计算机过程控制实验指导书.pdf

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1、绪 论.2第 一 章 控 制 系 统 的 组 成 及 认 识 实 验.3第 一 节、现 场 总 线 控 制 系 统(F C S)的 组 成 与 认 识 实 验.3第 二 节、下 位 机 软 件 中 的 硬 件 配 置 和 程 序 结 构.10第 三 节、上 位 机 组 态 软 件 简 介.16第 二 章 被 控 对 象 特 性 测 试.36第 一 节、单 容 水 箱 特 性 测 试.36第 二 节、双 容 水 箱 特 性 测 试.45第 三 章 单 回 路 控 制 系 统 实 验.52第 一 节、单 回 路 控 制 系 统 的 概 述.52第 二 节、上 水 箱 液 位 PID整 定 实 验.

2、58第 三 节、串 接 双 容 水 箱 液 位 PID整 定 实 验.64第 四 节、三 容 水 箱 液 位 定 值 控 制 系 统.67第 五 节、锅 炉 内 胆 水 温 PID控 制 实 验.71第 六 节、锅 炉 夹 套 水 温 PID控 制 实 验.78第 七 节、单 闭 环 流 量 PID控 制 实 验.83第 四 章 温 度 位 式 控 制 系 统 实 验.87第 五 章 串 级 控 制 系 统 实 验.93第 一 节、串 级 控 制 系 统 概 述.93第 二 节、水 箱 液 位 串 级 控 制 实 验.97第 三 节、三 闭 环 液 位 控 制 系 统.103第 四 节、锅 炉

3、 夹 套 与 内 胆 水 温 串 级 控 制 系 统.108第 五 节、锅 炉 内 胆 水 温 与 水 流 量 串 级 控 制 实 验.112第 六 节、上 水 箱 液 位 与 进 水 流 量 串 级 控 制 系 统.117第 六 章 比 值 控 制 系 统 实 验.122第 七 章 前 馈-反 馈 控 制 系 统 实 验.128第 一 节、下 水 箱 液 位 前 馈-反 馈 控 制 实 验.128第 二 节、锅 炉 内 胆 水 温 前 馈-反 馈 控 制 系 统.135第 八 章 滞 后 控 制 系 统 实 验.139第 一 节、盘 管 出 水 口 温 度 滞 后 控 制 实 验.140第

4、二 节、盘 管 出 水 口 流 量 纯 滞 后 控 制 系 统.144第 九 章 解 耦 控 制 系 统 实 验.148第 一 节、锅 炉 夹 套 与 内 胆 水 温 解 耦 控 制 系 统.150第 二 节、上 水 箱 液 位 与 出 口 水 温 解 耦 控 制 实 验.1561绪 论 现 场 总 线 技 术 是 当 今 自 动 化 领 域 技 术 发 展 热 点 之 一，被 誉 为 自 动 化 领 域 的 计 算 机 局 域 网，它 的 出 现 标 志 着 自 动 化 控 制 技 术 又 一 个 新 时 代 的 开 始。现 场 总 线 是 连 接 设 置 在 控 制 现 场 的 仪 表 与

5、 设 置 在 控 制 室 内 的 控 制 设 备 的 数 字 化、串 行、多 站 通 信 的 网 络。其 关 键 标 志 是 能 支 持 双 向、多 节 点、总 线 式 的 全 数 字 通 信。现 场 总 线 技 术 的 出 现 使 传 统 的 控 制 系 统 结 构 产 生 了 革 命 性 的 变 化，使 自 控 系 统 朝 着 智 能 化、数 字 化、信 息 化、网 络 化、分 散 化 的 方 向 迈 进，形 成 新 型 的 网 络 集 成 式 全 分 布 式 控 制 系 统-现 场 总 线 控 制 系 统 F C S(Fieldbus Control System)。现 场 总 线 实

6、现 了 微 机 化 测 量 控 制 设 备 之 间 实 现 双 向 串 行 多 节 点 数 字 通 信，因 为 其 开 放 式、数 字 化、多 站 点 通 信、低 带 宽 的 特 性。所 以 可 以 很 方 便 地 与 因 特 网(In tern et)、企 业 内 部 网(Interanet)相 连。随 着 近 年 来 现 场 总 线 控 制 技 术 的 日 益 成 熟 和 完 善，其 在 工 业 现 场 的 应 用 已 经 非 常 普 遍，如 何 把 这 种 能 体 现 现 代 控 制 主 流 的 技 术 应 用 到 教 学 实 验 装 置，是 木 套 实 验 装 置 所 要 解 决 的

