現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)第八章-液位控制在PCS7平臺(tái)上的仿真實(shí)現(xiàn)(第3版)課件

1、第八章液位控制仿真在PCS7平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)第八章 液位控制仿真在 PCS7平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)第一節(jié) PCS7的組成第二節(jié) 創(chuàng)建項(xiàng)目、硬件組態(tài)與網(wǎng)絡(luò)組態(tài)第三節(jié) 液位對(duì)象仿真與CFC控制程序編寫第四節(jié) 順序功能控制SFC程序編寫第一節(jié) PCS7的組成一、 PCS7硬件1、工程師站（Engineer Station，ES）2、操作員站（Operator Station，OS）3、自動(dòng)化站（Automation Station，AS） 4、通信結(jié)構(gòu) 5、ET200MET200M是一種分布式I/O裝置，可以在遠(yuǎn)程位置就地操作，通過高性能、高數(shù)據(jù)傳輸率的Profibus-DP總線實(shí)現(xiàn)在AS站的CPU與其分布式I/

2、O裝置之間的順暢通訊。6、Profibus-DP主站和從站DP主站代表CPU和分布式I/O之間的連接，它通過Profibus-DP與分布式I/O裝置交換數(shù)據(jù)并監(jiān)視Profibus-DP總線。DP主站集成在相應(yīng)的設(shè)備中，S7-400系列CPU均配有接口。DP從站是指通過Profibus-DP連接到DP主站的分布式I/O裝置，ET200M即為DP從站，它從本地準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，并將其通過Profibus-DP傳送到CPU。二、 PCS7軟件三、實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)備名稱訂貨號(hào)重要參數(shù)說明主站RACK UR26ES7 400-1JA11-0AA0AS站機(jī)架PS407 10A6ES7 407-0KR02-0AA0電源模

3、塊CPU412-5H PN/DP 6ES7 412-3HJ14-0AB0V4.5CPU模塊CP443-1 V3.16ES7 443-1EX20-0XE000-1B-1B-98-6C-B8通訊模塊從站IM153-26ES7 IM153-2 153-2BA02-0XB0DP Address:3通信模塊AI812BIT 331-7KF02-0AB0四線電流、4-20mA模擬量輸入AO412 BIT 332-5HD01-0AB0四線電流、4-20mA模擬量輸出DI16DC24V 321-1BH02-0AA0數(shù)字量輸入DO16DC24V/0.5A 322-1BH01-0AA0數(shù)字量輸出第二節(jié) 創(chuàng)建項(xiàng)目、

4、硬件組態(tài) 與網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、 創(chuàng)建項(xiàng)目點(diǎn)擊桌面圖標(biāo) （SIMATIC Manager）或點(diǎn)擊開始菜單【Start】【Simatic】【SIMATIC Manager】（SIMATIC 管理器），可以打開SIMATIC 管理器。 圖8-4 PCS7向?qū)D8-5 選擇CPU Bundle 圖8-6 選擇工廠層級(jí)、AS對(duì)象、OS對(duì)象圖8-7 分配項(xiàng)目名、存儲(chǔ)路徑三種視圖組件視圖：表示各個(gè)對(duì)象（如圖表和塊）的實(shí)際存儲(chǔ)位置。在組件視圖中，可以直接看到塊和圖表與現(xiàn)場(chǎng)控制站的所屬關(guān)系。在組件視圖中，可以創(chuàng)建硬件組件以及啟動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)、總線組件、過程I/O 和PC 站的硬件組態(tài)。工廠視圖：以工藝視角布置和描述工廠

