基于S7-300的雙容水箱液位控制系統(tǒng)

1、 江西理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院基于S7-300 雙容水箱液位控制系統(tǒng)電氣工程與自動化學(xué)院數(shù)控技術(shù)課程實踐題目:水箱液位控制系統(tǒng)專業(yè)班級: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)比較常見的課題。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).總的來說，這三個控制目標(biāo)雖然各有不同，但是所使用的控制算法，實現(xiàn)方式不盡相同,是以這三種控制目標(biāo)其實是可以當(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，它所能實現(xiàn)的控制完全能夠?qū)崿F(xiàn)該場合.通過給定控制目標(biāo)，PLC經(jīng)由AD采集模塊獲

2、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，實現(xiàn)一個閉環(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)的動態(tài)情況,采用組態(tài)軟件進(jìn)行電腦監(jiān)控,同時使用液晶屏控制終端，實現(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)的各項動態(tài)情況，實現(xiàn)各種控制要求。關(guān)鍵詞：流量液位計；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)計任務(wù)11。2。設(shè)計過程11。3.設(shè)計主要內(nèi)容11。3。1。硬件模塊設(shè)計11.3。2。組態(tài)軟件選擇考

3、量11。3。3?；赟TEP7的程序設(shè)計21.3。4。綜合設(shè)計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53。1.整體結(jié)構(gòu)設(shè)計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94。1。軟件整體構(gòu)架94。2。組態(tài)軟件設(shè)計94。3。STEP-7控制程序設(shè)計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。

4、最終存在的問題以及解決方案考量:266。2。項目的實現(xiàn)心得26參考文獻(xiàn)29課程設(shè)計報告 31第1章 引言1.1. 設(shè)計任務(wù)本次課程設(shè)計是以西門子S7-300 PLC作為控制器，實現(xiàn)雙容水箱液位控制。為實現(xiàn)達(dá)到液位控制的目標(biāo)，分為了幾個子目標(biāo)。1 單容水箱液位控制系統(tǒng)（杰控組態(tài)）；2 雙容水箱液位控制系統(tǒng)(杰控組態(tài))；3 雙容水箱液位控制系統(tǒng)（WINCC組態(tài)加液晶屏).第三個任務(wù)其實就是最終任務(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,個中原因后文會論述。1.2. 設(shè)計過程本次設(shè)計的設(shè)計過程，其實就是上面三個任務(wù)的設(shè)計實現(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

5、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，我們需要根據(jù)資料學(xué)習(xí)的東西包括項目管理、設(shè)備通信、運行數(shù)據(jù)庫、畫面制作、畫面顯示、變量報警等，通過這些木塊的學(xué)習(xí)進(jìn)而組合形成一個我們需要的界面控制臺；第三步，基于STEP7的S7300PLC程序的設(shè)計，使用FB41背景數(shù)據(jù)塊和FC105、FC106模塊實現(xiàn)整個環(huán)節(jié)的A/D、D/A、PID閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計；第四步，所有部分的綜合控制設(shè)計,將前期設(shè)計的所有模塊進(jìn)行所有的整合一體設(shè)計調(diào)試,最終實現(xiàn)我們的設(shè)計要求.第四步，加上WINCC組態(tài)和液晶屏，實現(xiàn)在現(xiàn)有設(shè)備中的最大化最優(yōu)化設(shè)計.1.3. 設(shè)計主要

6、內(nèi)容1.3.1. 硬件模塊設(shè)計所需的硬件配置,一個儲水箱、一個裝水箱、流量計一個、電動閥一個、變頻器一個，水泵一個和若干開關(guān)水管等材料構(gòu)成。1.3.2. 組態(tài)軟件選擇考量為了能夠更方便直觀的檢測控制系統(tǒng)的液位參數(shù)變化,需要對其進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測，所以需要用到組態(tài)軟件。杰控組態(tài)軟件：該軟件作為國產(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)用的重要場合也是值得稱道的,并且該軟件提供30個I/O點以下的免費使用，這對于本次課設(shè)而言，是一個不錯的選擇，況且其本身的設(shè)計風(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