7、问 题。本 套 现 场 总 线 控 制 系 统，是 在 原 有 传 统 过 程 控 制 实 验 装 置 基 础 上,通 过 PROFIBUS协 议 进 行 数 据 传 输 和 交 换 的 现 场 总 线 模 块 替 代 常 规 的 现 场 检 测 和 变 送 装 置，采 用 工 业 以 太 网 与 上 位 机 进 行 通 讯 和 远 程 控 制,从 而 使 整 个 控 制 系 统 实 现 网 络 化 和 数 字 化。本 系 统 既 可 以 为 高 校 本 科 自 动 化 相 关 专 业 的 学 生 提 供 一 个 理 解 和 把 握 现 代 主 流 控 制 技 术 的 实 践 平 台，又 可

8、以 为 高 校 研 究 生 和 教 师 提 供 一 个 自 动 化 理 论 研 究 的 平 台。1第 一 章 控 制 系 统 的 组 成 及 认 识 实 验 第 一 节、现 场 总 线 控 制 系 统（FCS）的 组 成 与 认 识 实 验 一、系 统 简 介 本 现 场 总 线 控 制 系 统 是 基 于 PROFIBUS和 工 业 以 太 网 通 讯 协 议、在 传 统 过 程 控 制 实 验 装 置 的 基 础 上 升 级 而 成 的 新 一 代 过 程 控 制 系 统。整 个 实 验 装 置 分 为 上 位 控 制 系 统 和 控 制 对 象 两 部 分，上 位 控 制 系 统 流 程

9、 图 如 图 1 T 所 示：图 1-1 上 位 控 制 系 统 流 程 图 控 制 系 统 流 程 图控 制 对 象 总 貌 图 如 图 2 所 示。图 1-2 控 制 对 象 总 貌 图 二、系 统 组 成 本 实 验 装 置 由 被 控 对 象 和 上 位 控 制 系 统 两 部 分 组 成。系 统 动 力 支 路 分 两 路：一 路 由 三 相（380V交 流）磁 力 驱 动 泵、气 动 调 节 阀、直 流 电 磁 阀、PA电 磁 流 量 计 及 手 动 调 节 阀 组 成；另 一 路 由 变 频 器、三 相 磁 力 驱 动 兔（220V变 频）、涡 轮 流 量 计 及 手 动 调 节

10、 阀 组 成。1、被 控 对 象 被 控 对 象 由 不 锈 钢 储 水 箱、上、中、下 三 个 串 接 圆 筒 形 有 机 玻 璃 水 箱、4.5Kw电 加 热 锅 炉（由 不 锈 钢 锅 和 锅 炉 夹 套 构 成）、冷 热 水 交 换 盘 管 和 敷 塑 不 锈 钢 管 路 组 成。水 箱：包 括 上 水 箱、中 水 箱、下 水 箱 和 储 水 箱。上、中、下 水 箱 采 用 淡 蓝 色 圆 筒 型 有 机 玻 璃，不 但 坚 实 耐 用，而 且 透 明 度 高，便 于 学 生 直 能 接 观 察 到 液 位 的 变 化 和 记 录 结 果。上、中 水 箱 尺 寸 均 为：d=25cm,

11、h=20 cm；下 水 箱 尺 寸 为：d=35cm,h=20 cm0每 个 水 箱 有 三 个 槽，分 别 是 缓 冲 槽，工 作 槽，出 水 槽。储 水 箱 尺 寸 为：长 X 宽 义 高=68cmX52 cmX 43 cmo储 水 箱 内 部 有 两 个 椭 圆 形 塑 料 过 滤 网 罩，防 止 两 套 动 力 支 路 进 水 时 有 杂 物 进 入 泵 中。模 拟 锅 炉：此 锅 炉 采 用 不 锈 钢 制 成，由 加 热 层（内 胆）和 冷 却 层（夹 套）组 成。做 温 度 实 验 时，冷 却 层 的 循 环 水 可 以 使 加 热 层 的 热 量 快 速 散 发，使 加 热 层

12、 的 温 度 快 速 下 降。冷 却 层 和 加 热 层 都 装 有 温 度 传 感 器 检 测 其 温 度。盘 管：长 37米（43圈，可 做 温 度 纯 滞 后 实 验，在 盘 管 上 有 两 个 不 同 的 温 度 检 测 点，因 而 有 两 个 不 同 的 滞 后 时 间。在 实 验 过 程 中 根 据 不 同 的 实 验 需 要 选 择 不 同 的 滞 后 时 间。盘 管 出 来 的 水 既 可 以 回 流 到 锅 炉 内 胆，也 可 以 经 过 涡 轮 流 量 计 完 成 流 量 滞 后 实 验。管 道：整 个 系 统 管 道 采 用 敷 塑 不 锈 钢 管 组 成，所 有 的 水