5、，顯示工廠的確切層級(jí)結(jié)構(gòu)?？蓪⒐S分為若干單元，并可查看各圖表和過程畫面與各單元之間的所屬關(guān)系。在工廠視圖中可分級(jí)布置自動(dòng)化、操作員監(jiān)控功能。過程對(duì)象視圖：提供了過程對(duì)象的完整視圖，顯示工廠視圖中各個(gè)對(duì)象的詳細(xì)信息。當(dāng)為大量對(duì)象分配相同的參數(shù)值、或者要為這些對(duì)象添加相同注釋或進(jìn)行相同互連時(shí)，此視圖尤為適用。圖8-8 組件視圖和工廠視圖圖8-8 組件視圖和工廠視圖二、 AS站硬件組態(tài)1、打開硬件組態(tài)編輯器2、更換AS站主站的模塊修改方法有兩種，如果目標(biāo)模塊與原模塊同在圖8-9模塊庫中的同一個(gè)文件夾下，點(diǎn)右鍵替換即可；如果不是，則在先刪除，然后在模塊庫中選擇正確的插入原來位置。注意，更換CPU模塊

6、式一定要保留其中的程序和符號(hào)表。3、設(shè)置CPU模塊屬性4、建立以太網(wǎng)并設(shè)置CP模塊屬性 5、設(shè)置ProfiBusDP 總線屬性 6、ET200M的設(shè)置 7、分配符號(hào)地址類型變量名稱絕對(duì)地址符號(hào)地址數(shù)據(jù)類型AI液位1IW512yewei1INTAI液位2IW514yewei2INTAO閥門1QW512famen1INTAO閥門2QW514Famen2INTDI開關(guān)1I0.0Kaiguan1BOOLDI開關(guān)2I0.1Kaiguan2BOOLDO指示燈1Q0.0deng1BOOLDO指示燈2Q0.1Deng2BOOL 三、 OS站硬件組態(tài)1、PC機(jī)組態(tài)模式設(shè)置按照路徑“開始SIMATIC SIMAT

7、IC NETConfiguration Console”，打開組態(tài)控制臺(tái) 2、修改站名保證PC站、站組態(tài)器的名字與PC機(jī)名字保持一致。 3、OS站組態(tài)4、PLC組態(tài)信息傳送四、組態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接組態(tài)完AS站和OS站，需要考慮兩者之間的通信，即建立AS站和OS站的連接。在SIMATIC 管理器工具欄單擊Netpro，打開網(wǎng)絡(luò)組態(tài)對(duì)話框。五、下載OS、AS 和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)1、OS站帶著連接下載首先設(shè)置通信通道，在NetPro中選擇菜單命令【Options】【Set PC/PG Interface 】（設(shè)置PG/PC接口），由于OS站的信息需要下載到本機(jī)，PG/PC接口設(shè)為PC internal (local

8、)。 2、AS站帶著連接下載 第三節(jié) 液位對(duì)象仿真與 CFC控制程序編寫一、開環(huán)CFC控制程序編寫1、數(shù)字量/模擬量輸入輸出CFC程序在本實(shí)驗(yàn)中，需要對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)IW0.0、模擬輸入信號(hào)IW512進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)數(shù)字輸出信號(hào)Q0.0、模擬輸出信號(hào)QW512進(jìn)行操作，編寫開環(huán)的輸入輸出CFC程序。 2、數(shù)字量/模擬量輸入輸出仿真調(diào)試對(duì)上述CFC程序進(jìn)行編譯，下載到PLCSIM。二、 液位對(duì)象仿真及閉環(huán) 控制程序CFC編寫1、液位對(duì)象在CFC中的仿真假設(shè)液位對(duì)象是一階慣性帶滯后的環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為 。打開CFC編輯器的sheet2，從 CFC的V7.1庫中將乘法塊FC360、慣性環(huán)節(jié)（Lag）塊FB

9、1828、滯后環(huán)節(jié)（Dead-time）塊FB1807拖拽進(jìn)去，各個(gè)塊的參數(shù)按照液位對(duì)象傳遞函數(shù)設(shè)置。2、液位對(duì)象下位飛升曲線單擊CFC工具欄中的ViewTrend Display，彈出趨勢(shì)顯示對(duì)話框。3、液位對(duì)象的封裝在乘法塊左邊界標(biāo)度變化模塊FC105，其輸入端接QW514，表示來自閥門輸出，上限設(shè)為100，表示開度上限；在滯后塊的輸出接反標(biāo)度變換塊FC106，其輸出端接IW514，表示輸出液位值，上限為500。4、液位對(duì)象的PID控制液位IW514的閉環(huán)PID控制CFC程序?qū)嶒?yàn)所需的液位反饋數(shù)據(jù)由PV_IN取，則PV_PER_ON應(yīng)置0，MAN_ON置0；實(shí)現(xiàn)完整的PID控制，P_SEL

