn)測(cè)定法求得的對(duì)象數(shù)學(xué)模型只能近似的反映過(guò)程的動(dòng)態(tài)特征，整定的結(jié)果精度不是很高，因此未在工程上受到廣泛的應(yīng)用。 對(duì)于工程整定法，工程人員無(wú)需知道對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，無(wú)需具備理論計(jì)算所學(xué)的理論知識(shí)，就可以在控制系統(tǒng)中直接進(jìn)行整定，因而簡(jiǎn)單、實(shí)用，在實(shí)際工程中被廣泛的應(yīng)用常用的工程整定法有經(jīng)驗(yàn)整定法、臨界比例度法、衰減曲線(xiàn)法、自整定法等。在這里，我們采用經(jīng)驗(yàn)整定法整定控制

41、器的參數(shù)值。整定步驟為“先比例，再積分，最后微分”。（1）整定比例控制 將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線(xiàn)。（2）整定積分環(huán)節(jié) 若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿(mǎn)足要求，需加入積分控制。先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來(lái)的5080，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)響應(yīng)曲線(xiàn)。然后減小積分時(shí)間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿(mǎn)意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。（3）整定微分環(huán)節(jié)若經(jīng)過(guò)步驟（2），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動(dòng)態(tài)過(guò)程不能令人滿(mǎn)意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成PID控制。先置微分時(shí)間TD=0，逐漸加大TD，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間

42、，反復(fù)試湊至獲得滿(mǎn)意的控制效果和PID控制參數(shù)。 第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 STEP7編程軟件簡(jiǎn)介4.1.1 STEP7概述STEP7編程軟件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。在STEP 7中，用項(xiàng)目來(lái)管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7

43、中。4.1.2 STEP7的硬件接口PC/MPI適配器用于連接安裝了STEP 7的計(jì)算機(jī)的RS-232C接口和PLC的MPI接口。計(jì)算機(jī)一側(cè)的通信速率為19.2 kbit/s或38.4 kbit/s，PLC一側(cè)的通信速率為19.2 kbit/s1.5Mbit/s。除了PC適配器，還需要一根標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C通信電纜。使用計(jì)算機(jī)的通信卡CP 5611、CP 5511或CP 5512，可以將計(jì)算機(jī)連接到MPI或PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC的通信。也可以使用計(jì)算機(jī)的工業(yè)以太網(wǎng)通信卡CP 1512或CP 1612，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC通信。在計(jì)算機(jī)上安裝好STEP7后

44、，在管理器中執(zhí)行菜單命令“Option”“Setting the PG/PC Interface”,打開(kāi)“Install/Remove Interfaces”對(duì)話(huà)框。在中間的選擇框中，選擇實(shí)際使用的硬件接口。點(diǎn)擊【Select】按鈕，打開(kāi)“Install/Remove Interfaces”對(duì)話(huà)框，可以安裝選擇框中沒(méi)有列出的硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序。點(diǎn)擊【Properties】按鈕，可以設(shè)置計(jì)算機(jī)與PLC通信的參數(shù)。4.1.3 STEP7的編程功能STEP7的標(biāo)準(zhǔn)版只配置了3種基本的編程語(yǔ)言，梯形圖（LAD）、功能塊圖（FDB）和語(yǔ)句表（STL），有鼠標(biāo)拖放、復(fù)制和粘貼功能。語(yǔ)句表是一種文本編程語(yǔ)言