13、 阀 采 用 优 质 球 阀，彻 底 避 免 了 管 道 系 统 生 锈 的 可 能 性。有 效 提 高 了 实 验 装 置 的 使 用 年 限。其 中 储 水 箱 底 有 一 个 出 水 阀，当 水 箱 需 要 更 换 水 时，将 球 阀 打 开 让 水 直 接 排 出。2、检 测 装 置 压 力 传 感 器、变 送 器：采 用 SIEMENS带 PROFIBUS-PA通 讯 协 议 的 压 力 传 感 器 和 工 业 用 的 扩 散 硅 压 力 变 送 器，扩 散 硅 压 力 变 送 器 含 不 锈钢 隔 离 膜 片，同 时 采 用 信 号 隔 离 技 术，对 传 感 器 温 度 漂 移

14、跟 随 补 偿。压 力 传 感 器 用 来 对 上、中、下 水 箱 的 液 位 进 行 检 测，其 精 度 为 0.5级，因 为 为 二 线 制，故 工 作 时 需 串 接 24V直 流 电 源。温 度 传 感 器：本 装 置 采 用 六 个 PtlOO传 感 器，分 别 用 来 检 测 上 水 箱 出 口、锅 炉 内 胆、锅 炉 夹 套 以 及 盘 管 的 水 温。六 个 PtlOO传 感 器 的 检 测 信 号 中 检 测 锅 炉 内 胆 温 度 的 一 路 到 SIEMENS带 PROFIBUS-PA通 讯 协 议 的 温 度 变 送 器，直 接 转 化 成 数 字 信 号：另 外 五

15、路 经 过 常 规 温 度 变 送 器，可 将 温 度 信 号 转 换 成 4-20mADC电 流 信 号。PtlOO传 感 器 精 度 高，热 补 偿 性 能 较 好。流 量 传 感 器、转 换 器：流 量 传 感 器 分 别 用 来 对 调 节 阀 支 路、变 频 支 路 及 盘 管 出 口 支 路 的 流 量 进 行 测 量。涡 轮 流 量 计 型 号：LWGYT0,流 量 范 围：0 LZnvVh,精 度：1.0%。输 出：4 20mA标 准 信 号。本 装 置 采 用 两 套 流 量 传 感 器、变 送 器 分 别 对 变 频 支 路 及 盘 管 出 口 支 路 的 流 量 进 行

16、测 量，调 节 阀 支 路 的 流 量 检 测 采 用 SIEMENS带 PROFIBUS-PA通 讯 接 口 的 检 测 和 变 送 一 体 的 电 磁 式 流 量 计。3.执 行 机 构 调 节 阀：采 用 SIEMENS带 PROFIBUS-PA通 讯 协 议 的 气 动 调 节 阀，用 来 进 行 控 制 回 路 流 量 的 调 节。它 具 有 精 度 高、体 积 小、重 量 轻、推 动 力 大、耗 气 量 少、可 靠 性 高、操 作 方 便 等 优 点。由 CPU直 接 发 送 的 数 字 信 号 控 制 阀 门 的 开 度，本 气 动 调 节 阀 自 动 进 行 零 点 校 正，使

17、 用 和 校 正 都 非 常 方 便。变 频 器：本 装 置 采 用 SIEMENS带 PROFIBUS-DP通 讯 接 口 模 块 的 变 频 器，其 输 入 电 压 为 单 相 AC220V,输 出 为 三 相 AC220V。水 泵：本 装 置 采 用 磁 力 驱 动 泵，型 号 为 16CQ-8P,流 量 为 32升/分，扬 程 为 8 米，功 率 为 180肌 泵 体 完 全 采 用 不 锈 钢 材 料，以 防 止 生 锈，使 用 寿 命 长。其 中 一 只 为 三 相 380V恒 压 驱 动，另 一 只 为 三 相 变 频220V输 出 驱 动。可 移 相 SCR调 压 装 置：采

18、用 可 控 硅 移 相 触 发 装 置，输 入 控 制 信 号 为 4 20mA标 准 电 流 信 号。输 出 电 压 用 来 控 制 加 热 器 加 热，从 而 控 制 锅 炉 的 温 度。电 磁 阀：在 本 装 置 中 作 为 气 动 调 节 阀 的 旁 路，起 到 阶 跃 干 扰 的 作 用。电 磁 阀 型 号 为：2W-160-25；工 作 压 力：最 小 压 力 为 OKg/cm 2,最 大 压 力 为 7Kg/cm2；工 作 温 度：一 5 80。4.控 制 器 控 制 器 采 用 SIEMENS公 司 的 S7300 CPU,型 号 为 315-2DP,本 CPU既 具 有 能

