基于S7-300的雙容水箱液位控制系統(tǒng)

電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院數(shù)控技術(shù)課程實(shí)踐題目：水箱液位控制系統(tǒng)專業(yè)班級(jí)：xxx學(xué)生姓名：xx指導(dǎo)老師：xxx日期：xxx摘要水箱作為工業(yè)控制當(dāng)中經(jīng)典控制對(duì)象，它所涉及的行業(yè)范圍廣，應(yīng)用多，控制要求高，是當(dāng)前工控行業(yè)比擬常見的課題。這之中它所包含的控制目標(biāo)多種，有流量，液位，壓力等控制目標(biāo)?？偟膩碚f，這三個(gè)控制目標(biāo)雖然各有不同，但是所使用的控制算法，實(shí)現(xiàn)方式不盡相同，是以這三種控制目標(biāo)其實(shí)是可以當(dāng)做一種情況而言的。至于算法方面，PID作為經(jīng)典應(yīng)用算法，它所能實(shí)現(xiàn)的控制完全能夠?qū)崿F(xiàn)該場(chǎng)合。通過給定控制目標(biāo)，PLC經(jīng)由AD采集模塊獲取當(dāng)前的數(shù)據(jù)，將當(dāng)前數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可視的物理單位〔流量，液位，壓力〕再根據(jù)PID控制算法確定給定量，通過DA輸出到執(zhí)行器中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)閉環(huán)控制。在這過程當(dāng)中，為了使得操作人員更方便更直觀的知道當(dāng)前的控制目標(biāo)的動(dòng)態(tài)情況，采用組態(tài)軟件進(jìn)行電腦監(jiān)控，同時(shí)使用液晶屏控制終端，實(shí)現(xiàn)方便快捷的控制。通過組態(tài)界面，操作人員能很清楚的知道當(dāng)前控制目標(biāo)的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)情況，實(shí)現(xiàn)各種控制要求。關(guān)鍵詞：流量液位計(jì)；PLC；人機(jī)界面；控制系統(tǒng);流量液位調(diào)節(jié);PID控制WINCC；杰控；雙容水箱。目錄第1章引言11.1.設(shè)計(jì)任務(wù)11.2.設(shè)計(jì)過程11.3.設(shè)計(jì)主要內(nèi)容11.3.1.硬件模塊設(shè)計(jì)1.組態(tài)軟件選擇考量11.3.3.基于STEP-7的程序設(shè)計(jì)21.3.4.綜合設(shè)計(jì)2第2章硬件選型32.1.硬件選型32.2.選型步驟32.3.選型的結(jié)果42.4.選型的技術(shù)參數(shù)4第3章硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53.1.整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53.2.硬件連接圖53.3.系統(tǒng)I/O分配表63.4.硬件組態(tài)和變頻參數(shù)設(shè)置63.4.1.硬件組態(tài)設(shè)置63.4.2.變頻器參數(shù)設(shè)置7第4章軟件設(shè)計(jì)94.1.軟件整體構(gòu)架94.2.組態(tài)軟件設(shè)計(jì)94.3.STEP-7控制程序設(shè)計(jì)154.3.1.單環(huán)控制程序164.3.2.雙環(huán)控制程序18第5章整體調(diào)試245.1.組態(tài)調(diào)試245.2.軟件調(diào)試245.2.1.參數(shù)整定24第6章總結(jié)266.1.最終存在的問題以及解決方案考量：266.2.工程的實(shí)現(xiàn)心得26參考文獻(xiàn)29引言設(shè)計(jì)任務(wù)本次課程設(shè)計(jì)是以西門子S7-300PLC作為控制器，實(shí)現(xiàn)雙容水箱液位控制。為實(shí)現(xiàn)到達(dá)液位控制的目標(biāo)，分為了幾個(gè)子目標(biāo)。單容水箱液位控制系統(tǒng)〔杰控組態(tài)〕；雙容水箱液位控制系統(tǒng)〔杰控組態(tài)〕；雙容水箱液位控制系統(tǒng)〔WINCC組態(tài)加液晶屏〕。第三個(gè)任務(wù)其實(shí)就是最終任務(wù)，雙容水箱的液位控制系統(tǒng)，之所以采用兩種組態(tài)方式，個(gè)中原因后文會(huì)論述。設(shè)計(jì)過程本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程，其實(shí)就是上面三個(gè)任務(wù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程。具體到工作方面而言，分為以下。