7、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)備的情況和時間方面的因素,最終也做了該方案的實現(xiàn).本次組態(tài)軟件需要使用的功能有，首先，學(xué)會如何使用項目管理包括備份和調(diào)入等;完成設(shè)備通訊的設(shè)計，主要包括S7TCP驅(qū)動安裝、啟動驅(qū)動、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)計的需求繪制一個相對美觀的界面，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)成一個完整的控制界面;選擇相應(yīng)的畫面，啟動畫面顯示。1.3.3. 基于STEP7的程序設(shè)計本次

8、程序設(shè)計主要采用梯形圖的方式，設(shè)計的過程首先使用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊FC105對液位計的數(shù)值進(jìn)行實時采集,SCALE功能接受一個整型值(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)之間的實型值.將結(jié)果寫入OUT.輸出的結(jié)果再送給變頻器，從而實現(xiàn)變頻器的外控模式調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)液位的控制.1.3.4. 綜合設(shè)計在實現(xiàn)了

9、上述內(nèi)容之后，加上組態(tài)軟件進(jìn)行調(diào)試，并對一些細(xì)節(jié)方面進(jìn)行處理。完成了上述各個模塊之后，再進(jìn)行綜合設(shè)計,整個過程控制系統(tǒng)就是由硬件外圍電路和設(shè)備加軟件控制部分控制的.我們通過PLC編程,再與組態(tài)軟件進(jìn)行鏈接,實現(xiàn)一個控制界面,繼而控制物理設(shè)備的完整控制系統(tǒng)。第2章 硬件選型2.1. 硬件選型本設(shè)計硬件主要包括，過程控制系統(tǒng)設(shè)備一套(包括三個流動水箱、一個儲水水箱、若干水管、開關(guān)若干、抽水泵一個等）、流量計一個、電動閥一個、變頻器一套等.考慮到液位的精度和準(zhǔn)確度，本設(shè)計采用上海艾特自動化儀表有限公司的MLF1液位計。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

10、設(shè)計的多功能標(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。水泵電動機(jī)采用浙江松久電機(jī)有限公司的A027112系列三項異步電動機(jī)，功率為370W，額定電壓380伏，額定電流1.0A，額定頻率50HZ，轉(zhuǎn)速2780r/min,絕緣等級B,噪聲65dB 硬件組態(tài)采用可編程控制器CPU 314C-2 PN/DP，CPU 314C2 DP 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直接連接。集

11、成的的PROFIBUS DP 主站/從站以及 PROFINET IO 控制器/I設(shè)備接口,用于 PROFIBUS 和 PROFINET 的分布式連接.這使得 CPU 314C2 PN/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)場總線系統(tǒng)的上位控制器.采用西門子電源模塊PS307/5A,6ES73071EA01-0AA0西門子PS307/5A/10A電源模塊單元為S7300/ET 200M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.PS 307負(fù)載

12、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SIMATIC S7300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6ES7 3317KF02-OABO，標(biāo)稱型號是AI812Bit，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6ES7 332-5HD01OABO，標(biāo)稱型號是AO412Bit，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 SM 323 數(shù)字量輸入/ 輸出模塊，8 輸入，8輸出。24VDC;8出，24VDC，0。5A，晶體管輸出，光電隔

13、離，擴(kuò)展溫度范圍PS 307 5AAI812Bit 6ES7 3317KF02OABOAO4*12Bit 6ES7 3325HD01-OABODI8/DO8*DC24V/0，5A 6ES7 3231BH010AA02.2. 選型步驟硬件的選型是從本設(shè)計的核心去實現(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)計所提供的硬件資源，根據(jù)所有的設(shè)備進(jìn)行實踐選型；(2）確定流量最大時流量計的最大值,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；2

14、.3. 選型的結(jié)果最終確定采用的硬件設(shè)備主要有,上海艾特自動化儀表有限公司的MLF1流量計，變頻器采用西門子全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器MicroMaster420，水泵電動機(jī)采用浙江松久電機(jī)有限公司的A027112系列三項異步電動機(jī)，硬件組態(tài)采用可編程控制器CPU 314C2 PN/DP.2.4. 選型的技術(shù)參數(shù)一、變頻器MicroMaster420200V240V ±10，單相/三相,交流，0.12kW5。5kW； 380V480V±10,三相,交流，0。37kW-11kW； 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，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

