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1、第七章 SIMATIC S7-300/400 PLC的设计应用实例 第7章 SIMATIC S7-300/400 PLC的 设计应用实例 o7.1 PROFIBUS现场总线控制网络 o7.2 基于PROFIBUS的三容水箱液位控制系统设计 o7.3 基于PROFIBUS的模拟锅炉液位控制系统设计 o7.4 基于PC的PLC控制电加热炉系统设计与实现 7.1 PROFIBUS现场总线控制网络 一、实验室控制网络组成 二、系统硬件组成 一、实验室控制网络组成 二、系统硬件组成 1一类主站 SIMATIC S7-300/400 PLC 2二类主站 PC计算机或工控机 3从站 包括分布式I/O ET2
2、00，变频器和通过DP/PA LINK连接的智能从站等。 4.被控对象 7.2 基于PROFIBUS的三容水箱 液位控制系统设计 一、QXLTT三容水箱实验装置介绍 二、双容水箱液位控制系统组成及原理 三、系统网络及硬件组态 四、实现S7300液位控制功能 五、实现液位监控功能 一QXLTT三容水箱实验装置介绍 二、双容水箱液位控制系统 组成及原理 o液位单回路控制框图 三、系统网络及硬件组态 1通信端口设置 打开控制面板，双击 Set PG/PC Interface， 设置编程设备和控制器的 通信接口 2网络及硬件组态 （1）创建项目 创建项目 “液位控制”。 插入一个S7300站，进入硬
3、件组态 “Configuring Hardware”界面。 （2）配置机架 点开右侧的硬件资源，从RACK-300中选择机架 （3）配置模块 各模块如下： CPU314C-2DP 6ES7 314-6CF00-0AB0 o 集成有 DI 8DC24V，AI5/AO212Bit， DI16/DO16DC24V。 o 设置AI、AO模块特性为电流420mA。 CP343 6ES7 343-1EX11-0XE0 硬件组态 设置MAC地址 （按标签上的物理地址） （4）保存硬件配置 （5）下载硬件配置到PLC 四、实现S7300液位控制功能 （一） 控制程序组态 1在S7 Program的Blocks
4、中建立程序块FC1、 OB35、FC2。 oFC1块实现液位信号的输入量程转换，将0-27648之间 的数字量转换为0-500mm之间的液位实际值。 oOB35为循环中断组织块，可以按照固定的时间间隔循 环调用PID程序块，本例采样时间100ms。循环中断时间 可以在CPU的特性里进行设定，如图7-11所示。 oFC2块实现输出操作信号的量程转换，将0.0-100.0之间 的实型值转换为0-27648之间的数字量。 图7-11 循环中断时间的设定 2. 编辑FC1 （a）1#容器液位输入处理量程转换 （b）2#容器液位输入处理 量程转换 （c）3#容器液位输入处理 量程转换 3编辑OB35 （
5、2#容器液位PID控制） 4编辑FC2 5. 编辑主程序OB1 6建立变量表 （二）程序调试 o第1步 ：AI5/A02中的Inputs和Outputs量程设置 o第2步：Blocks中的程序块下载到S7300中 o第3步：变量表在线监控、程序在线监视 变量表监控 程序监视 五、实现液位监控功能 （一）创建项目 打开WinCC软件，新建一个项目，取名 “S7300水 箱监控界面” （二） 建立WINCC与PLC的通信连接 选择“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE”中的“Industrial Ethernet”。该通道单元和协议用来访问工业以太网。在通道单 元“Industria
6、l Ethernet”下建立到S7300控制系统的逻辑连接 ，设置连接属性和参数。 通信驱动程序通道 连接属性和参数设置 （三）创建变量 WINCC与S7300PLC实现 数据交换是通过变量实 现的，WINCC中建立的 变量地址要对应PLC中 的变量地址 变量及属性设置 （四）监控界面设计 1.监控画面的创建和编辑 启动画面的编辑 液位监控界面的编辑 PID参数设置界面的编辑 I/O域的变量连接和属性设置 2.在线趋势曲线界面的设计 （1）过程值归档 归档属性设置 过程变量属性设置 （2）趋势曲线界面设计 添加WINCC 在线趋势控件 在线趋势线趋势 控件的属性设设置 3各画面的链接 利用按钮
7、的属性配置可以实现各界面的跳 转和返回。 （五）调试 o进入计算机属性对话 框，选择启动按钮，将“ 文本库运行系统”、“变 量记录运行系统”、“图 形运行系统”选中并确定 。 o激活运行系统 界面在线运行状态监控 界面在线运行状态监控 7.3基于Profibus的模拟锅炉液位控制 系统设计 o一、系统分析 系统硬件部分包括被控对象（实验室模拟锅炉 系统）、S7-400控制器和PC机；采用模糊控制 算法，应用Step7软件和WinCC软件编写控制和 监控程序。 1被控对象 主要由三部分构成： （1）变频水泵，高位恒压水塔和储水池构成的 供、排水系统。 （2） 由分布在三个不同层面上的四个单元所组
8、 成的被控过程，这四个单元分别是： 1) 带有冷 却水夹套的锅筒单元。；2）流量检测与调节执 行组合单元；3）回路的压力检测单元；4）并联 双容单元。 （3）各种过程控制器，例如：常规控制仪表， 可编程控制仪表等，以及工作电源和过程控制实 验操作台等。 2控制系统结构 o一级主站S7400可编程控制器与二级主站PC机之间 通过工业以太网通信，PC机主要有两种用途： o 系统监控。运行WinCC监控软件用于实时监控 现场情况； o 作为工程师站运行STEP7软件和WinCC软件， 进行系统硬件、软件、通信组态和监控界面、趋势、 报警曲线的组态。 oS7400可编程控制器与分布式I/O ET200
9、之 间通过Profibus总线协议连接，实时采集现 场信号并发出控制指令。 o系统硬件采用S7-400控制器，其各有一块 16通道的DI/DO模块，两块8通道的AI模块， 一块4通道的AO模块。 o用SIEMENS S7-400可编程序控制器的Step7软 件设计一个两维模糊控制器。 4预期控制目标 o系统具有快速、稳定的响应曲线，超调量应该小 于20%，系统的调节时间为5s左右。当系统发生 扰动时，被控液位能快速恢复到原来所给定的液 位值。 3控制算法 二、系统网络及硬件组态 o1设置PG/PC接口 2硬件组态 网络总览图 三 系统控制软件组态 1建立变量表和符号表 地址说明数据类型 M0.
