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1、重庆科技学院课程设计报告 院（系）:_电气与信息工程学院 专业班级: 测控普2007-01学生姓名: 刘恩刚 学 号: 2007440774 设计地点（单位）_I502_ _ _ _ 设计题目:_ 基于WinCC和S7-200的温度测控系统_ 完成日期：2010年 12 月 10 日 指导教师评语: _ _ _ 成绩（五级记分制）:_ _ 指导教师（签字）:_ _ 目录1 设计任务书12 温度控制对象概述12.1 功能特点与技术参数12.2 控制手段13 方案设计23.1 现场总线概述23.2 WinCC+S7-200温度控制系统的硬件组成23.3 WinCC+S7-200温度控制系统的软件配
2、置33.4 WinCC+S7-200温度控制系统的网络结构43.5 温度控制算法44 S7-200 PLC控制程序的设计54.1 控制程序的组成54.2 温度采集程序设计54.3 数字滤波程序设计54.4 PID控制程序设计55 WinCC组态75.1 变量组态75.2 画面组态75.3 变量连接86 程序调试96.1 PLC程序调试方法与结果96.2 WinCC组态调试方法与结果97 PID参数的整定117.1 整定方法117.2 整定结果及分析128 技术小结13参考文献14附录1：S7-200控制程序清单15261 设计任务书设计题目：基于WinCC和S7-200的温度测控系统学生姓名刘
3、恩刚课程名称现场总线测控系统设计专业班级测控普2007地 点I502起止时间10.11.2910.12.10设计内容及要求使用WinCC和S7-200 PLC系统设计一套加热炉温度控制系统。内容及要求如下：1. 接线图设计：S7-200和加热炉控制对象之间的接线图设计。2. 程序设计(1)PLC控制程序设计包括温度采集程序，标度换算、数字滤波程序、PID控制程序、D/A输出程序设计等内容。(2)WinCC组态设计包括通信连接、变量组态、画面组态（温度控制回路相关参数的显示画面，温度趋势的显示画面，参数修改画面），变量连接等内容。3. 温度PID控制参数的整定整定PID参数，分析不同PID对温度
4、控制精度的影响。 设计参数技术指标：1. 温度采集精度：0.5%2. 温度控制精度：1%进度要求第1天：选题、讲解任务、S7-200基本应用；第2天：温度控制回路接线图设计、S7-200编程；第3天：数据采集程序、换算程序、数字滤波程序、输出程序设计与调试；第4天：PID程序设计与调试；第5天：WinCC基本应用培训与训练；第6-7天：WinCC温度控制变量组态、画面设计、通信连接等；第8-9天：温度控制系统WinCC与PLC联调；第10天：撰写设计报告和检查设计结果参考资料1. 廖常初.S7-200/400 PLC应用技术（第2版）M.机械工业出版社.20082. 西门子自动化与驱动集团.
5、深入浅出西门子WinCC V6M.北京航空航天大学出版社,2005.9其它说明.本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，院系审批后交院系办备案，一份由负责教师留用。.若填写内容较多可另纸附后。3.一题多名学生共用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。教研室主任： 指导教师：胡文金、刘显荣2010 年 11月 26 日2 温度控制对象概述 2.1 功能特点与技术参数这次课程设计的任务是基于WinCC和S7-200的温度测控系统，所以本次的控制对象是加热炉的温度，所用的控制器是PLC。即通过加热器里面的温度传感器和变送器把0到100的温度信号转变成4到20毫安的直流信号，并通过S7-200
6、PLC的AD采集模块采集直流信号，在经过标度变换和PID运算，把输出量作用于DA模块，经过DA输出去控制加热器的加热量，从而控制加热器的温度。同时，本次设计还用到了上位机控制，通过Profibus总线构成了PLC和上位机通信，可以把设定值、比例系数，微分时间、积分时间等常数传输给PLC，也可以把采集到的温度值等信号传输给上位机。通过两个星期对加热器控制对象的了解，发现了它具有一定的滞后性，这是加热对象常有的现象。并且，在这次控制对象中，加热器的升温比较快，滞后性相对比较小，因为加热器本身体积不是很大，容积滞后比较小，纯滞后也比较小，所以升温比较快。但是在降温时，由于没有安装特定的降温设备，这使
7、得降温要完全靠它自身的散热来达到降温的目的。这样一来，降温就显得非常慢，控制就变得很不灵敏。因此要达到控制效果好的目的，就必须减小超调量，这样不仅可以使系统调节的品质变好，还可以达到缩短调节时间的目的。 2.2 控制手段通过以上的分析，系统的总的滞后时间比较大，升温的滞后时间相对降温来说是比较小的。因此，在PID调节中，要使系统的品质变好，除了加入适当的积分以消除静态误差外，还应该加强比例作用使调节更加灵敏，减小调节时间，同时还应该加入适当的微分作用，使系统的超调量减小。3 方案设计 3.1 现场总线概述现场总线这一技术是发展十分迅速和活跃的，而Profibus正是各种现场总线中非常有代表性的