19、进 行 多 点 通 讯 功 能 的 MPI接 口，又 具 有 PROFIBUS-DP通 讯 功 能 的 DP通 讯 接 口。5、空 气 压 缩 机 用 于 给 气 动 调 节 阀 提 供 气 源，电 动 机 的 动 力 通 过 三 角 胶 带 传 带 动 空 压 机 曲 轴 旋 转，经 连 杆 带 动 活 塞 做 往 复 运 动，使 汽 缸、活 塞、阀 组 所 组 成 的 密 闭 空 间 容 积 产 生 周 期 变 化，完 成 吸 气、压 缩、排 气 的 空 气 压 缩 过 程，压 缩 空 气 经 绕 有 冷 却 翅 片 的 排 气 铜 管、单 向 阀 进 入 储 气 罐。空 压 机 设 有

20、气 量 自 动 调 节 系 统，当 储 气 罐 内 的 气 压 超 过 额 定 排 气 压 力 时，压 力 开 关 会 自 动 切 断 电 源 使 空 压 机 自 动 停 止 工 作，当 储 气 罐 内 的 气 体 压 力 因 外 部 设 备 的 使 用 而 下 降 到 额 定 排 压 以 下 0.2-0.3Mpa时，气 压 开 关 自 动 复 位，空 压 机 又 重 新 工 作，使 储 气 罐 内 压 缩 空 气 压 力 保 持 在 一 定 范 围 内。三、电 源 控 制 台（仅 早 期 控 制 系 统 需 依 赖 电 源 控 制 台，升 级 后 的 现 场 总 线 控 制 系 统 本 身

21、已 集 成 电 源 控 制 部 分）电 源 控 制 屏 面 板：充 分 考 虑 人 身 安 全 保 护，带 有 漏 电 保 护 空 气 开 关、电 压 型 漏 电 保 护 器、电 流 型 漏 电 保 护 器。仪 表 综 合 控 制 台 包 含 了 原 有 的 常 规 控 制 系 统，由 于 它 预 留 了 升 级接 口，因 此 它 在 总 线 控 制 系 统 中 的 作 用 就 是 为 上 位 控 制 系 统 提 供 信 号。四、总 线 控 制 柜 总 线 控 制 柜 有 以 下 几 部 分 构 成：1、控 制 系 统 供 电 板：该 板 的 主 要 作 用 是 把 工 频 AC220V转 换

22、 为 DC24V,给 主 控 单 元 和 DP从 站 供 电。2、控 制 站：控 制 站 主 要 包 含 CPU、以 太 网 通 讯 模 块、DP链 路、分 布 式 I/O DP从 站 和 变 频 器 DP从 站 构 成。3、温 度 变 送 器：PA温 度 变 送 器 把 PT100的 检 测 信 号 转 化 为 数 字 量 后 传 送 给 DP链 路。五、系 统 特 点 被 控 参 数 全 面，涵 盖 了 连 续 性 工 业 生 产 过 程 中 的 液 位、压 力、流 量 及 温 度 等 典 型 参 数。本 装 置 由 控 制 对 象、综 合 上 位 控 制 系 统、上 位 监 控 计 算

23、机 三 部 分 组 成。真 实 性、直 观 性、综 合 性 强，控 制 对 象 组 件 全 部 来 源 于 工 业 现 场。执 行 器 中 既 有 气 动 调 节 阀，又 有 变 频 器、可 控 硅 移 相 调 压 装 置，调 节 系 统 除 了 有 设 定 值 阶 跃 扰 动 外，还 可 以 通 过 对 象 中 电 磁 阀 和 手 动 操 作 阀 制 造 各 种 扰 动。一 个 被 调 参 数 可 在 不 同 动 力 源、不 同 执 行 器、不 同 的 工 艺 管 路 下 演 变 成 多 种 调 节 回 路，以 利 于 讨 论、比 较 各 种 调 节 方 案 的 优 劣。系 统 设 计 时

24、使 2 个 信 号 在 本 对 象 中 存 在 着 相 互 耦 合，二 者 同 时 需 要 对 原 独 立 调 节 系 统 的 被 调 参 数 进 行 整 定，或 进 行 解 耦 实 验，以 符 合 工 业 实 际 的 性 能 要 求。能 进 行 单 变 量 到 多 变 量 控 制 系 统 及 复 杂 过 程 控 制 系 统 实 验。各 种 控 制 算 法 和 调 节 规 律 在 开 放 的 实 验 软 件 平 台 上 都 可 以 实 现。六、系 统 软 件系 统 软 件 分 为 上 位 机 软 件 和 下 位 机 软 件 两 部 分，下 位 机 软 件 采 用 SIEMENS的 STEP7,

