单容课设step7wincc西门子.docx
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单容课设step7wincc西门子
课程设计报告
课程设计名称基于西门子PLC系统组态的液位控制系统设计
指导教师王巧玲
设计起止日期2012年1月09日～1月13日
系别自动化学院控制工程系
专业自动化
学生姓名王天培
班级学号自控0801/2008010814
成绩
目录
一．摘要2
二．基于西门子PLC系统组态的液位控制系统设计3
三．单回路控制系统4
3.1单回路控制系统概述4
3.2一阶单容水箱液位控制工程4
3.3下位机西门子STEP7硬件组态设计5
3.4STEP7中的编程模块8
3.5工程选择程序9
四．上位机WinCC界面组态14
4.1建立wincc界面15
一新建工程15
二添加新驱动链接15
四图形编辑16
4.2变量归档19
4.3测试结果20
实验总结22
参考文献22
一．摘要
可编程序控制器（PLC）是以微机技术为核心，将微型计算机技术，自动控制技术及网络通信技术邮寄的融为一体，是一种新型通用的工业控制装置。
它具有控制功能强，可靠性高，环境适应性好，配置灵活，编程简单，使用方便，易于扩展等优点。
因此，近年来在工业自动控制，机电一体化，改造传统产业等方面得到广泛应用。
学习，掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义
现场总线技术是研究现场设备数字化、网络化通信的热门技术。
现场总线控制系统是新一代分布式管、控一体化的基础。
学生在学习现场总线的基本原理和技术规范的基础上，同时还要学习现场总线的工程设计、运行与维护。
现场总线课程设计的目的是让学生具备理论与实际相结合的应用能力，掌握一些先进的实践技能，适应自动化领域对学生提出的具有实际技能的需要。
学生围绕要解决的实际问题，应独立进行分析和研究，查阅、自学相关的文献资料，确定技术路线和实施方案，进行系统设计和完成调试，最后写出课程设计报告。
通过课程设计加深对专业知识的理解和综合运用，锻炼实践动手能力，增强分析和解决实际问题的能力，发挥创新能力，以及提高文档撰写能力。
1.培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册和查找文献资料的能力；
2.学会方案比较和论证，初步掌握工业控制系统工程设计的基本方法；
3.加深对现场总线及典型的现场总线-PROFIBUS技术的理解；
4.提高可编程程控制器的设计能力，熟练掌握先进的S7-300PLC的程序开发和应用调试能力；
5.提高控制系统监控界面的设计能力，熟练掌握西门子WinCC组态软件的应用开发方法。
6.熟悉现场总线设备的调试，以及现场总线控制系统的结构设计。
7.提高总结归纳、撰写设计报告的能力，应当规范、有条理、充分、清楚地论述设计内容和调试成果。
二．基于西门子PLC系统组态的液位控制系统设计
近年来随着科技的飞速发展PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
本次设计的课题是基于S7-300PLC液位控制系统的研究。
上位机采用西门子WinCC组态软件，实现人机交互，直观简单的对控制站进行操作。
下位机采用西门子STEP7编程软件，对S7-300PLC进行硬件组态，编写控制程序来控制S7-300PLC，实现对现场总线设备的控制。
通过对组态软件WinCC和编程软件STEP7的熟练掌握，实现一阶单容水箱液位控制。
在液位控制方案中，编写程序进行PID算法控制，实现液位趋势曲线的显示和液位报警管理等
功能。
三．单回路控制系统
3.1单回路控制系统概述
单回路控制系统方框图的一般形式，如图，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器组成一个单闭环控制系统。
系统的给定量是某一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。
由于这种系统结构简单，性能较好，调试方便等优点，故在工业生产中已被广泛应用。
3.2一阶单容水箱液位控制工程
一阶单容水箱液位控制工程的被控量为左上水箱（也可采用右上水箱或者下水箱）的液位高度，要求它的液位稳定在给定值。
将压力传感器LT1检测到的左上水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。
上位机监控界面中点击“手动”，并将设定值和输出值设置为一个合适的值，此操作可通过设定值或输出值旁边相应的滚动条或输出输入框来实现。
启动磁力驱动泵，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少输出量，使左上水箱的液位平衡于设定值。