45、，使用戶(hù)能節(jié)省輸入時(shí)間和存儲(chǔ)區(qū)域，并且“更接近硬件”。STEP 7專(zhuān)業(yè)版的編程語(yǔ)言包括S7-SCL（結(jié)構(gòu)化控制語(yǔ)言）、S7-GRAPH（順序功能圖語(yǔ)言）、S7 HiGraph和CFC，這四種語(yǔ)言對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)版是可選的。STEP 7用符號(hào)表編輯器工具管理所有的全局變量，用于定義符號(hào)名稱(chēng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型和全局變量的注釋。使用這一工具生成的符號(hào)表可供所有應(yīng)用程序使用，所有工具自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)參數(shù)的變化。測(cè)試功能和服務(wù)功能包括設(shè)置斷點(diǎn)、強(qiáng)制輸入和輸出、重新布線(xiàn)、顯示交叉參考表、狀態(tài)功能、直接下載和調(diào)試塊、同時(shí)監(jiān)測(cè)幾個(gè)塊的狀態(tài)等。程序中的特殊點(diǎn)可以通過(guò)輸入符號(hào)名或地址快速查找STEP7的幫助功能：選定想要得到的在線(xiàn)幫

46、助的菜單目錄，或打開(kāi)對(duì)話(huà)框，按F1鍵便可得到與它們有關(guān)的在線(xiàn)幫助。執(zhí)行菜單命令“Help”“Contents”進(jìn)入幫助窗口，借助目錄瀏覽器尋找需要的幫助主題，窗口中的檢索部分提供了按字母順序排列的主題關(guān)鍵詞，可以查找與某一關(guān)鍵詞有關(guān)的幫助。4.1.4 STEP7的硬件組態(tài)與診斷功能硬件組態(tài)工具用于對(duì)自動(dòng)化工程中使用的硬件進(jìn)行配置和參數(shù)設(shè)置。主要包括：（1）系統(tǒng)組態(tài)：從目錄中選擇硬件機(jī)架，并將所選模塊分配給機(jī)架中希望的插槽。（2）CPU的參數(shù)設(shè)置：可以設(shè)置CPU模塊的多種屬性，例如啟動(dòng)屬性、掃描監(jiān)視時(shí)間等，輸入的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在CPU的系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊中。（3）模塊的參數(shù)設(shè)置：用戶(hù)可以在屏幕上定義所有硬件模

47、塊的的可調(diào)整參數(shù)，包括功能模塊與通信處理器，不必通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置。在參數(shù)設(shè)置屏幕中，有的參數(shù)由系統(tǒng)提供若干個(gè)選項(xiàng)，有的參數(shù)只能在允許的范圍輸入，因此可以防止輸入錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。通信的組態(tài)包括：（1）連接的組態(tài)和顯示。（2）設(shè)置用MPI或PROFIBUS-DP連接的設(shè)備之間的周期性數(shù)據(jù)傳送的參數(shù)，選擇通信的參與者，在表中輸入數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目的地后，通信過(guò)程中數(shù)據(jù)的生成和傳送均是自動(dòng)完成的。（3）設(shè)置用MPI、PROFIBUS或工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)傳輸，包括定義通信鏈路。從集成塊庫(kù)中選擇通信模塊（CFB），用通用的編程語(yǔ)言（例如梯形圖）對(duì)所選的通信模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。STEP7系統(tǒng)診斷：系統(tǒng)

48、診斷為用戶(hù)提供自動(dòng)化系統(tǒng)的狀態(tài)，可以通過(guò)2種方式顯示；（1）快速瀏覽CPU的數(shù)據(jù)和用戶(hù)編寫(xiě)的程序在運(yùn)行中的故障原因。（2）用顯示模塊的一般信息和模塊的圖形方式顯示硬件配置，例如狀態(tài)：顯示模塊故障，例如集中I/O和DP子站的通道故障；顯示診斷緩沖區(qū)的信息等。4.2 STEP7項(xiàng)目的創(chuàng)建在STEP 7中，用項(xiàng)目來(lái)管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便的瀏覽SIMATIC S7、C7、和WinAC的數(shù)據(jù)。因此，掌握項(xiàng)目創(chuàng)建的方法就非常重要。4.2.1使用向?qū)?chuàng)建項(xiàng)目首先雙擊桌面上的STEP7圖標(biāo)，進(jìn)入SIMATIC Manager窗口，進(jìn)入主