25、上 位 机 软 件 采 用 SIEMENS的 WINCC,上、下 位 机 软 件 在 后 面 的 实 验 中 将 分 别 叙 述。七、装 置 的 安 全 保 护 体 系（仅 早 期 控 制 系 统 有 此 电 源 控 制 部 分，升 级 后 的 现 场 总 线 控 制 系 统 本 身 已 集 成 电 源 控 制 部 分）1、三 相 四 线 制 总 电 源 输 入 经 带 漏 电 保 护 器 装 置 的 三 相 四 线 制 断 路 器 进 入 系 统 电 源 后 又 分 为 三 相 电 源 支 路 和 不 同 的 单 相 支 路，每 一 支 路 给 各 自 的 负 载 供 电。总 电 源 设 有

26、 通 电 指 示 灯 和 三 相 指 示 表。2、控 制 屏 电 源 由 接 触 器 通 过 起、停 按 钮 进 行 控 制。屏 上 装 有 一 套 电 压 型 漏 电 保 护 装 置 和-套 电 流 型 漏 电 保 护 装 置。控 制 屏 内 或 强 电 的 输 出（包 括 实 验 中 的 连 线）若 有 漏 电 现 象，即 告 警 并 切 断 总 电 源，以 确 保 实 验 安 全。3、控 制 屏 设 有 服 务 管 理 器（即 定 时 器 兼 报 警 记 录 仪），为 指 导 老 师 对 学 生 实 验 技 能 的 考 核 提 供 一 个 统 一 的 标 准。4、各 种 电 源 及 各

27、种 仪 表 均 有 可 靠 的 保 护 功 能。5、实 验 强 电 接 线 插 头 采 用 封 闭 式 结 构，防 止 触 电 事 故 的 发 生。6、强、弱 电 连 线 插 头 采 用 不 同 的 结 构 插 头，以 防 止 强 弱 电 用 电 插 头 的 混 淆。第 二 节、下 位 机 软 件 中 的 硬 件 配 置 和 程 序 结 构 本 套 控 制 系 统 下 位 机 编 程 软 件 采 用 SIEMENS公 司 的 下 位 编 程 软 件 STEP 7。一、STEP 7 简 介 STEP 7 是 用 于 SIMATIC S7-300/400站 创 建 可 编 程 逻 辑 控 制 程

28、序 的 标 准 软 件，可 使 用 梯 形 逻 辑 图、功 能 块 图 和 语 句 表。它 是 SIEMENSSIMATIC工 业 软 件 的 组 成 部 分。STEP 7 以 其 强 大 的 功 能 和 灵 活 的 编 程 方 式 广 泛 应 用 于 工 业 控 制 系 统，总 体 说 来，它 有 如 下 功 能 特 性：可 通 过 选 择 SIMATIC工 业 软 件 中 的 软 件 产 品 进 行 扩 展 为 功 能 摸 板 和 通 讯 处 理 器 赋 参 数 值 强 制 和 多 处 理 器 模 式 全 局 数 据 通 讯 使 用 通 讯 功 能 块 的 事 件 驱 动 数 据 传 送

29、组 态 连 接 二、STEP 7 的 安 装 包 含 五 种 语 言 的 STEP 7 V5.2 版 本 能 够 在 以 下 操 作 系 统 上 运 行：1、MS Windows 95 OSR2(95b),推 荐 使 用 MS Windows 95c。2、MS Windows 98SE。3、MS Windows Me。4、如 果 操 作 系 统 是 MS Windows NT 4.0 Workstation,则 MS WindowsNT 4.0 Workstation至 少 应 该 是 SP6a以 上 的 版 本。5、如 果 操 作 系 统 是 MS Windows 2000 Professi

30、onal,则 MS Windows2000 Professional至 少 应 该 是 SP1以 上 的 版 本。6、MS Windows XP Professional,推 荐 使 用 MS Windows XPProfessional SP1,MS Windows XP家 庭 版 操 作 系 统 不 支 持 STEP 7 V5.2将 STEP 7 CD放 入 PC机 的 CD-ROM驱 动 器，安 装 程 序 将 自 动 启 动，根 据 安 装 程 序 界 面 的 提 示 即 可 安 装 完 毕。如 果 安 装 程 序 没 有 自 动 启 动，可 在 CD-ROM的 以 下 路 径 中 找

31、 到 安 装 程 序 驱 动 器：/S te p7/D is k l/s e tu p.exe.一 旦 安 装 完 成 并 已 重 新 启 动 计 算 机，“SIMATICs iM A T ic MaMg Manager（SIMATIC管 理 器）”的 图 标 将 显 示 在 Windows桌 面 0三、STEP 7 的 硬 件 配 置 和 程 序 结 构 一 般 来 说，要 在 STEP 7 中 完 成 一 个 完 整 自 动 控 制 项 目 的 下 位 机 程 序 设 计，要 经 过 设 计 自 动 化 任 务 解 决 方 案、生 成 项 目、组 态 硬 件，生 成 程 序、传 送 程 序