第一步，過程控制柜模塊選取，所選取的液位傳感器、電磁閥等硬件的連接和變頻器的控制方式設(shè)置；第二步，基于杰控組態(tài)軟件的上位機(jī)設(shè)計(jì)，我們需要根據(jù)資料學(xué)習(xí)的東西包括工程管理、設(shè)備通信、運(yùn)行數(shù)據(jù)庫、畫面制作、畫面顯示、變量報(bào)警等，通過這些木塊的學(xué)習(xí)進(jìn)而組合形成一個(gè)我們需要的界面控制臺(tái)；第三步，基于STEP-7的S7-300PLC程序的設(shè)計(jì)，使用FB41背景數(shù)據(jù)塊和FC105、FC106模塊實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)節(jié)的A/D、D/A、PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；第四步，所有局部的綜合控制設(shè)計(jì)，將前期設(shè)計(jì)的所有模塊進(jìn)行所有的整合一體設(shè)計(jì)調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)要求。第四步，加上WINCC組態(tài)和液晶屏，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有設(shè)備中的最大化最優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容硬件模塊設(shè)計(jì)所需的硬件配置，一個(gè)儲(chǔ)水箱、一個(gè)裝水箱、流量計(jì)一個(gè)、電動(dòng)閥一個(gè)、變頻器一個(gè)，水泵一個(gè)和假設(shè)干開關(guān)水管等材料構(gòu)成。組態(tài)軟件選擇考量為了能夠更方便直觀的檢測(cè)控制系統(tǒng)的液位參數(shù)變化，需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，所以需要用到組態(tài)軟件。杰控組態(tài)軟件：該軟件作為國(guó)產(chǎn)的組態(tài)軟件，應(yīng)用范圍雖然不像其他組態(tài)軟件那么廣，但是應(yīng)用的重要場(chǎng)合也是值得稱道的，并且該軟件提供30個(gè)I/O點(diǎn)以下的免費(fèi)使用，這對(duì)于本次課設(shè)而言，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，況且其本身的設(shè)計(jì)風(fēng)格和其他組態(tài)軟件相差不大，界面甚至比WINCC的更加優(yōu)美，這是選擇它的主要原因。WINCC組態(tài)軟件：該軟件作為西門子與微軟合作開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是當(dāng)前世界最常用的三大SCADA之一。該產(chǎn)品的應(yīng)用范圍是杰控所不能比的，考慮到現(xiàn)有設(shè)備的情況和時(shí)間方面的因素，最終也做了該方案的實(shí)現(xiàn)。本次組態(tài)軟件需要使用的功能有，首先，學(xué)會(huì)如何使用工程管理包括備份和調(diào)入等；完成設(shè)備通訊的設(shè)計(jì)，主要包括S7TCP驅(qū)動(dòng)安裝、啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)、定義設(shè)備數(shù)據(jù)表、監(jiān)視設(shè)備數(shù)據(jù)表，設(shè)備數(shù)據(jù)表的定義至關(guān)重要，它是直接和我們的程序控制連接起來的紐帶；緊接著就是畫面制作了，按照設(shè)計(jì)的需求繪制一個(gè)相對(duì)美觀的界面，然后添加一些靜態(tài)文本、按鍵、文本框、曲線圖、柱狀圖等，從而構(gòu)成一個(gè)完整的控制界面；選擇相應(yīng)的畫面，啟動(dòng)畫面顯示。基于STEP-7的程序設(shè)計(jì)本次程序設(shè)計(jì)主要采用梯形圖的方式，設(shè)計(jì)的過程首先使用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊FC105對(duì)液位計(jì)的數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，SCALE功能接受一個(gè)整型值(IN)，并將其轉(zhuǎn)換為以工程單位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之間的實(shí)型值。將結(jié)果寫入OUT。FC105轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值再作為FB41模塊進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，然后將調(diào)節(jié)得出的結(jié)果送給數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊FC106進(jìn)行轉(zhuǎn)換，SCALE功能接受一個(gè)整型值(IN)，并將其轉(zhuǎn)換為以工程單位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之間的實(shí)型值。將結(jié)果寫入OUT。輸出的結(jié)果再送給變頻器，從而實(shí)現(xiàn)變頻器的外控模式調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)液位的控制。綜合設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)了上述內(nèi)容之后，加上組態(tài)軟件進(jìn)行調(diào)試，并對(duì)一些細(xì)節(jié)方面進(jìn)行處理。