15、控制器西門子可編程控制器6ES73146EH040AB0SIMATIC S7-300， CPU 314C2PN/DP COMPACT CPU WITH 192 KBYTE WORKING MEMORY， 24 DI/16 DO， 4AI， 2AO， 1 PT100, 4 FAST COUNTERS （60 KHZ）， 1. INTERFACE MPI/DP 12MBIT/S， 2. INTERFACE ETHERNET PROFINET, WITH 2 PORT SWITCH, INTEGRATED 24V DC POWER SUPPLY, FRONT CONNECTOR (2 X 40PIN

16、） AND MICRO MEMORY CARD REQUIRED，三、電源模塊PS 307電源模塊是西門子公司為S7-300專配的DC24V電源,PS 307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。PS 307 5A模塊基本電路如圖2-1所示。PS 307 5A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，最大上升時間2。5s，最大殘留紋波150mV，PS 307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。第3章 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1

17、. 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計總體框圖如下圖 3。1所示.圖 3。1 系統(tǒng)設(shè)計總體框圖3.2. 硬件連接圖下圖所示的位在組態(tài)軟件中的硬件連接圖,在設(shè)計的過程中，其實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。見圖 3。2所示。圖 3。2 雙環(huán)硬件組態(tài)圖主要部分系統(tǒng)控制圖連接如下，這里畫出的是單環(huán)液位控制的情況，具體如下圖 3。3示.圖 3。3 硬件設(shè)備連接圖3.3. 系統(tǒng)I/O分配表控制系統(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼及地址編號如下表所示：符號地址備注FC105_INPIW262模擬量輸入FC105_OUTMD102模擬量輸出B

18、IPOLARI8。0啟動轉(zhuǎn)換模式SP_INTMD200初始給定值PV_INMD102反饋輸入GAINDB1。DBD14比例值TIMD160積分時間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電動閥給定值3.4. 硬件組態(tài)和變頻參數(shù)設(shè)置3.4.1. 硬件組態(tài)設(shè)置由于三個任務(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水箱的檢測環(huán)節(jié)，其余的和單容水箱一致。是以下面的硬件澤太部分其實是一致的,具體見如下圖 3。4。圖 3。4 硬件組態(tài)圖3.4.2. 變頻器參數(shù)設(shè)置電動機(jī)的額定參數(shù):

19、功率0。37KW電壓380V電流1.0A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4P03051。8額定電流5P03070。37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斜坡上升時間13P112110斜坡下降時間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)置訪問級別3P

20、03001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)置訪問級別6P39001結(jié)束快速調(diào)試第4章 軟件設(shè)計由于本次課設(shè)分為三個項目目標(biāo)，所以，在這里我將分別介紹三個任務(wù)的具體實現(xiàn)情況。4.1. 軟件整體構(gòu)架任務(wù)總體軟件設(shè)計構(gòu)架見下圖 4.Error! Bookmark not defined.所示。圖 4.Error! Bookmark not defined. 軟件構(gòu)架圖如上圖所示,軟件構(gòu)架圖分為兩個部分,一個是組態(tài)軟件的設(shè)計，這里設(shè)計到兩個不同的組態(tài)軟件的使用，另外一個是STEP7程序的設(shè)計,這里主要分為兩個，一個是單容,一個是雙容。根據(jù)以上的

21、任務(wù)有下表表格 4.1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2WINCC24.2. 組態(tài)軟件設(shè)計組態(tài)軟件分為兩個，一個是杰控組態(tài),一個是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，具體的可見圖 4.Error! Bookmark not defined.的組態(tài)總體圖.圖 4.Error! Bookmark not defined. 組態(tài)總體圖如上所示，組態(tài)軟件的只用主要分為三個部分,分別是項目管理,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。詳情見整個工程。1、新建項

