單容課設(shè)step7-wincc-西門子

1、課 程 設(shè) 計 報 告 課程設(shè)計名稱 基于西門子PLC系統(tǒng)組態(tài)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計指 導 教 師 王巧玲 設(shè)計起止日期 2012年1月09日1月13日系 別 自動化學院控制工程系 專 業(yè) 自動化 學生姓名 王天培 班級學號 自控0801/ 2008010814 成 績 目錄 TOC o 1-5 h z u HYPERLINK l _Toc313884872 一摘要 PAGEREF _Toc313884872 h 2 HYPERLINK l _Toc313884873 二基于西門子PLC系統(tǒng)組態(tài)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc313884873 h 3 HYPERLINK l _Toc

2、313884874 三單回路控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc313884874 h 4 HYPERLINK l _Toc313884875 3.1 單回路控制系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc313884875 h 4 HYPERLINK l _Toc313884876 3.2 一階單容水箱液位控制工程 PAGEREF _Toc313884876 h 4 HYPERLINK l _Toc313884877 3.3下位機西門子STEP7硬件組態(tài)設(shè)計 PAGEREF _Toc313884877 h 5 HYPERLINK l _Toc313884878 3.4 STEP7中的編程模塊 PAGER

3、EF _Toc313884878 h 8 HYPERLINK l _Toc313884879 3.5工程選擇程序 PAGEREF _Toc313884879 h 9 HYPERLINK l _Toc313884880 四上位機WinCC界面組態(tài) PAGEREF _Toc313884880 h 14 HYPERLINK l _Toc313884881 4.1建立wincc界面 PAGEREF _Toc313884881 h 15 HYPERLINK l _Toc313884882 一 新建工程 PAGEREF _Toc313884882 h 15 HYPERLINK l _Toc31388488

4、3 二 添加新驅(qū)動鏈接 PAGEREF _Toc313884883 h 15 HYPERLINK l _Toc313884884 四 圖形編輯 PAGEREF _Toc313884884 h 16 HYPERLINK l _Toc313884885 4.2變量歸檔 PAGEREF _Toc313884885 h 19 HYPERLINK l _Toc313884886 4.3測試結(jié)果 PAGEREF _Toc313884886 h 20 HYPERLINK l _Toc313884887 實驗總結(jié) PAGEREF _Toc313884887 h 22 HYPERLINK l _Toc31388

5、4888 參考文獻 PAGEREF _Toc313884888 h 22一摘要可編程序控制器（PLC）是以微機技術(shù)為核心，將微型計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)郵寄的融為一體，是一種新型通用的工業(yè)控制裝置。它具有控制功能強，可靠性高，環(huán)境適應(yīng)性好，配置靈活，編程簡單，使用方便，易于擴展等優(yōu)點。因此，近年來在工業(yè)自動控制，機電一體化，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到廣泛應(yīng)用。學習，掌握和應(yīng)用PLC技術(shù)對提高我國工業(yè)自動化水平和生產(chǎn)效率具有十分重要的意義現(xiàn)場總線技術(shù)是研究現(xiàn)場設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化通信的熱門技術(shù)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是新一代分布式管、控一體化的基礎(chǔ)。學生在學習現(xiàn)場總線的基本原理和技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)

6、上，同時還要學習現(xiàn)場總線的工程設(shè)計、運行與維護?，F(xiàn)場總線課程設(shè)計的目的是讓學生具備理論與實際相結(jié)合的應(yīng)用能力，掌握一些先進的實踐技能，適應(yīng)自動化領(lǐng)域?qū)W生提出的具有實際技能的需要。學生圍繞要解決的實際問題，應(yīng)獨立進行分析和研究，查閱、自學相關(guān)的文獻資料，確定技術(shù)路線和實施方案，進行系統(tǒng)設(shè)計和完成調(diào)試，最后寫出課程設(shè)計報告。通過課程設(shè)計加深對專業(yè)知識的理解和綜合運用，鍛煉實踐動手能力，增強分析和解決實際問題的能力，發(fā)揮創(chuàng)新能力，以及提高文檔撰寫能力。培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學參考書籍、查閱手冊和查找文獻資料的能力；學會方案比較和論證，初步掌握工業(yè)控制系統(tǒng)工程設(shè)計的基本方法；加深對現(xiàn)場總線及典型的現(xiàn)場總