完成了上述各個(gè)模塊之后，再進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，整個(gè)過程控制系統(tǒng)就是由硬件外圍電路和設(shè)備加軟件控制局部控制的。我們通過PLC編程，再與組態(tài)軟件進(jìn)行鏈接，實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制界面，繼而控制物理設(shè)備的完整控制系統(tǒng)。硬件選型硬件選型本設(shè)計(jì)硬件主要包括，過程控制系統(tǒng)設(shè)備一套〔包括三個(gè)流動(dòng)水箱、一個(gè)儲(chǔ)水水箱、假設(shè)干水管、開關(guān)假設(shè)干、抽水泵一個(gè)等〕、流量計(jì)一個(gè)、電動(dòng)閥一個(gè)、變頻器一套等?？紤]到液位的精度和準(zhǔn)確度，本設(shè)計(jì)采用上海艾特自動(dòng)化儀表的MLF-1液位計(jì)。變頻器采用西門子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器MicroMaster420,它是全新一代模塊化設(shè)計(jì)的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。它友好的用戶界面，讓你的安裝、操作和控制象玩游戲一樣靈活方便。全新的IGBT技術(shù)、強(qiáng)大的通訊能力、精確的控制性能、和高可靠性都讓控制變成一種樂趣。水泵電動(dòng)機(jī)采用浙江松久電機(jī)的A02-7112系列三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，功率為370W，額定電壓380伏，額定電流，額定頻率50HZ，轉(zhuǎn)速2780r/min，絕緣等級(jí)B，噪聲65dB硬件組態(tài)采用可編程控制器CPU314C-2PN/DP，CPU314C-2DP是緊湊型CPU，適合安裝在分布式結(jié)構(gòu)中。通過其擴(kuò)展工作存儲(chǔ)器，該緊湊型CPU也適用于中等規(guī)模的應(yīng)用。集成的數(shù)字量和模擬量輸入和輸出可與過程信號(hào)直接連接。集成的的PROFIBUSDP主站/從站以及PROFINETIO控制器/I-設(shè)備接口，用于PROFIBUS和PROFINET的分布式連接。這使得CPU314C-2PN/DP可作為進(jìn)行快速處理的分布式單元使用，也可作為PROFIBUS和PROFINET系統(tǒng)中具有低端現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的上位控制器。采用西門子電源模塊PS307/5A，6ES7307-1EA01-0AA0西門子PS307/5A/10A電源模塊單元為S7-300/ET200M提供電源，將120/230伏交流電壓轉(zhuǎn)變到所需要的24伏直流工作電壓輸出電流2安、5安或10安。S7-300需要24伏直流電源。PS307負(fù)載電源模塊將120或230伏交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?4伏直流工作電壓。24伏直流電源用來為SIMATICS7-300和傳感器及執(zhí)行元件供電模擬量輸入采用SM331,命令地址為6ES7331-7KF02-OABO，標(biāo)稱型號(hào)是AI8*12Bit，光電隔離，U/I/熱電偶/電阻中斷，診斷；分辨率9、12、14位，八位模擬量輸入。模擬量輸出采用SM332，命令地址為6ES7332-5HD01-OABO，標(biāo)稱型號(hào)是AO4*12Bit，光電隔離，U/I診斷；分辨率11、12位，四位模擬量輸出。數(shù)字量模塊SM323數(shù)字量輸入/輸出模塊,8輸入，8輸出。24VDC；8出，24VDC，，晶體管輸出，光電隔離，擴(kuò)展溫度范圍PS3075AAI8*12Bit6ES7331-7KF02-OABOAO4*12Bit6ES7332-5HD01-OABODI8/DO8*DC24V/0,5A6ES7323-1BH01-0AA0選型步驟硬件的選型是從本設(shè)計(jì)的核心去實(shí)現(xiàn)的，硬件方面要符合標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓、電流、頻率等。因此選型的步驟可以分為如下幾步來進(jìn)行：〔1〕了解設(shè)計(jì)所提供的硬件資源，根據(jù)所有的設(shè)備進(jìn)行實(shí)踐選型；〔2〕確定流量最大時(shí)流量計(jì)的最大值，以確定所選AD采集設(shè)備符合要求；〔3〕確定電源模塊是否符合設(shè)備的規(guī)格；〔4〕確定變頻器所能設(shè)置的最大頻率值；〔5〕確定DA采集到的數(shù)據(jù)值是否符合設(shè)備要求；選型的結(jié)果最終確定采用的硬件設(shè)備主要有，上海艾特自動(dòng)化儀表的MLF-1流量計(jì)，變頻器采用西門子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器MicroMaster420，水泵電動(dòng)機(jī)采用浙江松久電機(jī)的A02-7112系列三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，硬件組態(tài)采用可編程控制器CPU314C-2PN/DP。選型的技術(shù)參數(shù)一、變頻器MicroMaster420200V-240V±10%，單相/三相，交流，；