22、目點擊新建項目圖標(biāo)，出現(xiàn)下面圖4.1。3所示對話框: 項目內(nèi)容缺省在組態(tài)軟件系統(tǒng)目錄及相應(yīng)子目錄下,新建項目就是清除或更新系統(tǒng)目錄下有關(guān)內(nèi)容;所以在創(chuàng)建新項目時,應(yīng)先備份當(dāng)前項目到其他目錄下（缺省為“我的項目備份”子目錄）；如果當(dāng)前項目還沒有備份保存，建議先進(jìn)行備份，否則當(dāng)前的項目會丟失； 按下確定按鈕，會兩次出現(xiàn)確定清除當(dāng)前項目的提示.之后便開始創(chuàng)建新的項目。圖 4。Error! Bookmark not defined.新建項目2、項目備份備份項目就是將當(dāng)前項目形成副本,要養(yǎng)成經(jīng)常備份項目的習(xí)慣，避免項目內(nèi)容丟失。使用菜單中“項目-備份”命令保存項目內(nèi)容到指定目錄下，項目備份的界面如下圖4

23、。1。4所示。圖 4。1 項目備份3、項目調(diào)入沒有打開項目的概念，因為項目管理器運行后，所管理和使用的項目就是當(dāng)前系統(tǒng)目錄下的內(nèi)容; 若需管理和運行另外的項目，就需要清除當(dāng)前項目,調(diào)入另外一個項目（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)入項目之前，要先去備份項目,避免當(dāng)前項目丟失； 調(diào)入某項目,請執(zhí)行“項目-調(diào)入”命令，界面所示:4、運行項目可以在兩種方式下運行：組態(tài)方式和運行方式； 項目管理器被單獨啟動后，進(jìn)入組態(tài)方式,通訊驅(qū)動和實時數(shù)據(jù)庫不被啟動，只能對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和組態(tài)； 通過“項目-啟動監(jiān)控系統(tǒng)"菜單命令或單擊工具條運行按鈕,可以使系統(tǒng)工作在“運

24、行方式"下,在運行方式下的某些內(nèi)容被修改后，必須退出監(jiān)控系統(tǒng)重新啟動，通過“項目->退出監(jiān)控系統(tǒng)”的菜單命令可實現(xiàn).二、設(shè)備通訊1、安裝驅(qū)動要使用某個驅(qū)動程序,首先進(jìn)行選擇安裝，才能在項目中使用; 可以同時最多安裝 32 種驅(qū)動程序； 安裝驅(qū)動程序的步驟如下：1.選擇設(shè)備通訊>功能；2。執(zhí)行1。安裝驅(qū)動任務(wù)，出現(xiàn)下面對話框： 3。從驅(qū)動列表中選擇要使用的通訊驅(qū)動程序；4。選擇列表中包含常用驅(qū)動程序，如果其中沒有包含要使用的驅(qū)動程序，可以手動添加；5。驅(qū)動程序版本或參數(shù)常有更新,通過執(zhí)行更新驅(qū)動按鈕進(jìn)行更新6。選擇列表右邊顯示此驅(qū)動程序提供的數(shù)據(jù)類型，不同設(shè)備驅(qū)動有不同數(shù)據(jù)

25、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)動程序名稱，或執(zhí)行安裝按鈕，可以把當(dāng)前選擇的驅(qū)動程序安裝到系統(tǒng)中;8.安裝完所需驅(qū)動后，執(zhí)行關(guān)閉按鈕結(jié)束安裝;9。已被安裝的驅(qū)動程序,如要修改，重新進(jìn)行安裝即可；2、添加驅(qū)動安裝驅(qū)動程序界面選擇列表中只列出了最常用的主流驅(qū)動程序,可以被直接安裝使用； 手動添加驅(qū)動程序的步驟如下：1。需要添加的驅(qū)動程序多由開發(fā)商提供，也可由高級用戶根據(jù)公布的驅(qū)動模板自行編寫；2.串口驅(qū)動模板的內(nèi)容參考用戶編程章節(jié)；3.驅(qū)動程序由兩個文件組成，即配置文件（。ini)和程序執(zhí)行文件(*。exe)；3。得到

26、這兩個文件，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)動程序,選擇其中的某個驅(qū)動程序，執(zhí)行添加按鈕；8。添加完成后，新的驅(qū)動程序會出現(xiàn)在驅(qū)動列表中;3、啟動驅(qū)動如果某驅(qū)動程序被安裝后且被選擇，則在系統(tǒng)啟動過程中,自動啟動此驅(qū)動程序；1.如果驅(qū)動程序被安裝但沒有被選擇,則在系統(tǒng)啟動過程中，不能啟動此驅(qū)動程序，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.啟動驅(qū)動任務(wù);3.顯示在列表框中的驅(qū)動程序，是被安裝過的驅(qū)動程序； 4。如果沒有被選擇（），則在系