7、線-PROFIBUS技術(shù)的理解；提高可編程程控制器的設(shè)計能力，熟練掌握先進的S7-300 PLC的程序開發(fā)和應(yīng)用調(diào)試能力；提高控制系統(tǒng)監(jiān)控界面的設(shè)計能力，熟練掌握西門子WinCC組態(tài)軟件的應(yīng)用開發(fā)方法。熟悉現(xiàn)場總線設(shè)備的調(diào)試，以及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。提高總結(jié)歸納、撰寫設(shè)計報告的能力，應(yīng)當規(guī)范、有條理、充分、清楚地論述設(shè)計內(nèi)容和調(diào)試成果。二基于西門子PLC系統(tǒng)組態(tài)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計 近年來隨著科技的飛速發(fā)展PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。本次設(shè)計的課題是基于S7-300 PL

8、C液位控制系統(tǒng)的研究。上位機采用西門子WinCC組態(tài)軟件，實現(xiàn)人機交互，直觀簡單的對控制站進行操作。下位機采用西門子STEP7編程軟件，對S7-300 PLC進行硬件組態(tài)，編寫控制程序來控制S7-300 PLC，實現(xiàn)對現(xiàn)場總線設(shè)備的控制。通過對組態(tài)軟件WinCC和編程軟件STEP7的熟練掌握，實現(xiàn)一階單容水箱液位控制。在液位控制方案中，編寫程序進行PID算法控制，實現(xiàn)液位趨勢曲線的顯示和液位報警管理等功能。三單回路控制系統(tǒng)3.1 單回路控制系統(tǒng)概述單回路控制系統(tǒng)方框圖的一般形式，如圖，它是由被控對象、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)器和測量變送器組成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的給定量是某一定值，要求系統(tǒng)的被控制量穩(wěn)

9、定至給定量。由于這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，調(diào)試方便等優(yōu)點，故在工業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用。3.2 一階單容水箱液位控制工程 一階單容水箱液位控制工程的被控量為左上水箱（也可采用右上水箱或者下水箱）的液位高度，要求它的液位穩(wěn)定在給定值。將壓力傳感器LT1檢測到的左上水箱液位信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制氣動調(diào)節(jié)閥的開度，以達到控水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。上位機監(jiān)控界面中點擊“手動”，并將設(shè)定值和輸出值設(shè)置為一個合適的值，此操作可通過設(shè)定值或輸出值旁邊相應(yīng)的滾動條或輸出輸入框來實現(xiàn)。啟動磁力驅(qū)動泵，磁

10、力驅(qū)動泵上電打水，適當增加/減少輸出量，使左上水箱的液位平衡于設(shè)定值。待液位穩(wěn)定于給定值后，將調(diào)節(jié)器切換到“自動”控制狀態(tài)，待液位平衡后，通過以下幾種方式加干擾：突增（或突減）設(shè)定值的大小，使其有一個正（或負）階躍增量的變化；將上水箱出水閥開至適當開度。以上幾種干擾均要求擾動量為控制量的515，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)定值（采用后面兩種干擾方法仍穩(wěn)定在原設(shè)定值）。3.3下位機西門子STEP7硬件組態(tài)設(shè)計 西門子STEP7軟件作為下位機與西門子S7-300進行通信，可完成組態(tài)、編程、鏈接、下載、調(diào)試

11、等步驟，實現(xiàn)對西門子S7-300 PLC的控制。西門子STEP7軟件功能強大，應(yīng)用STEP7軟件中的三種編程語言進行編程，三種語言有梯形邏輯圖（或LAD）、語句表（或STL）、功能塊圖（FBD），可編寫走廊燈、交通燈、廣告燈、一階單容水箱液位控制、串級控制、前饋控制、比例控制、均勻控制、解耦控制等程序，還可進行模擬仿真報警開關(guān)、閉環(huán)調(diào)速、傳送帶、電梯等。一、打開STEP 7二、新建工程 在File中點擊New 在彈出的對話框中輸入新的工程名和路徑三、插入站 SIMATIC 300 Station右鍵點擊工程名，Insert New Object插入SIMATIC 300 Station四、硬件