380V-480V±10%，三相，交流，；模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有最多的靈活性；標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)訪問結(jié)構(gòu)，操作方便。二、可編程控制器西門子可編程控制器6ES7314-6EH04-0AB0SIMATICS7-300,CPU314C-2PN/DPCOMPACTCPUWITH192KBYTEWORKINGMEMORY,24DI/16DO,4AI,2AO,1PT100,4FASTCOUNTERS(60KHZ),1.INTERFACEMPI/DP12MBIT/S,2.INTERFACEETHERNETPROFINET,WITH2PORTSWITCH,INTEGRATED24VDCPOWERSUPPLY,FRONTCONNECTOR(2X40PIN)ANDMICROMEMORYCARDREQUIRED，三、電源模塊PS307電源模塊是西門子公司為S7-300專配的DC24V電源，PS307系列模塊除輸出額定電流不同外(有2、5、10A)，其工作原理和參數(shù)都一樣。系統(tǒng)選用5A的電源模塊。PS3075A模塊根本電路如圖2-1所示。PS3075A模塊的輸入接單相交流系統(tǒng)，輸入電壓120/230V，50/60HZ，在輸入和輸出之間有可靠的隔離。輸出電壓允許范圍20()V，最大上升時(shí)間，最大殘留紋波150mV，PS307可安裝在導(dǎo)軌上，除了給S7-300供電，也可給I/O模塊提供負(fù)載電源。硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體框圖如下REF_Ref398041927\h圖3.1所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s11系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖硬件連接圖下列圖所示的位在組態(tài)軟件中的硬件連接圖，在設(shè)計(jì)的過程中，其實(shí)是分為兩種硬件連接的，一種是單環(huán)的情況，一種是雙環(huán)的情況。在這里由于各方面的原因，給出雙環(huán)杰控組態(tài)的硬件連接圖。見REF_Ref398042565\h圖3.2所示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s12雙環(huán)硬件組態(tài)圖主要局部系統(tǒng)控制圖連接如下，這里畫出的是單環(huán)液位控制的情況，具體如下REF_Ref398049198\h圖3.3示。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s13硬件設(shè)備連接圖系統(tǒng)I/O分配表控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如下表所示：符號(hào)地址備注FC105_INPIW262模擬量輸入FC105_OUTMD102模擬量輸出BIPOLAR啟動(dòng)轉(zhuǎn)換模式SP_INTMD200初始給定值PV_INMD102反響輸入GAIN比例值TIMD160積分時(shí)間LMNMD150PID調(diào)節(jié)輸出FC106_INMD150數(shù)字量輸入FC106_OUTMW250數(shù)字量輸出PQW276MW250變頻器給定值PQW27827648電動(dòng)閥給定值硬件組態(tài)和變頻參數(shù)設(shè)置硬件組態(tài)設(shè)置由于三個(gè)任務(wù)的硬件都是一樣的，唯一的區(qū)別在于雙容水箱多了一個(gè)水箱的檢測(cè)環(huán)節(jié)，其余的和單容水箱一致。是以下面的硬件澤太局部其實(shí)是一致的，具體見如下REF_Ref398049965\h圖3.4。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s14硬件組態(tài)圖變頻器參數(shù)設(shè)置電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)：功率電壓380V電流轉(zhuǎn)速2780r/min快速調(diào)試：步驟參數(shù)名設(shè)定值參數(shù)說明備注1P00101進(jìn)入快速調(diào)試2P01000電網(wǎng)頻率3P0304380額定電壓4P0305額定電流5P0307額定頻率6P031050額定頻率7P03112780額定轉(zhuǎn)速8P07002內(nèi)控1；外控2內(nèi)控/外控選擇9P10001內(nèi)控1；外控210P10800最小頻率11P108250最大頻率12P112010斜坡上升時(shí)間13P112110斜坡下降時(shí)間14P39001結(jié)束快速調(diào)試電機(jī)類型修改為異步電機(jī)步驟：步驟參數(shù)名設(shè)定值參數(shù)說明備注1P00101進(jìn)入快速調(diào)試2P00032設(shè)置訪問級(jí)別3P03001異步，2同步異步/同步選擇異步4P13000線性，2拋物線控制方式選擇線性5P00031設(shè)置訪問級(jí)別6P39001結(jié)束快速調(diào)試軟件設(shè)計(jì)由于本次課設(shè)分為三個(gè)工程目標(biāo)，所以，在這里我將分別介紹三個(gè)任務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)情況。