32、 到 CPU并 调 试 等 步 骤，其 结 构 流 程 图 如 图 1-3所 示。图 3 程 序 设 计 结 构 流 程 图 从 其 流 程 图 来 看，设 计 自 动 化 任 务 解 决 方 案 是 首 要 的，它 是 根 据 实 际 项 目 的 要 求 进 行 设 计，本 实 验 指 导 书 对 此 不 做 过 多 地 阐 述。在 生 成 项 目 和 传 送 程 序 到 CPU并 调 试 步 骤 之 间，有 先 组 态 硬 件 后 生 成 程 序 和 先 生 成 程 序 后 组 态 硬 件 两 种 方 案 可 供 选 择，两 种 方 案 本 质 都 是 一 样 的，设 计 者 可 根 据

33、具 体 情 况 和 自 己 的 习 惯 来 选 择 其 中 一 种。下 面，我们 就 选 择 第 一 种 方 案，从 生 成 项 目 开 始，逐 步 介 绍 如 何 完 成 一 个 自 动 化 控 制 项 目 的 下 位 机 程 序 设 计。(-)生 成 项 目 1、双 击 桌 面 上 的“SIMATIC Manager”图 标，则 会 启 动 STEP 7 管 理 器 及 STEP 7 新 项 目 创 建 向 导 如 图 1-4所 示。图 1-4 STEP 7 新 项 目 创 建 向 导 2、按 照 向 导 界 面 提 示，点 击“NEXT”，选 择 好 CUP型 号，本 示 例 选 择 的

34、 CPU型 号 为 CPU315-2DP,遁 CPU的 MPI地 址 为 2,轴 NEXT,在 出 现 的 界 面 中 选 择 好 你 所 熟 悉 的 编 程 语 言(有 梯 形 图、编 程 指 令、流 程 图 等 可 供 选 择)，点 击“FINISH”，项 目 生 成 完 毕，启 动 后 STEP 7管 理 器 界 面 如 图 1-5所 示。图 1-5 STEP 7管 理 器 界 面(二)组 态 硬 件 硬 件 组 态 的 主 要 工 作 是 把 控 制 系 统 的 硬 件 在 STEP 7管 理 器 中 进 行 相 应 地 配 置，并 在 配 置 时 对 模 块 的 参 数 进 行 设

35、定。1、鼠 标 左 键 单 击 STEP 7 管 理 器 左 边 窗 口 中 的“SIMATIC 300Station”项，则 右 边 窗 口 中 会 出 现“Hardware”和“CPU315-2DP(1)”两 个 图 标，双 击 图 标“Hardware”，打 开 硬 件 配 置 窗 口 如 图 6 所 示。图 1-6 硬 件 配 置 窗 口2、整 个 硬 件 配 置 窗 口 分 为 四 部 分，左 上 方 为 为 模 块 机 架，左 下 方 为 机 架 上 模 块 的 详 细 内 容，右 上 方 是 硬 件 列 表，右 下 方 是 硬 件 列 表 中 具 体 某 个 模 块 的 功 能

36、说 明 和 订 货 号。3、要 配 置 一 个 新 模 块，首 先 要 确 定 模 块 放 置 在 机 架 上 的 什 么 地 方,再 在 硬 件 列 表 中 找 到 相 对 应 的 模 块，双 击 模 块 或 者 按 住 鼠 标 左 键 拖 动 模 块 到 安 放 位 置，放 好 后，会 自 动 弹 出 模 块 属 性 对 话 框，设 置 好 模 块 的 地 址 和 其 他 参 数 即 可。4、按 照 上 面 的 步 骤，逐 一 按 照 实 际 硬 件 排 放 顺 序 配 置 好 所 有 的 模 块，编 译 通 过 后，保 存 所 配 置 的 硬 件。5、点 击“开 始 设 置 控 制 面

37、板，鼠 标 左 键 双 击 控 制 面 板 中 的“SetPG/PC Interface图 标，选 择 好 你 的 PC机 和 CPU的 通 讯 接 口 部 件 后 点 击“0K”按 钮 退 出。6、把 控 制 系 统 的 电 源 打 开，把 CPU置 于 STOP或 者 RUN-P状 态，回 到 硬 件 配 置 窗 口，点 击 囱 图 标，下 载 配 置 好 的 硬 件 到 CPU中，把 CPU置 于 RUN状 态（如 果 下 载 程 序 时 CPU置 于 RUN-P状 态，则 可 省 略 这 一 步），如 果 CPU的 SF灯 不 亮，亮 的 只 有 绿 灯，表 明 硬 件 配 置 正 确

