1、整理ppt基于基于PLCPLC和組態技術的水箱液位串級和組態技術的水箱液位串級控制系統設計控制系統設計本科畢業答辯本科畢業答辯學 生：指導教師：電氣與信息工程系 2011年6月整理ppt論文主要內容論文主要內容u課題研究的目的、意義和系統功能u水箱液位串級控制系統總體設計u系統下位機軟件中的硬件組態和程序設計u系統上位機軟件中的通信建立和界面組態 u水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試u全文總結整理ppt1 1 課題研究的目的、意義課題研究的目的、意義n課題研究的目的和意義: 液位控制液位控制問題是工業生產過程中的一類常見問題，例如在飲料、食品加工、溶液過建，化工

2、生產等多種行業的生產加工過程都需要對液位進行適當的控制，以PLCPLC和組態軟件和組態軟件為單元，可以組成從簡單到復雜的各種工業控制系統 ,本文正是基于上述思路，設計開發了基于STEP7STEP7和和WINCCWINCC的液位控制實驗平臺。該平臺簡單可靠本文在STEP7STEP7環境中編寫了傳統的PID控制算法和程序，實現了對雙容水箱液位的控制。 整理ppt課題研究的目的、意義課題研究的目的、意義 本次設計所采用的是FCSFCS的控制方案，FCSFCS，即現場總線控制。現場總線技術是當前自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。所以掌握好這種技術對我們自動化的學生來說，是很

3、重要的，對我們今后的發展也至關重要。整理ppt 系統總貌圖系統總貌圖 整理ppt設計需要實現的系統功能設計需要實現的系統功能n 系統功能指標: 1.分析串級控制系統的特點，并建立水箱 液位串級控制系統的模型； 2.利用STEP7軟件對對象進行正確的硬件 配置，并采用西門子提供的PLC編程語 言編寫好控制程序。 3.利用WINCC組態軟件編寫水箱液位的串 級控制系統的上位機監控程序。 整理ppt論文主要內容論文主要內容u課題研究的目的、意義和系統功能u水箱液位串級控制系統總體設計u系統下位機軟件中的硬件組態和程序設計u系統上位機軟件中的通信建立和界面組態 u水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物

4、調試PLCSIM離線仿真調試u全文總結整理ppt2 2 水箱液位串級控制系統總體設計水箱液位串級控制系統總體設計n 設計總體分析: 本次設計為水箱液位的串級控制系統，它是由主控、副控兩個回路組成。主控回路中的調節器稱主調節器，控制對象為中水箱，中水箱的液位為系統的主控制量。副控回路中的調節器稱副調節器，控制對象為上水箱，又稱副對象，上水箱的液位為系統的副控制量。主調節器的輸出作為副調節器的給定，因而副控回路是一個隨動控制系統。副調節器的的輸出直接驅動氣動調節閥，從而達到控制中水箱液位的目的。整理ppt 水箱液位串級控制系統結構圖水箱液位串級控制系統結構圖 整理ppt水箱液位串級控制系統總體設計

5、水箱液位串級控制系統總體設計n 原理分析: 將上述的結構圖簡化為下圖，則：雙容水箱的數學模型可看成兩個兩個單容水箱數學模型的乘積，即兩個一階慣性環節的乘積，其傳遞函數 整理ppt水箱液位串級控制系統總體設計水箱液位串級控制系統總體設計如圖所示，所以雙容水箱串級控制的數學模型可用一個二階慣性環節來描述：其中，Kk1k2，為雙容水箱的放大系數，T1、T2分別為兩個水箱的時間常數。整理ppt水箱液位串級控制系統總體設計水箱液位串級控制系統總體設計n PID控制系統: 本系統調節器采用的控制規律為PID控制，即比例、積分、微分控制，其調節規律如下： （1）比例：數學表述為 （2）積分：數學表述為 （3

6、）微分：數學表述為整理ppt水箱液位串級控制系統總體設計水箱液位串級控制系統總體設計n 硬件配置: 整理ppt水箱液位串級控制系統總體設計水箱液位串級控制系統總體設計n監控系統: 整理ppt論文主要內容論文主要內容u課題研究的目的、意義和系統功能u水箱液位串級控制系統總體設計u系統下位機軟件中的硬件組態和程序設計u系統上位機軟件中的通信建立和界面組態 u水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試u全文總結整理ppt3 3 系統下位機軟件中的硬件組系統下位機軟件中的硬件組 態和程序設計態和程序設計n S7-400系統概述:S7-400是通用可編程控制器，它廣泛地應用于自動

7、化領域，涉及多個行業，可用于組建集中式或分布式結構的測控系統，重點在于為生產制造工程中的系統解決方案提供一個通用的自動化平臺，性能優良，運行可靠。 S7-400PLC主要模塊有中央處理器單元（CPU）模塊、信號（SM）模塊、通信（CP）模塊、功能（FM）模塊；輔助模塊有電源（PS）模塊、接口（IM）模塊 整理ppt系統下位機軟件中的硬件組系統下位機軟件中的硬件組 態和程序設計態和程序設計n STEP7軟件介紹: STEP 7是用于 SIMATIC S7-300/400站創建可編程邏輯控制程序的標準軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表。它是SIEMENS SIMATIC工業軟件的組成部分。S

8、TEP 7以其強大的功能和靈活的編程方式廣泛應用于工業控制系統，下圖顯示了該軟件是如何對PLC硬件進行編程和組態的。整理ppt STEP7 STEP7的編程過程的編程過程 整理ppt系統下位機軟件中的硬件組系統下位機軟件中的硬件組 態和程序設計態和程序設計n 硬件組態: 硬件主要由以下幾部分構成： （1）電源模塊：PS 407 4A （2）控制器：CPU 412-3H （3）DP/PA耦合器：IM 157 PA （4）模擬量輸入輸出模塊：IM 153-1 （5）通信模塊：CP 443-1 （6）傳感器模塊：四類傳感器 （7）變頻器模塊：西門子變頻器 整理ppt系統下位機軟件中的硬件組系統下位機