軟件整體構(gòu)架任務(wù)總體軟件設(shè)計(jì)構(gòu)架見下REF_Ref398050711\h圖4.1所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s11軟件構(gòu)架圖如上圖所示，軟件構(gòu)架圖分為兩個(gè)局部，一個(gè)是組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)，這里設(shè)計(jì)到兩個(gè)不同的組態(tài)軟件的使用，另外一個(gè)是STEP7程序的設(shè)計(jì)，這里主要分為兩個(gè)，一個(gè)是單容，一個(gè)是雙容。根據(jù)以上的任務(wù)有下表表格STYLEREF1\s4.SEQ表格\*ARABIC\s11任務(wù)組態(tài)軟件環(huán)數(shù)單容水箱液位控制杰控1雙容水箱液位控制1杰控2雙容水箱液位控制2WINCC2組態(tài)軟件設(shè)計(jì)組態(tài)軟件分為兩個(gè)，一個(gè)是杰控組態(tài)，一個(gè)是WINCC組態(tài)。但是總體而言，兩種組態(tài)軟件的使用方式是一致的，具體的可見REF_Ref398051403\h圖4.2的組態(tài)總體圖。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s12組態(tài)總體圖如上所示，組態(tài)軟件的只用主要分為三個(gè)局部，分別是工程管理，設(shè)備通訊，畫面制作。下面以杰控組態(tài)為例進(jìn)行細(xì)致介紹，至于WINCC組態(tài)，由于與此類似故而略過，只給出最終的成品圖。詳情見整個(gè)工程。1、新建工程點(diǎn)擊新建工程圖標(biāo),出現(xiàn)下面圖所示對(duì)話框:工程內(nèi)容缺省在組態(tài)軟件系統(tǒng)目錄及相應(yīng)子目錄下,新建工程就是去除或更新系統(tǒng)目錄下有關(guān)內(nèi)容;所以在創(chuàng)立新工程時(shí),應(yīng)先備份當(dāng)前工程到其他目錄下(缺省為“我的工程備份〞子目錄);如果當(dāng)前工程還沒有備份保存,建議先進(jìn)行備份,否那么當(dāng)前的工程會(huì)喪失;按下<確定>按鈕,會(huì)兩次出現(xiàn)確定去除當(dāng)前工程的提示。之后便開始創(chuàng)立新的工程。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s13新建工程2、工程備份備份工程就是將當(dāng)前工程形成副本,要養(yǎng)成經(jīng)常備份工程的習(xí)慣,防止工程內(nèi)容喪失。使用菜單中“工程->備份〞命令保存工程內(nèi)容到指定目錄下,工程備份的界面如下列圖所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s14工程備份3、工程調(diào)入沒有翻開工程的概念,因?yàn)楣こ坦芾砥鬟\(yùn)行后,所管理和使用的工程就是當(dāng)前系統(tǒng)目錄下的內(nèi)容;假設(shè)需管理和運(yùn)行另外的工程,就需要去除當(dāng)前工程,調(diào)入另外一個(gè)工程(調(diào)入的目的是將備份的數(shù)據(jù)庫和畫面等文件拷貝到系統(tǒng)的當(dāng)前目錄下);調(diào)入工程之前,要先去備份工程,防止當(dāng)前工程喪失;調(diào)入某工程,請(qǐng)執(zhí)行“工程->調(diào)入〞命令,界面所示:4、運(yùn)行工程可以在兩種方式下運(yùn)行:組態(tài)方式和運(yùn)行方式;工程管理器被單獨(dú)啟動(dòng)后,進(jìn)入組態(tài)方式,通訊驅(qū)動(dòng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫不被啟動(dòng),只能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和組態(tài);通過“工程->啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)〞菜單命令或單擊工具條運(yùn)行按鈕,可以使系統(tǒng)工作在“運(yùn)行方式〞下,在運(yùn)行方式下的某些內(nèi)容被修改后,必須退出監(jiān)控系統(tǒng)重新啟動(dòng),通過“工程->退出監(jiān)控系統(tǒng)〞的菜單命令可實(shí)現(xiàn)。二、設(shè)備通訊1、安裝驅(qū)動(dòng)要使用某個(gè)驅(qū)動(dòng)程序,首先進(jìn)行選擇安裝,才能在工程中使用;可以同時(shí)最多安裝32種驅(qū)動(dòng)程序;安裝驅(qū)動(dòng)程序的步驟如下:[1].選擇<設(shè)備通訊>功能;[2].執(zhí)行<1.安裝驅(qū)動(dòng)>任務(wù),出現(xiàn)下面對(duì)話框:[3].從驅(qū)動(dòng)列表中選擇要使用的通訊驅(qū)動(dòng)程序;[4].