38、。7、如 果 CPU的 SF灯 亮，则 表 明 配 置 出 错，点 击 硬 件 配 置 窗 口 中 i d 图 标，则 配 置 错 的 模 块 将 有 红 色 标 记，反 复 修 改 出 错 模 块 参 数，保 存 并 下 载 到 CPU,直 到 CPU的 SF灯 不 亮，亮 的 只 有 绿 灯 为 止。（三）程 序 结 构 配 置 好 硬 件 之 后，回 到 STEP 7管 理 器 界 面 窗 口，鼠 标 左 键 单 击 窗 口 左 边 的 Block”选 项,则 右 边 窗 口 中 会 出 现“0B1”图 标，“0B1”是 系 统 的 主 程 序 循 环 块，“0B1”里 面 可 以 写

39、程 序，也 可 以 不 写 程 序，根 据 需 要 确 定。STEP 7 中 有 很 多 功 能 各 异 的 块，分 别 描 述 如 下：1、组 织 块（Oganization Block,简 称 0B）。组 织 块 是 操 作 系 统 和 用 户 程 序 间 的 接 口，它 被 操 作 系 统 调 用。组 织 块 控 制 程 序 执 行 的 循 环和 中 断、PLC的 启 动、发 送 错 误 报 告 等。你 可 以 通 过 在 组 织 块 里 编 程 来 控 制 CPU的 动 作。2、功 能 函 数 块（Function Block,简 称 FB）。功 能 函 数 块 为 STEP 7系 统

40、 函 数，每 一 个 功 能 函 数 块 完 成 一 种 特 定 的 功 能，你 可 以 根 据 实 际 需 要 调 用 不 同 的 功 能 函 数 块。3、函 数（Function,简 称 FC）。函 数 是 为 了 满 足 用 户 一 种 特 定 的 功 能 需 求 而 由 用 户 自 己 编 写 的 子 程 序，函 数 编 写 好 之 后，用 户 可 对 它 进 行 调 用。4、数 据 块（Data Block,简 称 DB）。数 据 块 是 用 户 为 了 对 系 统 数 据 进 行 存 储 而 开 辟 的 数 据 存 储 区 域。5、数 据 类 型（Data Type,简 称 UDT

41、）。它 是 用 户 用 来 对 系 统 数 据 定 义 类 型 的 功 能 模 块。6、变 量 标 签（Variable Table,简 称 VAT）。用 户 可 以 在 变 量 标 签 中 加 入 系 统 变 量，并 对 这 些 变 量 加 上 用 户 易 懂 的 注 释，方 便 用 户 编 写 程 序 或 进 行 变 量 监 视。如 果 你 要 加 入 某 种 块，可 在 右 边 窗 口（即 出 现“0B1”的 窗 口）空 白 处 单 击 鼠 标 右 键 选 择 Insert New Object”选 项，在 其 下 拉 菜 单 中 鼠 标 左 键 单 击 你 所 要 的 块 即 可。添

42、加 好 了 你 所 要 的 块 之 后 就 是 程 序 编 写 了，鼠 标 左 键 双 击 你 所 要 编 写 程 序 的 块 即 可 编 写 程 序 了（编 写 程 序 的 指 令 和 语 法 可 参 考 SIEMENSA&D网 站 上 的 S7-300 CPU 31xc指 令 表 一 书）。程 序 写 好 并 编 译 通 过 之 后 点 击 STEP 7 管 理 器 界 面 窗 口 中 的 倒 图 标，下 载 到 CPU中，把 CPU置 于 RUN状 态 即 可 运 行 程 序。第 三 节、上 位 机 组 态 软 件 简 介 本 套 控 制 系 统 上 位 机 监 控 软 件 采 用 SI

43、EMENS公 司 的 上 位 监 控 组 态 软 件 SIMATIC WINCCo-、WINCC 概 述 WINCC指 的 是 Windows Control Center,它 是 在 生 产 和 过 程 自 动 化 中 解 决 可 视 化 和 控 制 任 务 的 监 控 系 统，它 提 供 了 适 用 于 工 业 的 图 形 显 示、消 息、归 档 以 及 报 表 的 功 能 模 板。高 性 能 的 功 能 耦 合、快 速 的 画 面 更 新 以 及 可 靠 的 数 据 交 换 使 其 具 有 高 度 的 实 用 性。WINCC是 基 于 Windows NT 32位 操 作 系 统 的，在

44、 Windows NT或 Windows 2000标 准 环 境 中，WINCC具 有 控 制 自 动 化 过 程 的 强 大 功 能，它 是 基 于 个 人 计 算 机，同 时 具 有 极 高 性 价 比 的 操 作 监 视 系 统。WINCC的 显 著 特 性 就 是 全 面 开 放，它 很 容 易 结 合 用 户 的 下 位 机 程 序 建 立 人 机 界 面，精 确 的 满 足 控 制 系 统 的 要 求。不 仅 如 此，WINCC还 建 立 了 像 DDE、OLE等 在 Windonws程 序 间 交 换 数 据 的 标 准 接 口，因 此 能 毫 无 困 难 的 集 成 Activ