9、軟件中的硬件組 態和程序設計態和程序設計n 硬件組態連接: 在STEP7軟件硬件組態中選擇機架，機架導軌一號槽中放置電源模塊，二號槽中放置控制器模塊，在控制器模塊的DP通訊接口上連接上模擬量輸入輸出模塊、變頻器模塊和耦合器，耦合器上連接上四個傳感器，將所測數據傳給DP鏈路，最后，在四號槽中放置通信模塊，進行通訊連接、程序下載。整理ppt系統硬件組態圖系統硬件組態圖整理ppt系統下位機軟件中的硬件組系統下位機軟件中的硬件組 態和程序設計態和程序設計n 程序項目建立: 首先雙擊桌面上的 進入到SIMATIC MANAGER界面，進入主菜單“文件”，選擇“新建項目向導”，彈出以下的窗口 整理ppt系

10、統下位機軟件中的硬件組系統下位機軟件中的硬件組 態和程序設計態和程序設計 單擊下一步按鈕，在新項目選擇CPU的型號為CPU412-3H,如下示： 整理ppt系統下位機軟件中的硬件組系統下位機軟件中的硬件組 態和程序設計態和程序設計 單擊下一步按鈕，選擇需要生成的邏輯塊，至少需要生成作為主程序的組織塊OB1。在程序的語言選擇上選擇LAD語言，即梯形圖語言，如下示：整理ppt系統下位機軟件中的硬件組系統下位機軟件中的硬件組 態和程序設計態和程序設計 單擊下一步按鈕，輸入項目的名稱為水箱液位，單擊完成按鈕生成項目，如下示：整理ppt整理ppt系統下位機軟件中的硬件組系統下位機軟件中的硬件組 態和程序

11、設計態和程序設計n 通信設置: 西門子S7-400系列的PLC，與PC建立通信的方式有兩種，分別是： （1）用以太網的方式來建立通信； （2）用仿真軟件來仿真調試，那么就通過仿 真軟件PLCSIM的方式來建立通信。整理ppt系統下位機軟件中的硬件組系統下位機軟件中的硬件組 態和程序設計態和程序設計整理ppt系統下位機軟件中的硬件組系統下位機軟件中的硬件組 態和程序設計態和程序設計n 程序下載: 將硬件組態和程序設計完成以后，設置后通信的接口以后，就點擊STEP7管理器界面窗口中的圖標 ，將程序下載到CPU中，這樣就可以進行實物的調試運行或者PLCSIM仿真了。整理ppt論文主要內容論文主要內容

12、u課題研究的目的、意義和系統功能u水箱液位串級控制系統總體設計u系統下位機軟件中的硬件組態和程序設計u系統上位機軟件中的通信建立和界面組態 u水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試u全文總結整理ppt4 4 系統上位機軟件中的通信建立系統上位機軟件中的通信建立 和界面組態和界面組態n WINCC軟件簡介: WINCC指的是Windows Control Center，它是在生產和過程自動化中解決可視化和控制任務的監控系統，它提供了適用于工業的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的畫面更新以及可靠的數據交換使其具有高度的實用性。 整理ppt系

13、統上位機軟件中的通信建立系統上位機軟件中的通信建立 和界面組態和界面組態n 項目建立: 整理ppt系統上位機軟件中的通信建立系統上位機軟件中的通信建立 和界面組態和界面組態n 驅動連接: 在WINCC主界面中打開變量管理器，選中“SIMATIC S7 Protocol Suite.CHN”項，如圖所示： 整理ppt系統上位機軟件中的通信建立系統上位機軟件中的通信建立 和界面組態和界面組態 選中該選項的PROFIBUS，“新建驅動程序連接”即可，如圖所示： 整理ppt系統上位機軟件中的通信建立系統上位機軟件中的通信建立 和界面組態和界面組態n 變量定義: 雙擊“s7sim”選項，在彈出的對話框中

14、選擇組態“新建變量”即可，如圖示： 整理ppt系統上位機軟件中的通信建立系統上位機軟件中的通信建立 和界面組態和界面組態n 畫面組態: 整理ppt系統上位機軟件中的通信建立系統上位機軟件中的通信建立 和界面組態和界面組態n 變量關聯: 選中組態對話框中輸入輸出域，在彈出的組態對話框中，進行變量的關聯即可，如圖示：整理ppt系統監控總圖系統監控總圖整理ppt論文主要內容論文主要內容u課題研究的目的、意義和系統功能u水箱液位串級控制系統總體設計u系統下位機軟件中的硬件組態和程序設計u系統上位機軟件中的通信建立和界面組態 u水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試u全文總結整理pptFCSFCS系統實物調試系統實物調試在3107實驗室進行實物調試整理pptPLCSIMPLCSIM離線仿真調試離線仿真調試整理ppt整理ppt論文主要內容論文主要內容u課題研究的目的、意義和系統功能u水箱液位串級控制系統總體設計u系統下位機軟件中的硬件組態和程序設計u系統上位機軟件中的通信建立和界面組態 u水箱液位串級控制系統調試FCS系統實物調試PLCSIM離線仿真調試u全文總結整理ppt6 6 全文總結全文總結n對現場總線技術FCS有一定的了解，為以后進一步的學習和應用打下基礎。n對過程控制中廣泛使用的PA總線智能化儀表：SITRANS P