選擇列表中包含常用驅(qū)動(dòng)程序,如果其中沒有包含要使用的驅(qū)動(dòng)程序,可以手動(dòng)添加;[5].驅(qū)動(dòng)程序版本或參數(shù)常有更新,通過執(zhí)行<更新驅(qū)動(dòng)>按鈕進(jìn)行更新[6].選擇列表右邊顯示此驅(qū)動(dòng)程序提供的數(shù)據(jù)類型,不同設(shè)備驅(qū)動(dòng)有不同數(shù)據(jù)類型,只有被選擇的數(shù)據(jù)類型才能真正被訪問,根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇,最多可以支持24種數(shù)據(jù)類型;[7].雙擊選擇的驅(qū)動(dòng)程序名稱,或執(zhí)行<安裝>按鈕,可以把當(dāng)前選擇的驅(qū)動(dòng)程序安裝到系統(tǒng)中;[8].安裝完所需驅(qū)動(dòng)后,執(zhí)行<關(guān)閉>按鈕結(jié)束安裝;[9].已被安裝的驅(qū)動(dòng)程序,如要修改,重新進(jìn)行安裝即可;2、添加驅(qū)動(dòng)安裝驅(qū)動(dòng)程序界面選擇列表中只列出了最常用的主流驅(qū)動(dòng)程序,可以被直接安裝使用;手動(dòng)添加驅(qū)動(dòng)程序的步驟如下:[1].需要添加的驅(qū)動(dòng)程序多由開發(fā)商提供,也可由高級(jí)用戶根據(jù)公布的驅(qū)動(dòng)模板自行編寫;[2].串口驅(qū)動(dòng)模板的內(nèi)容參考用戶編程章節(jié);[3].驅(qū)動(dòng)程序由兩個(gè)文件組成,即配置文件(*.ini)和程序執(zhí)行文件(*.exe);[3].得到這兩個(gè)文件,并拷貝到系統(tǒng)安裝根目錄下;[4].選擇<設(shè)備通訊>功能;[5].執(zhí)行<1.安裝驅(qū)動(dòng)>任務(wù)；[6].從選擇列表中找到并選擇<其他->添加[雙擊]…>,并鼠標(biāo)雙擊；[7].列出了允許添加的驅(qū)動(dòng)程序,選擇其中的某個(gè)驅(qū)動(dòng)程序,執(zhí)行<添加>按鈕;[8].添加完成后,新的驅(qū)動(dòng)程序會(huì)出現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)列表中;3、啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)如果某驅(qū)動(dòng)程序被安裝后且被選擇,那么在系統(tǒng)啟動(dòng)過程中,自動(dòng)啟動(dòng)此驅(qū)動(dòng)程序;[1].如果驅(qū)動(dòng)程序被安裝但沒有被選擇,那么在系統(tǒng)啟動(dòng)過程中,不能啟動(dòng)此驅(qū)動(dòng)程序,但在這種情況下,通過設(shè)備數(shù)據(jù)表,可以進(jìn)行仿真調(diào)試;[2].選擇<設(shè)備通訊>功能,執(zhí)行<3.啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)>任務(wù)；[3].顯示在列表框中的驅(qū)動(dòng)程序,是被安裝過的驅(qū)動(dòng)程序;[4].如果沒有被選擇(),那么在系統(tǒng)啟動(dòng)過程中,不被啟動(dòng);[5].只有被選擇以后(),才能在系統(tǒng)啟動(dòng)過程中被啟動(dòng);4、定義設(shè)備數(shù)據(jù)表選擇<設(shè)備通訊>功能,執(zhí)行<4.定義設(shè)備數(shù)據(jù)表>任務(wù),出現(xiàn)設(shè)備表對(duì)話框:圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s15雙環(huán)組態(tài)數(shù)據(jù)定義設(shè)備數(shù)據(jù)表選中設(shè)備數(shù)據(jù)表的某個(gè)設(shè)備號(hào),用鼠標(biāo)雙擊,會(huì)出現(xiàn)下面的設(shè)置對(duì)話框:定義設(shè)備號(hào)三、畫面制作1、啟動(dòng)畫面制作程序有3種方法可以啟動(dòng)畫面制作程序:[1].選擇<顯示畫面>功能,執(zhí)行<3.畫面制作>,啟動(dòng)畫面制作程序;[2].通過工具欄中的圖標(biāo),啟動(dòng)畫面制作程序;[3].選擇<顯示畫面>功能,執(zhí)行<1.文件管理>任務(wù),出現(xiàn)畫面文件管理窗口,可以啟動(dòng)畫面制作程序,新建或修改某畫面;2、畫面制作平臺(tái)畫面制作程序啟動(dòng)之后,提供的制作界面如下REF_Ref398052765\h圖4.6所示:圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s16杰控雙環(huán)控制組態(tài)圖至于WINCC雙環(huán)組態(tài)圖見下REF_Ref398052746\h圖4.7所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s17WINCC雙環(huán)組態(tài)圖畫面制作窗口主要由7局部組成，可以同時(shí)制作多幅畫面,并通過窗口進(jìn)行切換。[1].制作窗口,是畫面制作的臺(tái)面,在上面可以放置所需要的任何圖形組件;[2].菜單,提供了所有畫面制作與操作的命令;[3].