待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动”控制状态，待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：
突增（或突减）设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；将上水箱出水阀开至适当开度。
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。
加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值（采用后面两种干扰方法仍稳定在原设定值）。
3.3下位机西门子STEP7硬件组态设计
西门子STEP7软件作为下位机与西门子S7-300进行通信，可完成组态、编程、链接、下载、调试等步骤，实现对西门子S7-300PLC的控制。
西门子STEP7软件功能强大，应用STEP7软件中的三种编程语言进行编程，三种语言有梯形逻辑图（或LAD）、语句表（或STL）、功能块图（FBD），可编写走廊灯、交通灯、广告灯、一阶单容水箱液位控制、串级控制、前馈控制、比例控制、均匀控制、解耦控制等程序，还可进行模拟仿真报警开关、闭环调速、传送带、电梯等。
一、打开STEP7
二、新建工程
在File中点击New
在弹出的对话框中输入新的工程名和路径
三、插入站SIMATIC300Station
右键点击工程名，InsertNewObject插入SIMATIC300Station
四、硬件组态
双击Hardware
1、添加轨道Rail
右侧SIMERTIC300中找到RACK-300，双击Rail
2、插槽1中加入电源PS3075A
3、插槽2中加入CPU315-2DP
4、插槽4中加入CP343-1
在弹出的对话框中修改IPaddress
IPaddress:
140.80.0.3（3是机器左上角贴的标号）点击OK
（3）建立以太网通信
双击CP343-1可查看属性，此时Networked：
No（表示没有以太网通信），点击Properties可修改
点击New，新建一个以太网连接
点OK
此时Subnet中出现Ethernet
（1），点击OK
此时Networked：
Yes表示已建立了以太通信点击Ok即可
5、在PROFIBUS-DP上加入设备
（1）加入IM153-2OD
（2）加入IM153-1
（3）加入MICROMASTER4
6、在PROFIBUS-PA上加入设备
（1）加入SITRANSPDS
（2）加入SITRANSTH400
（3）加入SITRANSFMIntermag2
（4）加入SIPARTPS2
做好后，测试硬件连接是否成功。
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。
如果CPU的SF灯亮，则表明配置出错，点击硬件配置窗口中图标，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。
3.4STEP7中的编程模块
组织块（OganizationBlock,简称OB）。
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。
可以通过在组织块里编程来控制CPU的动作。
可编程控制器上操作系统在程序环（循环）中运行，并且在主程序的每一个环中调用一次组织块OB1。
OB1中的用户程序因此也被循环执行。
而在编程时我们并没有直接在OB1中进行编程，而是用中断模块OB35以每100ms中断一次，也就是以以100ms为周期运行。
所有的主程序都放在OB35中。
其他模块都是辅助模块在OB35中进行调用或者用来存放数据。
功能块（FunctionBlock,简称FB）。
功能块为STEP7系统函数，用户编写的包含经常使用的功能的子程序放在其中，每一个功能函数块完成一种特定的功能，并带有自己的存储区，可以根据实际需要调用不同的功能函数块。
在程序中应用到了FB41模块，FB41是连续PID模块，其测量数据存放在数据模块DB41、DB42或DB43中。
在程序编写水箱液位程序时，比如CALL"CONT_C",DB41该语句的意思是调用"CONT_C"模块并把数据存放在DB41里，其中"CONT_C"是指FB41（在符号表中可找到其定义）。
数据块（DataBlock,简称DB）。
数据块是为了对系统数据进行存储而开辟的数据存储区域。
比如CALL"CONT_C",DB41该语句的意思是调用"CONT_C"模块并把数据存放在DB41里，该模块只是用来存放数据的。
3.5工程选择程序