12、組態(tài)雙擊Hardware1、添加軌道Rail右側(cè)SIMERTIC 300中找到RACK-300，雙擊Rail2、插槽1中加入電源PS 307 5A3、插槽2中加入CPU 315-2 DP4 、插槽4中加入CP 343-1 在彈出的對話框中修改IP address IP address :140.80.0.3 （3是機器左上角貼的標號） 點擊OK(3)建立以太網(wǎng)通信 雙擊CP 343-1可查看屬性，此時Networked：No（表示沒有以太網(wǎng)通信），點擊Properties 可修改點擊New，新建一個以太網(wǎng)連接點OK此時Subnet中出現(xiàn)Ethernet(1)，點擊OK此時Networked：Y

13、es 表示已建立了以太通信 點擊Ok即可5、在PROFIBUS-DP上加入設(shè)備（1）加入IM 153-2 OD（2）加入IM 153-1（3）加入MICROMASTER 46、在PROFIBUS-PA上加入設(shè)備（1）加入SITRANS P DS（2）加入SITRANS TH400（3）加入SITRANS FM Intermag 2（4）加入SIPART PS 2 做好后，測試硬件連接是否成功。 把控制系統(tǒng)的電源打開，把CPU置于STOP或者RUN-P狀態(tài)，回到硬件配置窗口，點擊圖標，下載配置好的硬件到CPU中，把CPU置于RUN狀態(tài)（如果下載程序時CPU置于RUN-P狀態(tài)，則可省略這一步），如

14、果CPU的SF燈不亮，亮的只有綠燈，表明硬件配置正確。如果CPU的SF燈亮，則表明配置出錯，點擊硬件配置窗口中圖標，則配置錯的模塊將有紅色標記，反復修改出錯模塊參數(shù)，保存并下載到CPU，直到CPU的SF燈不亮，亮的只有綠燈為止。3.4 STEP7中的編程模塊 組織塊（Oganization Block,簡稱OB）。組織塊是操作系統(tǒng)和用戶程序間的接口，它被操作系統(tǒng)調(diào)用。組織塊控制程序執(zhí)行的循環(huán)和中斷、PLC的啟動、發(fā)送錯誤報告等?？梢酝ㄟ^在組織塊里編程來控制CPU的動作。 可編程控制器上操作系統(tǒng)在程序環(huán)（循環(huán)）中運行，并且在主程序的每一個環(huán)中調(diào)用一次組織塊OB1。OB1中的用戶程序因此也被循環(huán)執(zhí)

15、行。而在編程時我們并沒有直接在OB1中進行編程，而是用中斷模塊OB35以每100ms中斷一次，也就是以以100ms為周期運行。所有的主程序都放在OB35中。其他模塊都是輔助模塊在OB35中進行調(diào)用或者用來存放數(shù)據(jù)。 功能塊（Function Block,簡稱FB）。功能塊為STEP 7系統(tǒng)函數(shù)，用戶編寫的包含經(jīng)常使用的功能的子程序放在其中，每一個功能函數(shù)塊完成一種特定的功能，并帶有自己的存儲區(qū)，可以根據(jù)實際需要調(diào)用不同的功能函數(shù)塊。在程序中應(yīng)用到了FB41模塊，F(xiàn)B41是連續(xù)PID模塊，其測量數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)模塊DB41、DB42或DB43中。在程序編寫水箱液位程序時，比如CALL CONT_C

16、 , DB41 該語句的意思是調(diào)用CONT_C模塊并把數(shù)據(jù)存放在DB41里，其中CONT_C是指FB41（在符號表中可找到其定義）。數(shù)據(jù)塊（Data Block,簡稱DB）。數(shù)據(jù)塊是為了對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行存儲而開辟的數(shù)據(jù)存儲區(qū)域。比如CALL CONT_C , DB41 該語句的意思是調(diào)用CONT_C模塊并把數(shù)據(jù)存放在DB41里，該模塊只是用來存放數(shù)據(jù)的。3.5工程選擇程序 OB35中的Network 1程序主要是選擇工程和初始化變頻器的程序，程序分析如下：Network 1：Title: AN DB1.DBX 3.3 /變頻器的啟動，WinCC中變量名稱為driver_on_off，圖中為“啟動