10、1进水电磁阀动 作VD1BOOL M0.2出水电磁阀动 作VD2BOOL M0.3停止电磁阀VD-STOPBOOL M0.4手自动开关BOOL M0.5置1，自动调节BOOL M0.6上限报警BOOL M0.7下限报警BOOL Q0.0进水电磁阀BOOL Q0.1出水电磁阀BOOL PIW516锅筒液位数字量INT PIW522进水流量 数字量INT PIW524出水流量 数字量INT PQW51 2 进水阀输出INT PQW51 4 出水阀输出INT MD20锅筒液位实际值REAL MD94进水流量实际值REAL MD124出水流量实际值REAL MD78进水阀开度REAL MD86出水阀开
11、度REAL MD82出水阀门操作量REAL MD90进水阀门操作量REAL o2控制算法的实现 o（1）主程序 OB1里，主要实现了锅筒液位输 入信号、进水流量信号的量程转换； 进水阀门输出信号的量程转换；阀门 的手自动切换程序，上下限报警程序 等。 输入、量程转换模块 输出模块 进水调节阀手自动切换 上限报警 （2） 模糊控制编程 S P UE -2-1012 -2-2-2-200 -1-2-1-1-10 0-2-1000 100111 201222 求出偏差 偏差模糊化 o 数据类型转换，将输出取整 o本系统中偏差的实际变化范围为-500，500，需 要转换到-2,2这个区间。用下面的例子
12、说明如何调 用模糊规则。如图7-60和7-61所示，判断模糊化偏 差与设定值处于论域-2，2中的某个等级，则调用 相应的模糊规则。 o 反模糊化 四监控系统组态 1启动WinCC； 2创建新项目； 3添加PLC驱动程序， o 4创建的WinCC画面 o （1）启动画面设计 o （2）监控画面设计 从图库选择需要插入的图形 Pipe、 Valve，并建立对应地输入/输出域及 设置相关按钮，进行在线控制。同时 建立趋势曲线、报警、返回初始画面 、退出运行四个按钮的链接。系统被 激活后，锅筒液位的棒图可以显示的 液位高度，同时旁边的输入/输出域可 以实时显示液位数值。点击画面下侧 的各个按钮，可以进
13、入到不同地画面 。 o （3）趋势曲线画面设计 o 建立WinCC Online Trend，首先要建立变量 记录。在趋势曲线画面中，建立了锅筒液位趋势曲 线和阀门开度趋势曲线。同时，对这三个变量建立 了WinCC Online Table。 变量记录 变量记录 （4）报警画面设计 液位值是模拟量，所以要对锅筒液 位建立报警，首先要组态模拟量报警。 设立的报警下限值应略大于实际液位下 限值，报警上限值应略小于实际液位上 限值。因为锅炉液位下、上限值为0和 500，所以设立的报警下、上限值分别 为50和450。 o 报警文本颜色设置 o报警界面 o 五系统运行 1.系统开始运行，初始运行画面为“
14、启动画面” 2.点击“进入监控”按钮，进入锅炉液位监控画面 。 o3.点击“进入曲线”按钮，进入趋势曲线画面，根据 设定的参数，得到相应的趋势曲线 o 4.点击“报警”按钮，进入报警画面。 六小结 总结系统设计步骤如下： （1）分析系统并制定控制方案； （2）设计现场总线控制系统，选择控制器等硬 件装置； （3）组态系统硬件、软件及网络通信； （4）组态系统监控界面； （5）检查系统通信正常，下载系统硬件、软件 ； （6）系统调试，得到系统的实时监控画面； （7）显示系统主要参数的趋势曲线； （8）显示系统的参数报警界面。 7.4 基于PC的PLC控制的 电加热炉系统设计与实现 o一、系统的网
15、络结构、硬件结构及软件关系 n1.系统网络结构 n2.系统硬件结构 n 3.系统使用的软件 o二、实验实施步骤 n1.硬件组态 n2.用户程序编写 n3.系统监控功能的实现 一、系统网络结构、硬件结构及软件关系 o1.系统网络结构 o本实验系统的网络由两个层次构成：现场级和控制 级。现场级由远程I/O ET200S作为PROFIBUS-DP从 站，控制级为基于PC的PLCWinAC Slot型控制 器，属于PROFIBUS-DP主站。 o电加热炉控制系统的结构方框图 ： o2.系统硬件结构 电加热炉内部钢样的温度由传感器测得，并转换为电 信号输入到LTF-2A型温度场控制装置内，再经过变 送器件成为标准的4-20mA电流