OB35中的Network1程序主要是选择工程和初始化变频器的程序，程序分析如下：
Network1：
Title:
ANDB1.DBX3.3//变频器的启动，WinCC中变量名称为driver_on_off，图中为“启动变频器”与“停止变频器”。
JNBcs01//DB1.DBX3.3=1时，即启动变频器，跳转到初始化变频器（JNB：
逻辑运算结果RLO=0时跳转）
ADB1.DBX3.3
JNBtz20//DB1.DBX3.3=0时，即停止变频器，跳转到停止变频器
//初始化变频器//
cs01:
ANDB1.DBX3.1//判断初始化完成了吗，完成则跳转到qd20启动变频器
JNBqd20//当DB1.DBX3.1=1时跳转到qd20启动变频器
ANDB1.DBX2.5//判断以下8句的初始化程序完成没有，完成跳转到c1装载下一段初始化程序
JNBc1//当DB1.DBX2.5=1时跳转到c1
//MM400接收主站的PKW数据存放在IB304~IB311（4个字），MM400发送反馈信息给主站的数据区在QB280~QB287（4个字）。
LW#16#200A
TPQW280
LW#16#0
TPQW282
LW#16#0
TPQW284
LW#16#1E
TPQW286
SDB1.DBX2.5//置位，下一次CPU扫描循环模块OB35时DB1.DBX2.5=1
JUend//JU：
无条件跳转，跳转到end，即结束这次中断
c1:
ANDB1.DBX2.6
JNBc2
LW#16#23CA
TPQW280
LW#16#0
TPQW282
LW#16#0
TPQW284
LW#16#1
TPQW286
SDB1.DBX2.6
JUend
c2:
ANDB1.DBX2.7
JNBc3
LW#16#2003
TPQW280
LW#16#0
TPQW282
LW#16#0
TPQW284
LW#16#3
TPQW286
SDB1.DBX2.7
JUend
c3:
ANDB1.DBX3.0
JNBc4
LW#16#22BC
TPQW280
LW#16#0
TPQW282
LW#16#0
TPQW284
LW#16#6
TPQW286
SDB1.DBX3.0
JUend
c4:
LW#16#23E8
TPQW280
LW#16#0
TPQW282
LW#16#0
TPQW284
LW#16#6
TPQW286
SDB1.DBX3.1//置位，下一次CPU扫描循环模块OB35时DB1.DBX3.1=1
初始化装载完成
JUend
qd20:
ANDB1.DBX3.2//判断是否启动了变频器，启动了则跳转到to，来选择实验
JNBsy
//MM400接收主站的PZD数据存放在IB312~IB315（2个字），MM400发送反馈信息给主站的数据区在QB288~QB291（2个字）。
LW#16#47F//以下4句发出启动命令
TPQW288
LW#16#0
TPQW290
SDB1.DBX3.2//变频器已启动
JUend
//停止变频器//
tz20:
LW#16#47E//发出停止命令
TPQW288
LW#16#0
TPQW290
RDB1.DBX2.5//复位
RDB1.DBX2.6
RDB1.DBX2.7
RDB1.DBX3.0
RDB1.DBX3.1
RDB1.DBX3.2
JUend
Network2：
Title:
sy:
L5.000000e+000
TPQD296
CALL"CONT_C",DB41
COM_RST:
=
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:
=
LMN:
=
LMN_PER:
=
QLMN_HLM:
=
QLMN_LLM:
=
LMN_P:
=
LMN_I:
=
LMN_D:
=
PV:
=
ER:
=
NOP0
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_LLM:
=
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:
=
NOP0
ANDB41.DBX0.1
JNBsd2
LDB41.DBD72
TDB41.DBD16
LDB41.DBD72
TPQD292
LDB43.DBW76
TPQW290
JUend
sd2:
LDB41.DBD16
TDB41.DBD72
LDB41.DBD72
TPQD292
LDB43.DBW76
TPQW290
JUend
Network3：
Title:
over:
L5.000000e+000
TPQD296
L9.000000e+001
TPQD292
LW#16#0
TPQW272
JUend
Network4：
Title:
end:
NOP0
四．上位机WinCC界面组态