8、一种。它是德国20世纪90年代初制定的国家工业现场总线协议标准，德国科学技术部总结了20世纪80年代德国工业自动控制技术的发展经验，认为为了适应20世纪90年代分布式计算机自动控制系统的发展需求，有必要对现有的各家公司自己定义的网络协议加以规范化、公开化，使得不同厂家生产的自动控制设备在网络通信级能够兼容。以利于工业整体标准化水平的提高，于1987年将Profibus列为德国国家项目，由13家公司以及5家研究所经过两年多的时间完成了该现场总线协议标准的制定。Profibus现在已是欧洲首屈一指的开放式现场总线系统，它的应用领域包括加工制造、过程和建筑自动化，如今已成为国际化的开放式现场总线标准
9、，即欧洲EN50179欧洲标准。在这次温度控制中，我们所使用的现场总线是Profibus-DP，它主要用于传感器和执行器的高速数据传输，以的第一部分为基础，根据其所需要达到的目标对通信功能加以扩充，的数据传输速率可达，一般构成单主站系统，主站、从站间采用循环数据传送方式工作。它的设计目的在用于设备一级的高速数据传送。在这一级，中央控制器（如）通过高速串行线同分散的现场设备进行通信，同这些分散的设备进行数据交换的多数是层次用户。 3.2 WinCC+S7-200温度控制系统的硬件组成本系统采用西门子公司推出的 S7-200PLC 作为现场控制器，选用CPU226 主机模块；通过现场总线完成现场控
10、制器同中控机之间的通信。现场控制器S7-200 扩展了一块EM235AD DA模块，该模块带有4 个模拟输入点，集成有12位/转换器，分辨率达0.003。因此，扩展后的S7-200PLC能够同时完成数据采集和数据处理功能，如采集电流信号，进行软件滤波处理等。系统的温度信号的检测采用加热器自带的PT100温度传感器，这种温度传感器具有测量精度较高高、性能稳定可靠的特点。同时这种加热装置还带有硬件数据处理能力，它把变送器也集成在这一个加热装置中了。因此，可以认为这个加热装置出来的信号是和温度成线性关系的工业标准的DDZ-3型电流信号。同时，由于现场控制器S7-200 不能直接同PROFIBUSDP
11、 现场总线相连，因而为S7-200 外扩了PROFIBUSDP 模块EM277。要实现对加热器温度的控制，本设计方案是通过上位机把设定值通过现场总线下传到PLC，在由PLC对测量值的检测，求出偏差，经过PID运算后，得到输出值，在经过DA转换，把 输出值传送给加热器，从而控制加热器的温度保持稳定。同时，PLC中的各种PID参数，如积分时间、微分时间、测量值、设定值等还可以通过总线上传给工控机，在利用WinCC的画面组态，实现对温控对象的实时监控。系统的结构图如图3.2 所示。图3.2 系统的结构图S7-200PLC上位机加热器下传设定值上传PID个参数及测量值程序下载及上传测量电流和下传加热信
12、号 3.3 WinCC+S7-200温度控制系统的软件配置在本温度控制系统中，所用的控制器是S7-200PLC，要使WinCC与S7-200系列PLC通过PPI协议进行通信。必须使用的软件是PC-access,因为PPI协议是西门子S7-200系列PLC常用通信协议，但WinCC中没有集成该协议，即WinCC不能直接监控S7-200系列PLC组成的控制系统。PC-access是西门子公司推出的专为解决上位机监控S7-200系列PLC控制系统的接口软件。因此，WinCC可以通过该软件与S7-200系列PLC很方便的建立通信。 3.3.1软硬件要求： * PC机 ，Windows 98操作系统 *
13、 S7-200系列PLC。 * PC/PPI电缆。 * 安装PC-access 软件。 * 安装WinCC 4.0软件及以上。3.3.2连接： 在控制面板中设定PG/PC接口参数。在Access Point of the Application中选择Computing，Interface参数选择PC/PPI Cable。 在WinCC变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择OPC.CHN，在OPC GROUP中新建一个连接，打开属性，选择 OPC Group Setting，OPC服务器名称为OPCServer.MicroComputing。然后在新添加的连接中新建变量，变量的Item Name与S7-200系列PLC中用于监控的变量名对应。例如：Item Name为M0.0。3.3.3优缺点 优点：该方法连接简单、硬件投资少、可以读写S7-200系列PLC中所有存储区域。缺点：通信速度比较慢、需要OPC软件及相应授权、系统扩展不方便。应用场合：用于低速、实时性要求不高、系统投资资金有限的系统。 另外，也可以通过其他公司的OPC软件进行通信，例如用开普的KEPServerEx作为OPC服务器，用WinCC作为OPC客户端来读写S7-2