27、統(tǒng)啟動過程中,不被啟動； 5。只有被選擇以后（),才能在系統(tǒng)啟動過程中被啟動；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)備表對話框：圖 4。2 雙環(huán)組態(tài)數(shù)據(jù)4.1。7定義設(shè)備數(shù)據(jù)表選中設(shè)備數(shù)據(jù)表的某個設(shè)備號，用鼠標(biāo)雙擊，會出現(xiàn)下面的設(shè)置對話框：4.1.8定義設(shè)備號三、畫面制作1、啟動畫面制作程序有 3 種方法可以啟動畫面制作程序:1.選擇顯示畫面功能，執(zhí)行3.畫面制作，啟動畫面制作程序；2。通過工具欄中的圖標(biāo)， 啟動畫面制作程序;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,可以啟動畫面制作

28、程序，新建或修改某畫面；2、畫面制作平臺畫面制作程序啟動之后，提供的制作界面如下圖 4。Error! Bookmark not defined.所示:圖 4。Error! Bookmark not defined. 杰控雙環(huán)控制組態(tài)圖 至于WINCC雙環(huán)組態(tài)圖見下圖 4。3所示。圖 4。3 WINCC雙環(huán)組態(tài)圖畫面制作窗口主要由 7 部分組成,可以同時制作多幅畫面，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。滾動條,尺寸可以無限大，畫面尺寸超出屏幕顯示范圍時,通過滾動條漫游畫面; 4。狀態(tài)條，屏幕最下方

29、是狀態(tài)條,它顯示狀態(tài)提示，鍵盤狀態(tài)及當(dāng)前圖形對象位置; 5。工具箱,由多個操作按鈕組成，實現(xiàn)了常用的菜單操作,是為了方便對畫面進(jìn)行操作；當(dāng)鼠標(biāo)指向工具條上的按鈕時，會在其下方顯示對應(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)對話框設(shè)置畫面屬性如圖4。1。10所示：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、動態(tài)只讀、打開任務(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、無級縮放.4.3. STEP7控制程序設(shè)計下面控制框圖是單環(huán)和雙環(huán)的控制閉環(huán)圖。圖 4。Error! Boo

30、kmark not defined. 雙環(huán)控制系統(tǒng)圖圖 4。Error! Bookmark not defined. 單環(huán)控制系統(tǒng)圖整個程序設(shè)計的過程，其實就是上面兩個程序框圖的程序化的過程.4.3.1. 單環(huán)控制程序下圖為共享數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)定義見圖 4.4。圖 4.4 單環(huán)共享數(shù)據(jù)塊Network1： 打開調(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 4。Error! Bookmark not defined. 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。分別是時間常數(shù)TI和TD，圖 4。5 單環(huán)程序2給定液位值并且更具檢測

31、到的當(dāng)前值進(jìn)行PID計算DB41為PID模塊，MAN_ON是PID使能,為0時使能;SEL是積分使能,在這里為了方便后期的積分分離調(diào)試，進(jìn)行手動操作；P_INT是給定值，也就是我們所期望達(dá)到的數(shù)值；PV_IN是反饋值,也就是當(dāng)前液位的檢測值。GAIN:是PID中的P,也就是比例部分。右邊部分書輸出:LMN:PID計算輸出LNM_P：比例部分輸出LMN_I：積分部分輸出LMN_D：微分部分輸出圖 4.Error! Bookmark not defined. PID計算圖 4.6 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

32、送的數(shù)。HI_LIM：輸出最高限值。LO_LIM:輸出最低限值。這兩個高低限制其實也是單位換算的一個設(shè)置,在這里不太明顯，雙環(huán)的程序中還有這個，后文有較為詳細(xì)的解釋。4.3.2. 雙環(huán)控制程序作為本次設(shè)計的最終目標(biāo),我們需要達(dá)到的是一個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.在下水箱達(dá)到預(yù)定值時，實現(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)相對于下水箱的控制目標(biāo)來說,其實是一個擾動的因素，所以，在設(shè)計時應(yīng)該對其進(jìn)行一個閉環(huán)處理，也就是內(nèi)環(huán)，同時內(nèi)環(huán)的輸出作為外環(huán)的