滾動(dòng)條,尺寸可以無限大,畫面尺寸超出屏幕顯示范圍時(shí),通過滾動(dòng)條漫游畫面;[4].狀態(tài)條,屏幕最下方是狀態(tài)條,它顯示狀態(tài)提示,鍵盤狀態(tài)及當(dāng)前圖形對(duì)象位置;[5].工具箱,由多個(gè)操作按鈕組成,實(shí)現(xiàn)了常用的菜單操作,是為了方便對(duì)畫面進(jìn)行操作;當(dāng)鼠標(biāo)指向工具條上的按鈕時(shí),會(huì)在其下方顯示對(duì)應(yīng)的功能提示;[6].組件,以分欄列表的方式提供所有可用組件;3、畫面屬性/參數(shù)在畫面窗口的空白區(qū),鼠標(biāo)雙擊,出現(xiàn)對(duì)話框設(shè)置畫面屬性如下圖:可以定義如下參數(shù)：畫面標(biāo)題、畫面顏色、高度、寬度、刷新間隔、編輯口令、動(dòng)態(tài)只讀、翻開任務(wù)、關(guān)閉任務(wù)、初始腳本、關(guān)閉腳本、循環(huán)腳本、自定義腳本、自適應(yīng)分辨率、無級(jí)縮放。STEP-7控制程序設(shè)計(jì)下面控制框圖是單環(huán)和雙環(huán)的控制閉環(huán)圖。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s18雙環(huán)控制系統(tǒng)圖圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s19單環(huán)控制系統(tǒng)圖整個(gè)程序設(shè)計(jì)的過程，其實(shí)就是上面兩個(gè)程序框圖的程序化的過程。單環(huán)控制程序下列圖為共享數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)定義見REF_Ref398056330\h圖4.10。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s110單環(huán)共享數(shù)據(jù)塊Network1:翻開調(diào)節(jié)閥，地址是PQW272。Network2:采集當(dāng)前液位的數(shù)據(jù)，將其存入共享數(shù)據(jù)塊DB1.DBD6中。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s111單環(huán)程序1將共享數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)寫入背景數(shù)據(jù)塊中。分別是時(shí)間常數(shù)TI和TD，圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s112單環(huán)程序2給定液位值并且更具檢測(cè)到的當(dāng)前值進(jìn)行PID計(jì)算DB41為PID模塊，MAN_ON是PID使能，為0時(shí)使能；SEL是積分使能，在這里為了方便后期的積分別離調(diào)試，進(jìn)行手動(dòng)操作；P_INT是給定值，也就是我們所期望到達(dá)的數(shù)值；PV_IN是反響值，也就是當(dāng)前液位的檢測(cè)值。GAIN：是PID中的P，也就是比例局部。右邊局部書輸出：LMN：PID計(jì)算輸出LNM_P：比例局部輸出LMN_I：積分局部輸出LMN_D：微分局部輸出圖圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s114PID計(jì)算圖圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s115單環(huán)程序4FC106：將調(diào)節(jié)器的輸出值DA，輸出到MW250中，再將MW250的值送給變頻器PQW276,。IN：需要送的數(shù)。HI_LIM：輸出最高限值。LO_LIM：輸出最低限值。這兩個(gè)上下限制其實(shí)也是單位換算的一個(gè)設(shè)置，在這里不太明顯，雙環(huán)的程序中還有這個(gè)，后文有較為詳細(xì)的解釋。雙環(huán)控制程序作為本次設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)，我們需要到達(dá)的是一個(gè)雙容水箱的液位控制，給定下水箱的液位值，通過水泵將水從儲(chǔ)水池里面抽到上水箱中，再經(jīng)過上水箱的出水口到達(dá)下水箱。在下水箱到達(dá)預(yù)定值時(shí)，實(shí)現(xiàn)上水箱的出水與下水箱的出水相等，即可保持下水箱的液位。上水箱的出水速度受到它本身的水的壓力影響，該環(huán)節(jié)相對(duì)于下水箱的控制目標(biāo)來說，其實(shí)是一個(gè)擾動(dòng)的因素，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行一個(gè)閉環(huán)處理，也就是內(nèi)環(huán)，同時(shí)內(nèi)環(huán)的輸出作為外環(huán)的給定，通過外環(huán)的控制，這樣一種雙閉環(huán)的操作，使得系統(tǒng)能夠正?？焖俚牡竭_(dá)我們所需的目標(biāo)。至于本次課程設(shè)計(jì)為什么選擇PID控制算法，是因?yàn)镻ID算法在這里能夠很好的實(shí)現(xiàn)控制要求。對(duì)于PID算法的具體情況，這里就不再贅述。詳情可參考相關(guān)資料。