現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)07 SIMATIC S7-300、400 PLC的設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

第七章SIMATICS7-300/400PLC的設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例第7章SIMATICS7-300/400PLC的

設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例7.1PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)

7.2基于PROFIBUS的三容水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.3基于PROFIBUS的模擬鍋爐液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.4基于PC的PLC控制電加熱爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

7.1PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)

一、實(shí)驗(yàn)室控制網(wǎng)絡(luò)組成二、系統(tǒng)硬件組成

一、實(shí)驗(yàn)室控制網(wǎng)絡(luò)組成二、系統(tǒng)硬件組成1．一類主站

SIMATICS7-300/400PLC

2．二類主站

PC計(jì)算機(jī)或工控機(jī)3．從站

包括分布式I/OET200，變頻器和通過(guò)DP/PALINK連接的智能從站等。4.被控對(duì)象

7.2基于PROFIBUS的三容水箱

液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、QXLTT三容水箱實(shí)驗(yàn)裝置介紹二、雙容水箱液位控制系統(tǒng)組成及原理三、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及硬件組態(tài)四、實(shí)現(xiàn)S7300液位控制功能五、實(shí)現(xiàn)液位監(jiān)控功能一．QXLTT三容水箱實(shí)驗(yàn)裝置介紹二、雙容水箱液位控制系統(tǒng)

組成及原理液位單回路控制框圖三、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及硬件組態(tài)

1．通信端口設(shè)置

打開(kāi)控制面板，雙擊SetPG/PCInterface，設(shè)置編程設(shè)備和控制器的通信接口

2．網(wǎng)絡(luò)及硬件組態(tài)

（1）創(chuàng)建項(xiàng)目創(chuàng)建項(xiàng)目“液位控制”。插入一個(gè)S7300站，進(jìn)入硬件組態(tài)“ConfiguringHardware”界面。（2）配置機(jī)架點(diǎn)開(kāi)右側(cè)的硬件資源，從RACK-300中選擇機(jī)架（3）配置模塊各模塊如下：①CPU314C-2DP6ES7314-6CF00-0AB0集成有

DI8×DC24V，AI5/AO2×12Bit，

DI16/DO16×DC24V。設(shè)置AI、AO模塊特性為電流4～20mA。②

CP3436ES7343-1EX11-0XE0硬件組態(tài)

設(shè)置MAC地址

（按標(biāo)簽上的物理地址）（4）保存硬件配置（5）下載硬件配置到PLC

四、實(shí)現(xiàn)S7300液位控制功能（一）控制程序組態(tài)1．在S7Program的Blocks中建立程序塊FC1、OB35、FC2。FC1塊實(shí)現(xiàn)液位信號(hào)的輸入量程轉(zhuǎn)換，將0-27648之間的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為0-500mm之間的液位實(shí)際值。OB35為循環(huán)中斷組織塊，可以按照固定的時(shí)間間隔循環(huán)調(diào)用PID程序塊，本例采樣時(shí)間100ms。循環(huán)中斷時(shí)間可以在CPU的特性里進(jìn)行設(shè)定，如圖7-11所示。FC2塊實(shí)現(xiàn)輸出操作信號(hào)的量程轉(zhuǎn)換，將0.0-100.0之間的實(shí)型值轉(zhuǎn)換為0-27648之間的數(shù)字量。圖7-11循環(huán)中斷時(shí)間的設(shè)定2.編輯FC1（a）1#容器液位輸入處理—量程轉(zhuǎn)換（b）2#容器液位輸入處理—量程轉(zhuǎn)換（c）3#容器液位輸入處理—量程轉(zhuǎn)換3．編輯OB35（2#容器液位PID控制）

4．編輯FC25.編輯主程序OB1

6．建立變量表（二）程序調(diào)試

第1步：AI5/A02中的Inputs和Outputs量程設(shè)置

第2步：Blocks中的程序塊下載到S7300中第3步：變量表在線監(jiān)控、程序在線監(jiān)視變量表監(jiān)控程序監(jiān)視五、實(shí)現(xiàn)液位監(jiān)控功能（一）創(chuàng)建項(xiàng)目打開(kāi)WinCC軟件，新建一個(gè)項(xiàng)目，取名“S7300水箱監(jiān)控界面”

（二）建立WINCC與PLC的通信連接

選擇“SIMATICS7PROTOCOLSUITE”中的“IndustrialEthernet”。該通道單元和協(xié)議用來(lái)訪問(wèn)工業(yè)以太網(wǎng)。在通道單元“IndustrialEthernet”下建立到S7300控制系統(tǒng)的邏輯連接，設(shè)置連接屬性和參數(shù)。

通信驅(qū)動(dòng)程序通道連接屬性和參數(shù)設(shè)置（三）創(chuàng)建變量WINCC與S7300PLC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換是通過(guò)變量實(shí)現(xiàn)的，WINCC中建立的變量地址要對(duì)應(yīng)PLC中的變量地址變量及屬性設(shè)置（四）監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