49、菜單【File】，選擇【New Project Wizard】,彈出標(biāo)題為“STEP 7 Wizard：New Project”(新項(xiàng)目向?qū)?的小窗口。點(diǎn)擊【NEXT】按鈕，在新項(xiàng)目中選擇CPU模塊的型號(hào)為CPU 315-2DP。點(diǎn)擊【NEXT】按鈕，選擇需要生成的邏輯塊，至少需要生成作為主程序的組織塊OB1。點(diǎn)擊【NEXT】按鈕，輸入項(xiàng)目的名稱(chēng)，按【Finish】生成的項(xiàng)目。生成項(xiàng)目后，可以先組態(tài)硬件，然后生成軟件程序。也可以在沒(méi)有組態(tài)硬件的情況下，首先生成軟件。4.2.2直接創(chuàng)建項(xiàng)目進(jìn)入主菜單【File】，選擇【New】,出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話(huà)框，在該對(duì)話(huà)框中分別輸入“文件名”、“目錄路徑”等內(nèi)容，

50、并確定，完成一個(gè)空項(xiàng)目的創(chuàng)建工作。4.2.3硬件組態(tài)與參數(shù)設(shè)置4.2.3.1 硬件的組態(tài)硬件組態(tài)的任務(wù)就是在STEP 7種生成一個(gè)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)完全相同的系統(tǒng)，例如要生成網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)站的導(dǎo)軌和模塊，以及設(shè)置各硬件組成部分的參數(shù)，即給參數(shù)賦值。所有模塊的參數(shù)都是用編程軟件來(lái)設(shè)置的，完全取消了過(guò)去用來(lái)設(shè)置參數(shù)的硬件DIP開(kāi)關(guān)。硬件組態(tài)確定了PLC輸入/輸出變量的地址，為設(shè)計(jì)用戶(hù)程序打下了基礎(chǔ)。組態(tài)時(shí)設(shè)置的CPU的參數(shù)保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊SDB中，其他模塊的參數(shù)保存在CPU中 。在PLC啟動(dòng)時(shí)CPU自動(dòng)的向其他模塊傳送設(shè)置的參數(shù)，因此在更換CPU之外的模塊后不需要重新對(duì)它們賦值。PLC在啟動(dòng)時(shí)，將

51、STEP 7中生成的硬件設(shè)置與實(shí)際的硬件配置進(jìn)行比較，如果二者不符，將立即產(chǎn)生錯(cuò)誤報(bào)告。4.2.3.2 硬件組態(tài)的步驟（1）生成站，雙擊Hardware圖標(biāo)，進(jìn)入硬件組態(tài)窗口；（2）生成導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌中放置模塊；（3）雙擊模塊，在打開(kāi)的對(duì)話(huà)框中設(shè)置模塊的參數(shù)，包括模塊的屬性和DP主站、從站的參數(shù)；（4）保存編譯硬件設(shè)置，并將它下載到PLC中去。如圖4.3所示為本設(shè)計(jì)的組態(tài)。4.2.3.3 參數(shù)設(shè)置（1）CPU模塊的參數(shù)設(shè)置S7-300各種模塊的參數(shù)用STEP7編程軟件來(lái)設(shè)置。在STEP7的的SIMATIC管理器中點(diǎn)擊“Hardware”(硬件)圖標(biāo)，進(jìn)入“HW Config”(硬件組態(tài))畫(huà)面后，雙擊CPU模塊所在的行，在彈出的“Properties”(屬性)窗口中點(diǎn)擊某一選項(xiàng)卡，便可也設(shè)置相應(yīng)的屬性。下面以S7 315-2DP為例，簡(jiǎn)紹CPU主要參數(shù)的設(shè)置方法。用鼠標(biāo)點(diǎn)擊某小正方形的檢查框，框中出現(xiàn)一個(gè)“”，表示選中了該選項(xiàng)，再點(diǎn)擊一下，“”消失，表示沒(méi)有選中該選項(xiàng)，該選項(xiàng)被禁止。“Setup”（啟動(dòng)）選項(xiàng)卡用于設(shè)置啟動(dòng)特性，S7-300只能執(zhí)行暖啟動(dòng)（warm restart）?！癈