45、eX控 制 和 OPC服 务 器、客 户 端 功 能。WINCC软 件 是 基 于 多 语 言 设 计 的，这 意 味 着 可 以 在 中 文、德 语、英 语 等 众 多 语 言 之 间 进 行 选 择。二、WINCC的 安 装 把 WINCC光 盘 放 入 PC机 的 光 驱 中，则 系 统 会 白 动 运 行 安 装 程 序（如 不 能 自 动 运 行，则 可 打 开 光 驱 所 在 的 盘，运 行 Setup可 执 行 文 件 即 可）,按 照 安 装 界 面 所 提 示 的 步 骤 完 成 安 装，重 新 启 动 系 统，安 装 即 告 完 毕。一 旦 安 装 了 WINCC,在 开

46、始 菜 单 的 SimaticWiCC文 件 夹 下 就 建 立 了 几 个 与 辅 助 程 序 的 连 接 如 图-7 所 示。图 1-7 WiCC文 件 夹 下 辅 助 程 序 的 连 接 J Simatic 国 AuthorsW 七 _一：WinCC 卜|射 Tools 矗 Channel Diagnosis免 Project DuplicatorProjects witchef笆 Scope|T!l k Netscape Smartllpdate&V/indows Control Center|New Office Document三、WINCC的 通 讯 连 接 和 画 面 组 态

47、方 法 WINCC的 通 讯 连 接 是 组 态 上 位 机 监 控 界 面 的 第 一 步。在 WINCC的 变 量 管 理 器 里 添 加 新 的 驱 动 程 序 之 后，你 就 会 看 到 WINCC有 很 多 种 通 讯 连 接 方 式，根 据 你 的 通 讯 硬 件 配 置 选 取 正 确 的 通 讯 连 接 方 式。WINCC比 较 常 用 的 的 通 讯 方 式 有 MPI、PROFIBUS和 工 业 以 态 网，本 系 统 在 上 位 监 控 机 和 控 制 器 之 间 采 用 工 业 以 太 网 方 式 通 讯，在 控 制 器 和 现 场 装 置 之 间 采 用 PROFIB

48、US方 式 通 讯。PROFIBUS（过 程 现 场 总 线）和 工 业 以 太 网 都 是 一 种 用 于 单 元 级 和 现 场 级 的 子 网。PROFIBUS用 于 在 少 数 几 个 通 讯 伙 伴 之 间 传 送 少 量 数 据 或 中 等 数 量 的 数 据，通 过 DP（分 散 设 备）协 议，PROFIBUS可 与 智 能 型 现 场 设 备 通 讯，这 种 通 讯 类 型 具 有 快 速、周 期 性 传 送 数 据 的 特 点。工 业 以 太 网 用 于 许 多 站 之 间 长 距 离、大 数 据 量 的 传 送。下 面 详 述 在 WINCC中 建 立 和 PLC通 讯

49、连 接 所 必 须 的 组 态 步 骤。1、通 讯 驱 动 程 序 WINCC中 的 通 讯 通 过 使 用 各 种 通 讯 驱 动 程 序 来 完 成，对 于 不 同 总 线 系 统 上 不 同 PLC的 连 接，会 有 相 应 的 通 讯 驱 动 程 序 可 用。将 通 讯 驱 动 程 序 添 加 到 WINCC资 源 管 理 器 内 的 变 量 管 理 器 中。具 体 做 法 是 鼠 标 右 键 单 击 变 量 管 理 器，从 弹 出 式 菜 单 中 选 择“添 加 新 驱 动 程 序”来 完 成 该 添 加 过 程。该 动 作 将 在 对 话 框 内 显 示 计 算 机 上 安 装 的

50、 所 有 通 讯 驱 动 程 序。通 讯 驱 动 程 序 是 具 有.chn扩 展 名 的 文 件，计 算 机 上 安 装 的 通 讯 驱 动 程 序 位 于 WINCC安 装 文 件 夹 的 BIN子 文 件 夹 内，每 个 通 讯 驱 动 程 序 只 能 被 添 加 到 变 量 管 理 器 中 一 次，添 加 通 讯 驱 动 程 序 的 界 面 如 图 1-8所 示。图 1-8 添 加 讯 驱 动 程 序 界 面 将 通 讯 驱 动 程 序 添 加 到 WINCC项 目 中 之 后，就 会 在 WINCC资 源 管 理 器 中 列 出 在 变 量 管 理 器 下 与 内 部 变 量 相 邻