1.監(jiān)控畫面的創(chuàng)建和編輯啟動(dòng)畫面的編輯液位監(jiān)控界面的編輯

PID參數(shù)設(shè)置界面的編輯

I/O域的變量連接和屬性設(shè)置2.在線趨勢(shì)曲線界面的設(shè)計(jì)（1）過(guò)程值歸檔

歸檔屬性設(shè)置過(guò)程變量屬性設(shè)置（2）趨勢(shì)曲線界面設(shè)計(jì)

添加WINCC在線趨勢(shì)控件

在線趨勢(shì)控件的屬性設(shè)置3．各畫面的鏈接利用按鈕的屬性配置可以實(shí)現(xiàn)各界面的跳轉(zhuǎn)和返回。（五）調(diào)試進(jìn)入計(jì)算機(jī)屬性對(duì)話框，選擇啟動(dòng)按鈕，將“文本庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)”、“變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)”、“圖形運(yùn)行系統(tǒng)”選中并確定。激活運(yùn)行系統(tǒng)界面在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

界面在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

7.3基于Profibus的模擬鍋爐液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、系統(tǒng)分析

系統(tǒng)硬件部分包括被控對(duì)象（實(shí)驗(yàn)室模擬鍋爐系統(tǒng)）、S7-400控制器和PC機(jī)；采用模糊控制算法，應(yīng)用Step7軟件和WinCC軟件編寫控制和監(jiān)控程序。

1．被控對(duì)象主要由三部分構(gòu)成：

（1）變頻水泵，高位恒壓水塔和儲(chǔ)水池構(gòu)成的供、排水系統(tǒng)。

（2）由分布在三個(gè)不同層面上的四個(gè)單元所組成的被控過(guò)程，這四個(gè)單元分別是：1)帶有冷卻水夾套的鍋筒單元。；2）流量檢測(cè)與調(diào)節(jié)執(zhí)行組合單元；3）回路的壓力檢測(cè)單元；4）并聯(lián)雙容單元。

（3）各種過(guò)程控制器，例如：常規(guī)控制儀表，可編程控制儀表等，以及工作電源和過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)等。

2．控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一級(jí)主站S7400可編程控制器與二級(jí)主站PC機(jī)之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)通信，PC機(jī)主要有兩種用途：①系統(tǒng)監(jiān)控。運(yùn)行WinCC監(jiān)控軟件用于實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)情況；②作為工程師站運(yùn)行STEP7軟件和WinCC軟件，進(jìn)行系統(tǒng)硬件、軟件、通信組態(tài)和監(jiān)控界面、趨勢(shì)、報(bào)警曲線的組態(tài)。S7400可編程控制器與分布式I/OET200之間通過(guò)Profibus總線協(xié)議連接，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)并發(fā)出控制指令。系統(tǒng)硬件采用S7-400控制器，其各有一塊16通道的DI/DO模塊，兩塊8通道的AI模塊，一塊4通道的AO模塊。

用SIEMENS

S7-400可編程序控制器的Step7軟件設(shè)計(jì)一個(gè)兩維模糊控制器。

4．預(yù)期控制目標(biāo)系統(tǒng)具有快速、穩(wěn)定的響應(yīng)曲線，超調(diào)量應(yīng)該小于20%，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間為5s左右。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，被控液位能快速恢復(fù)到原來(lái)所給定的液位值。3．控制算法二、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及硬件組態(tài)1．設(shè)置PG/PC接口2．硬件組態(tài)網(wǎng)絡(luò)總覽圖三．系統(tǒng)控制軟件組態(tài)1．建立變量表和符號(hào)表

地址說(shuō)明數(shù)據(jù)類型M0.1進(jìn)水電磁閥動(dòng)作VD1BOOLM0.2出水電磁閥動(dòng)作VD2BOOLM0.3停止電磁閥VD-STOPBOOLM0.4手自動(dòng)開(kāi)關(guān)BOOLM0.5置1，自動(dòng)調(diào)節(jié)BOOLM0.6上限報(bào)警BOOLM0.7下限報(bào)警BOOLQ0.0進(jìn)水電磁閥BOOLQ0.1出水電磁閥BOOLPIW516鍋筒液位數(shù)字量INTPIW522進(jìn)水流量數(shù)字量INTPIW524出水流量數(shù)字量INTPQW512進(jìn)水閥輸出INTPQW514出水閥輸出INTMD20鍋筒液位實(shí)際值REALMD94進(jìn)水流量實(shí)際值REALMD124出水流量實(shí)際值REALMD78進(jìn)水閥開(kāi)度REALMD86出水閥開(kāi)度REALMD82出水閥門操作量REALMD90進(jìn)水閥門操作量REAL2．控制算法的實(shí)現(xiàn)（1）主程序OB1里，主要實(shí)現(xiàn)了鍋筒液位輸入信號(hào)、進(jìn)水流量信號(hào)的量程轉(zhuǎn)換；進(jìn)水閥門輸出信號(hào)的量程轉(zhuǎn)換；閥門的手自動(dòng)切換程序，上下限報(bào)警程序等。輸入、量程轉(zhuǎn)換模塊輸出模塊進(jìn)水調(diào)節(jié)閥手自動(dòng)切換上限報(bào)警（2）模糊控制編程