17、變頻器”與“停止變頻器”。 JNB cs01 / DB1.DBX 3.3 =1時，即啟動變頻器，跳轉(zhuǎn)到初始化變頻器 （JNB ：邏輯運算結(jié)果RLO=0時跳轉(zhuǎn)） A DB1.DBX 3.3 JNB tz20 / DB1.DBX 3.3 =0時，即停止變頻器，跳轉(zhuǎn)到停止變頻器 /初始化變頻器/cs01: AN DB1.DBX 3.1 /判斷初始化完成了嗎，完成則跳轉(zhuǎn)到qd20啟動變頻器 JNB qd20 /當DB1.DBX 3.1=1時跳轉(zhuǎn)到qd20啟動變頻器 AN DB1.DBX 2.5 /判斷以下8句的初始化程序完成沒有，完成跳轉(zhuǎn)到c1裝載下一段初始化程序 JNB c1 /當DB1.DBX 2

18、.5=1時跳轉(zhuǎn)到c1/ MM400接收主站的PKW數(shù)據(jù)存放在IB304IB311（4個字），MM400發(fā)送反饋信息給主站的數(shù)據(jù)區(qū)在QB280QB287（4個字）。 L W#16#200A T PQW 280 L W#16#0 T PQW 282 L W#16#0 T PQW 284 L W#16#1E T PQW 286 S DB1.DBX 2.5 /置位，下一次CPU掃描循環(huán)模塊OB35時DB1.DBX 2.5=1 JU end /JU：無條件跳轉(zhuǎn)，跳轉(zhuǎn)到end，即結(jié)束這次中斷c1: AN DB1.DBX 2.6 JNB c2 L W#16#23CA T PQW 280 L W#16#0 T

19、 PQW 282 L W#16#0 T PQW 284 L W#16#1 T PQW 286 S DB1.DBX 2.6 JU endc2: AN DB1.DBX 2.7 JNB c3 L W#16#2003 T PQW 280 L W#16#0 T PQW 282 L W#16#0 T PQW 284 L W#16#3 T PQW 286 S DB1.DBX 2.7 JU endc3: AN DB1.DBX 3.0 JNB c4 L W#16#22BC T PQW 280 L W#16#0 T PQW 282 L W#16#0 T PQW 284 L W#16#6 T PQW 286 S D

20、B1.DBX 3.0 JU endc4: L W#16#23E8 T PQW 280 L W#16#0 T PQW 282 L W#16#0 T PQW 284 L W#16#6 T PQW 286 S DB1.DBX 3.1 /置位，下一次CPU掃描循環(huán)模塊OB35時DB1.DBX 3.1=1 初始化裝載完成 JU end qd20: AN DB1.DBX 3.2 /判斷是否啟動了變頻器，啟動了則跳轉(zhuǎn)到to，來選擇實驗 JNB sy/MM400接收主站的PZD數(shù)據(jù)存放在IB312IB315（2個字），MM400發(fā)送反饋信息給主站的數(shù)據(jù)區(qū)在QB288QB291（2個字）。 L W#16#47F

21、 /以下4句發(fā)出啟動命令 T PQW 288 L W#16#0 T PQW 290 S DB1.DBX 3.2 /變頻器已啟動 JU end/停止變頻器/tz20: L W#16#47E /發(fā)出停止命令 T PQW 288 L W#16#0 T PQW 290 R DB1.DBX 2.5 /復位 R DB1.DBX 2.6 R DB1.DBX 2.7 R DB1.DBX 3.0 R DB1.DBX 3.1 R DB1.DBX 3.2 JU endNetwork 2：Title: sy: L 5.000000e+000 T PQD 296 CALL CONT_C , DB41 COM_RST :

22、= MAN_ON := PVPER_ON:=TRUE P_SEL := I_SEL := INT_HOLD:= I_ITL_ON:= D_SEL := CYCLE := SP_INT := PV_IN := PV_PER :=PIW272 MAN := GAIN := TI := TD := TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM := LMN_LLM := PV_FAC :=5.000000e+000 PV_OFF :=0.000000e+000 LMN_FAC :=1.000000e+000 LMN_OFF :=0.000000e+000 I_ITLVAL:= DISV