綜上：有下REF_Ref398103557\h圖4.15。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s115雙環(huán)閉環(huán)圖下列圖是雙環(huán)共享數(shù)據(jù)塊圖圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s116雙環(huán)共享數(shù)據(jù)塊具體的程序代碼見下：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s117雙環(huán)程序1程序段Network：翻開調(diào)節(jié)閥。其次是檢測(cè)當(dāng)前水箱的水位值，也就是反響環(huán)節(jié)。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s118雙環(huán)程序2注意到這里的上限值HI_LIM為450，是指水箱液位最大能到達(dá)的高度。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s119雙環(huán)共享數(shù)據(jù)塊3該局部程序的功能是將共享數(shù)據(jù)塊中的外環(huán)的TI和TD寫入背景數(shù)據(jù)塊DB41也就是PID環(huán)節(jié)中。而下列圖那么是PID1也就是外環(huán)主控環(huán)節(jié)。值得注意的是這里的LMN_HIM和LMN_LLM，這兩個(gè)值分別是上下限，它是水箱在當(dāng)前的物理狀態(tài)下所能到達(dá)實(shí)際范圍。這個(gè)數(shù)據(jù)是在閥門全開，全速工作時(shí)水箱最終穩(wěn)定值。該局部的程序的意思是通過外環(huán)的檢測(cè)進(jìn)行PID計(jì)算，并將計(jì)算的結(jié)果結(jié)合內(nèi)環(huán)水箱所能到達(dá)的實(shí)際值進(jìn)行調(diào)整。輸出值LMN作為內(nèi)環(huán)的給定。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s120雙環(huán)程序5上面的程序段的作用和程序段3的一樣，不過這里是將內(nèi)環(huán)的TI和TD寫入。這兩個(gè)值是在組態(tài)界面進(jìn)行修改的，在程序段中無法操作。下面的程序段那么是PID內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)，該局部也就是前面所說的將上水箱作為擾動(dòng)環(huán)節(jié)考慮所加的一個(gè)控制效果。至于其它的參數(shù)，參見外環(huán)PID程序段，大局部和它是一致的。該局部程序段的作用是將外環(huán)計(jì)算的數(shù)據(jù)和上水箱當(dāng)前的值進(jìn)行PID計(jì)算，用來抑制上水箱作為擾動(dòng)環(huán)節(jié)的處理。它的上下限值的獲取和上面是一樣的。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s121雙環(huán)程序段6在經(jīng)過內(nèi)外雙環(huán)的計(jì)算之后，將計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行輸出。但是在這個(gè)過程中有一個(gè)是必須處理的，就是輸出配比問題，同時(shí)也可以認(rèn)為它是在進(jìn)行一個(gè)DA輸出的過程。具體的見下REF_Ref398105635\h圖4.22所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s122雙環(huán)程序7至此，整個(gè)程序就結(jié)束了。以上PID環(huán)節(jié)的具體參數(shù)表可自行參考相應(yīng)的資料。限于篇幅的因素在這里就不給出了。如上所述，整個(gè)程序的實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是上述控制框圖的程序化的過程。整體調(diào)試其實(shí)整個(gè)一個(gè)過程，花的時(shí)間最多的也就是在系統(tǒng)整體的調(diào)試上面。從硬件的接線，到組態(tài)軟件再到程序控制算法的參數(shù)調(diào)節(jié)，最后再到系統(tǒng)整體功能的調(diào)試。在這里我們主要討論組態(tài)和控制算法PID的參數(shù)整定。組態(tài)調(diào)試組態(tài)調(diào)試分為兩個(gè)局部，一個(gè)局部是硬件組態(tài)，一個(gè)是組態(tài)軟件的調(diào)試。至于硬件組態(tài)其實(shí)都是一樣的，因?yàn)閹讉€(gè)任務(wù)所用到的硬件設(shè)備是一致的。所以這里主要討論的是組態(tài)軟件的調(diào)試。組態(tài)軟件又分為兩個(gè)，一個(gè)是WINCC一個(gè)是杰控。杰控的前文已經(jīng)講得比擬詳細(xì)，因此這里也不再重復(fù)，是以主要講講WINCC調(diào)試。圖STYLEREF1\s5.SEQ圖\*ARABIC\s11WINCC連接這里的連接是指PLC和液晶屏進(jìn)行連接，這里指的注意的是便是組態(tài)軟件的各項(xiàng)操作，由于前面的硬件組態(tài)已經(jīng)完成，所以它能自動(dòng)識(shí)別一