33、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)能夠正常快速的達(dá)到我們所需的目標(biāo).至于本次課程設(shè)計為什么選擇PID控制算法，是因為PID算法在這里能夠很好的實現(xiàn)控制要求.對于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:有下圖 4.6。圖 4.Error! Bookmark not defined. 雙環(huán)閉環(huán)圖下圖是雙環(huán)共享數(shù)據(jù)塊圖圖 4.Error! Bookmark not defined. 雙環(huán)共享數(shù)據(jù)塊具體的程序代碼見下：圖 4。Error! Bookmark not defined. 雙環(huán)程序1程序段Network：打開調(diào)節(jié)閥。其次是檢測當(dāng)前水箱的水位值，也就是

34、反饋環(huán)節(jié).圖 4。7 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達(dá)到的高度。圖 4.Error! Bookmark not defined. 雙環(huán)共享數(shù)據(jù)塊3該部分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.而下圖則是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,這兩個值分別是上下限，它是水箱在當(dāng)前的物理狀態(tài)下所能達(dá)到實際范圍。這個數(shù)據(jù)是在閥門全開，全速工作時水箱最終穩(wěn)定值。該部分的程序的意思是通過外環(huán)的檢測進(jìn)行PID計算,并將計算的結(jié)果結(jié)合內(nèi)環(huán)水箱所能達(dá)到的實際值進(jìn)行調(diào)整。輸出值LMN作為內(nèi)環(huán)

35、的給定.圖 4。8 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.下面的程序段則是PID內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)，該部分也就是前面所說的將上水箱作為擾動環(huán)節(jié)考慮所加的一個控制效果。至于其它的參數(shù),參見外環(huán)PID程序段,大部分和它是一致的。該部分程序段的作用是將外環(huán)計算的數(shù)據(jù)和上水箱當(dāng)前的值進(jìn)行PID計算,用來抑制上水箱作為擾動環(huán)節(jié)的處理。它的上下限值的獲取和上面是一樣的。圖 4.Error! Bookmark not defined. 雙環(huán)程序段6在經(jīng)過內(nèi)外雙環(huán)的計算之后,將計算的結(jié)果進(jìn)行輸出。但是在這個過程中有一個是必須

36、處理的，就是輸出配比問題，同時也可以認(rèn)為它是在進(jìn)行一個DA輸出的過程.具體的見下圖 4。Error! Bookmark not defined.所示.圖 4。Error! Bookmark not defined. 雙環(huán)程序7 至此，整個程序就結(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，整個程序的實現(xiàn)其實就是上述控制框圖的程序化的過程.第5章 整體調(diào)試其實整個一個過程，花的時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。5

37、.1. 組態(tài)調(diào)試 組態(tài)調(diào)試分為兩個部分，一個部分是硬件組態(tài)，一個是組態(tài)軟件的調(diào)試。至于硬件組態(tài)其實都是一樣的，因為幾個任務(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，一個是WINCC一個是杰控.杰控的前文已經(jīng)講得比較詳細(xì),因此這里也不再重復(fù)，是以主要講講WINCC調(diào)試。圖 5.1 WINCC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)軟件的各項操作,由于前面的硬件組態(tài)已經(jīng)完成，所以它能自動識別一些相應(yīng)的必備東西。最終所達(dá)到的組態(tài)效果圖可見附錄.5.2. 軟件調(diào)試所謂的軟件調(diào)試，其實就是軟件的實現(xiàn)過程，其中最主要的是兩個,一個是實際值和檢測值的換算,一個是控制算法PID參數(shù)整定。前者的調(diào)試獲取方法前文已經(jīng)講明，這里不再贅述.所以這里主要講的是參數(shù)整定部分.5.2.1. 參數(shù)整定PID參數(shù)的整定，其實是有很多種方法的。諸如簡易工程法，優(yōu)選法，湊試法,自整定法等多種方法。結(jié)合各種情況,這里采用的是湊試法。具體的過程如下：u(t