控制系统上位机监控软件采用SIEMENS公司的上位监控组态软件SIMATICWINCC。
WinCC指的是WindowsControlCenter，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WindowsNT32位操作系统的，在WindowsNT或Windows2000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ActiveX控制和OPC服务器、客户端功能。
4.1建立wincc界面
一新建工程
打开WinCC界面，新建一工程，在弹出的对话框WinCC项目管理器中选择单用户项目，点击确定。
创建新项目对话框中填入项目名称并选择路径。
单击创建。
二添加新驱动链接
右击变量管理，选择添加新的驱动程序，在弹出的对话框选择SIMATICS7ProtocolSuite.chn,单击打开。
在SIMATICS7ProtocolSuite的下拉选项中找到PROFIBUS。
我们选择PROFIBUS-DP连接方式。
也可选择TCP/IP以太网连接方式。
右击PROFIBUS选择新驱动程序的连接，在弹出的连接属性对话框中可自拟名称，单击右侧属性，在弹出的连接参数—PROFIBUS对话框中插槽号填2。
单击确定。
右击PROFIBUS选择系统参数。
在单元选项中，逻辑设备名称选择CP5611（PROFIBUS），去掉自动设置对勾。
三新建变量
右击NewConnection选择新建变量。
在弹出的变量属性对话框中填写变量属性，新建所需变量。
四图形编辑
组态界面全貌
历史曲线关联变量
历史曲线的属性设置
按钮程序
4.2变量归档
●第1步：
按照下图右击变量记录，选择打开，将变量归档画面打开。
变量归档画面将打开如下：
●第2步：
右击归档，点中归档变量组
●第3步：
系统弹出引导组态画面
1、不做改动，直接点击NEXT
2、可以将归档组名称进行更改，然后点击NEXT
3、第3幅画面，添加归档变量，点击SELECT按钮就可以添加了，添加变量完成后，点击FINISH
●第3步：
系统将生成一个新的变量归档库WATER。
●第4步：
如果再要在WATER中增加归档变量，右击WATER归档库，选择NEWTAG就可以增加新的变量了。
●第5步：
设置变量归档库的属性，右击WATER归档库，选择属性Properties打开属性设置画面，将采集数目（变量将被归档的次数，如果采集周期为1S，该变量要被归档1个月，那么归档数目就是1X30X24X3600=2592000）进行重新设定。
●第6步：
设置每个归档变量的采集方法与周期，打开属性页。
设置参数页
最后点击保存，结束归档变量设置。
4.3测试结果
组态界面全貌
给定200mm后的曲线图
设定值从150mm到200mm的曲线图
由图可知系统已基本达到要求，较短的调节时间和超调。
通过本次设计学习并掌握西门子S7-300PLC的控制与应用。
不断地深入学习西门子STEP7编程软件和西门子WinCC组态软件，逐渐掌握其编程与应用，最终完成一阶单容水箱液位控制工程。
实验总结
液位控制在实际生产中应用十分广泛，通过本次实验使得我对此有了更深一步的了解，对于大学生结合实践，应用知识，结合课本提供了良好的机会。
我们应用的是比例积分控制算法，能达到无净差调节。
同时通过本次实验我们巩固了step7,以及wincc的用法。
并且熟练掌握了其基本操作以及设计方法，对PCI控制器加深了掌握，为以后走上工作岗位奠定了坚实的基础。
实验中感悟颇多，往往因为一个小的疏忽导致实验失败，此次实验让我懂得了注重细节。
书到用时方恨少，平时的不努力不刻苦，在那刻展现无疑，很多该学的东西还没掌握，只是简单应付了考试。
同时老师用她的行动感动了我们，对工作勤勤恳恳，踏实负责。
即使在周末也来指导大家实验，无疑这是一个好老师、一个辛勤的园丁、一个值得敬佩的老师。
老师不仅交给了我们一节实验课，更教会了我们一节指导人生的课程，心中所感不一言表，感谢老师。
参考文献
【1】廖常初主编。
S7300/400PLC应用技术。
北京：
机械工业出版社，2007.
【2】胡健主编。
西门子S7---300PLC应用教程。
北京：
机械工业出版社，2007.
【3】崔坚。
西门子S7可编程程序控制器。
北京：
机械工业出版社，2007
【4】边春元，等。
S7---300/400实用开发指南。
北京：
机械工业出版社。
2007
【5】苏昆哲，深入浅出西门子wincc6.0.北京：
北京航空航天大学出版社，2004.5
【6】向晓汉。
PLC控制技术与应用。
北京：
清华大学出版社，2011.1
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