SPUE-2-1012-2-2-2-200-1-2-1-1-100-2-1000100111201222求出偏差

偏差模糊化數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，將輸出取整

本系統(tǒng)中偏差的實(shí)際變化范圍為[-500，500]，需要轉(zhuǎn)換到[-2,2]這個(gè)區(qū)間。用下面的例子說(shuō)明如何調(diào)用模糊規(guī)則。如圖7-60和7-61所示，判斷模糊化偏差與設(shè)定值處于論域[-2，2]中的某個(gè)等級(jí)，則調(diào)用相應(yīng)的模糊規(guī)則。

反模糊化

四．監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)1．啟動(dòng)WinCC；2．創(chuàng)建新項(xiàng)目；3．添加PLC驅(qū)動(dòng)程序，

4．創(chuàng)建的WinCC畫面

（1）啟動(dòng)畫面設(shè)計(jì)（2）監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)從圖庫(kù)選擇需要插入的圖形Pipe、Valve，并建立對(duì)應(yīng)地輸入/輸出域及設(shè)置相關(guān)按鈕，進(jìn)行在線控制。同時(shí)建立趨勢(shì)曲線、報(bào)警、返回初始畫面、退出運(yùn)行四個(gè)按鈕的鏈接。系統(tǒng)被激活后，鍋筒液位的棒圖可以顯示的液位高度，同時(shí)旁邊的輸入/輸出域可以實(shí)時(shí)顯示液位數(shù)值。點(diǎn)擊畫面下側(cè)的各個(gè)按鈕，可以進(jìn)入到不同地畫面。

（3）趨勢(shì)曲線畫面設(shè)計(jì)建立WinCCOnlineTrend，首先要建立變量記錄。在趨勢(shì)曲線畫面中，建立了鍋筒液位趨勢(shì)曲線和閥門開(kāi)度趨勢(shì)曲線。同時(shí)，對(duì)這三個(gè)變量建立了WinCCOnlineTable。變量記錄

變量記錄（4）報(bào)警畫面設(shè)計(jì)液位值是模擬量，所以要對(duì)鍋筒液位建立報(bào)警，首先要組態(tài)模擬量報(bào)警。設(shè)立的報(bào)警下限值應(yīng)略大于實(shí)際液位下限值，報(bào)警上限值應(yīng)略小于實(shí)際液位上限值。因?yàn)殄仩t液位下、上限值為0和500，所以設(shè)立的報(bào)警下、上限值分別為50和450。

報(bào)警文本顏色設(shè)置

報(bào)警界面五．系統(tǒng)運(yùn)行1.系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，初始運(yùn)行畫面為“啟動(dòng)畫面”2.點(diǎn)擊“進(jìn)入監(jiān)控”按鈕，進(jìn)入鍋爐液位監(jiān)控畫面。3.點(diǎn)擊“進(jìn)入曲線”按鈕，進(jìn)入趨勢(shì)曲線畫面，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，得到相應(yīng)的趨勢(shì)曲線4.點(diǎn)擊“報(bào)警”按鈕，進(jìn)入報(bào)警畫面。

六．小結(jié)

總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟如下：（1）分析系統(tǒng)并制定控制方案；（2）設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，選擇控制器等硬件裝置；（3）組態(tài)系統(tǒng)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)通信；（4）組態(tài)系統(tǒng)監(jiān)控界面；（5）檢查系統(tǒng)通信正常，下載系統(tǒng)硬件、軟件；（6）系統(tǒng)調(diào)試，得到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面；（7）顯示系統(tǒng)主要參數(shù)的趨勢(shì)曲線；（8）顯示系統(tǒng)的參數(shù)報(bào)警界面。7.4基于PC的PLC控制的

電加熱爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、硬件結(jié)構(gòu)及軟件關(guān)系1.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3.系統(tǒng)使用的軟件

二、實(shí)驗(yàn)實(shí)施步驟1.硬件組態(tài)2.用戶程序編寫3.系統(tǒng)監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)

一、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、硬件結(jié)構(gòu)及軟件關(guān)系1.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)層次構(gòu)成：現(xiàn)場(chǎng)級(jí)和控制級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)由遠(yuǎn)程I/OET200S作為PROFIBUS-DP從站，控制級(jí)為基于PC的PLC——WinACSlot型控制器，屬于PROFIBUS-DP主站。電加熱爐控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖：2.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)電加熱爐內(nèi)部鋼樣的溫度由傳感器測(cè)得，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入到LTF-2A型溫度場(chǎng)控制裝置內(nèi)，再經(jīng)過(guò)變送器件成為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號(hào)和0-5V電壓信號(hào)，輸出給現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程I/O模塊；系統(tǒng)的執(zhí)行器是晶閘管器件，也安裝于LTF-2A型溫度場(chǎng)控制裝置內(nèi)。

被控對(duì)象