23、:= LMN := LMN_PER := QLMN_HLM:= QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := NOP 0 CALL CONT_C , DB43 COM_RST := MAN_ON :=TRUE PVPER_ON:=FALSE P_SEL := I_SEL := INT_HOLD:= I_ITL_ON:= D_SEL := CYCLE := SP_INT := PV_IN := PV_PER := MAN := GAIN := TI := TD := TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM := LMN_LL

24、M := PV_FAC := PV_OFF := LMN_FAC :=1.000000e+000 LMN_OFF :=0.000000e+000 I_ITLVAL:= DISV := LMN := LMN_PER := QLMN_HLM:= QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := NOP 0 AN DB41.DBX 0.1 JNB sd2 L DB41.DBD 72 T DB41.DBD 16 L DB41.DBD 72 T PQD 292 L DB43.DBW 76 T PQW 290 JU endsd2: L DB41.DBD 1

25、6 T DB41.DBD 72 L DB41.DBD 72 T PQD 292 L DB43.DBW 76 T PQW 290 JU endNetwork 3：Title: over: L 5.000000e+000 T PQD 296 L 9.000000e+001 T PQD 292 L W#16#0 T PQW 272 JU endNetwork 4：Title: end: NOP 0四上位機WinCC界面組態(tài)控制系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件采用SIEMENS公司的上位監(jiān)控組態(tài)軟件SIMATIC WINCC。WinCC指的是Windows Control Center，它是在生產(chǎn)和過程自動化中解決

26、可視化和控制任務(wù)的監(jiān)控系統(tǒng)，它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的畫面更新以及可靠的數(shù)據(jù)交換使其具有高度的實用性。WinCC 是基于Windows NT 32位操作系統(tǒng)的，在Windows NT或Windows 2000標準環(huán)境中，WinCC具有控制自動化過程的強大功能 ，它是基于個人計算機，同時具有極高性價比的操作監(jiān)視系統(tǒng)。WINCC的顯著特性就是全面開放，它很容易結(jié)合用戶的下位機程序建立人機界面，精確的滿足控制系統(tǒng)的要求。不僅如此，WINCC還建立了像DDE、OLE等在Windonws程序間交換數(shù)據(jù)的標準接口，因此能毫無困難的集成ActiveX

27、控制和OPC服務(wù)器、客戶端功能。4.1建立wincc界面一 新建工程 打開WinCC界面，新建一工程，在彈出的對話框WinCC項目管理器中選擇單用戶項目，點擊確定。 創(chuàng)建新項目對話框中填入項目名稱并選擇路徑。單擊創(chuàng)建。 二 添加新驅(qū)動鏈接 右擊變量管理，選擇添加新的驅(qū)動程序，在彈出的對話框選擇 SIMATIC S7 Protocol Suite. chn ,單擊打開。 在SIMATIC S7 Protocol Suite的下拉選項中找到PROFIBUS。我們選擇PROFIBUS-DP連接方式。也可選擇TCP/IP以太網(wǎng)連接方式。 右擊PROFIBUS選擇新驅(qū)動程序的連接，在彈出的連接屬性對話框

28、中可自擬名稱，單擊右側(cè)屬性，在彈出的連接參數(shù)PROFIBUS對話框中插槽號填2。單擊確定。 右擊PROFIBUS選擇系統(tǒng)參數(shù)。在單元選項中，邏輯設(shè)備名稱選擇CP5611（PROFIBUS），去掉自動設(shè)置對勾。三 新建變量 右擊NewConnection 選擇新建變量。 在彈出的變量屬性對話框中填寫變量屬性，新建所需變量。 四 圖形編輯 組態(tài)界面全貌 歷史曲線關(guān)聯(lián)變量 歷史曲線的屬性設(shè)置按鈕程序4.2變量歸檔第1步：按照下圖右擊變量記錄 ，選擇打開，將變量歸檔畫面打開。 變量歸檔畫面將打開如下：第2步：右擊歸檔，點中歸檔變量組第3步：系統(tǒng)彈出引導組態(tài)畫面1、不做改動，直接點擊NEXT2、可以將歸檔組名稱進行更改，然后點擊NEXT3、第3幅畫面，添加歸檔變量，點擊SELECT按鈕就可以添加了，添加變量完成后，點擊FINISH第3步：系統(tǒng)將生成一個新的變量歸檔庫WATER。第4步：如果再要在WATER中增加歸檔變量，右擊WATER歸檔庫，選擇NEW TA