10、、I_SEL、D_SEL均置1。從標(biāo)準(zhǔn)庫中選擇FC105、FC106、FB41塊插入sheet3中，由于FB41塊自身不帶面板，為了在WinCC上操作和監(jiān)測(cè)方便，給給定端SP_INT接操作塊FB45，F(xiàn)C105的輸出接顯示塊FB65，F(xiàn)B41的輸出端LMN接顯示塊FB65。第四節(jié) 順序功能控制 SFC程序編寫Sequential Function Chart（SFC，順序功能圖表）允許用戶通過圖形化的方式組態(tài)和調(diào)試順序控制系統(tǒng)。 順序控制系統(tǒng)將傳送到自動(dòng)化系統(tǒng)中，并且在自動(dòng)化系統(tǒng)中執(zhí)行。順序控制系統(tǒng)允許對(duì)基于順控程序的生產(chǎn)過程進(jìn)行狀態(tài)驅(qū)動(dòng)型或事件驅(qū)動(dòng)型執(zhí)行，通過操作和狀態(tài)變化，控制使用CFC創(chuàng)

11、建的基本自動(dòng)化功能，并且有選擇性地處理這些功能。一、 SFC的組成部分元素欄中的圖標(biāo)是編寫SFC流程時(shí)最為常用的，元素欄中的圖標(biāo)表示“插入”(Insert) 菜單的功能。序號(hào)1234567功能激活選擇步 + 轉(zhuǎn)移并行順序選擇順序循環(huán)跳轉(zhuǎn)文本二、流程設(shè)計(jì)1、初始化液位給定值，即PID控制塊FB41的輸入管腳SP_INT置為0；比例系數(shù)GAIN置為0；慣性環(huán)節(jié)復(fù)位管腳reset置0，以備下一步上升沿給對(duì)象清零。初始化執(zhí)行時(shí)間為3秒鐘。2、復(fù)位清零給數(shù)字量輸出Q0.0置0；給模擬量輸出QW512置0；慣性環(huán)節(jié)復(fù)位管腳reset置1，使對(duì)象輸出清零，鑒于滯后環(huán)節(jié)延遲時(shí)間為5秒，因此本步執(zhí)行6秒鐘。3、

12、參數(shù)賦初值液位給定SP_IN置50，比例系數(shù)GAIN置為0.06，積分時(shí)間常數(shù)TI置為1.2s、微分時(shí)間常數(shù)TD置為0.1s，受到PID控制的液位變量yewei2開始逐步上升。4、條件跳轉(zhuǎn)當(dāng)液位yewei2反饋信號(hào)PV_IN= 40，同時(shí)數(shù)字量輸入I0.0=1時(shí)，執(zhí)行下一步。注意，I0.0在PLCSIM手動(dòng)置為作為條件。5、條件滿足后執(zhí)行數(shù)字量輸出Q0.0置1，模擬量輸出IW512置50。6、結(jié)束。三、液位SFC程序?qū)崿F(xiàn)1、SFC編輯器在工廠視圖瀏覽窗口單擊最下層工廠層級(jí)unit，雙擊顯示窗口中的SFC文件夾，這是創(chuàng)建項(xiàng)目時(shí)自動(dòng)生成的。雙擊打開SFC編輯器，默認(rèn)的SFC程序由起始步、條件轉(zhuǎn)移和

13、結(jié)束步三個(gè)部分組成。2、SFC流程程序編寫（1）初始化初始化功能在START步中完成，雙擊起始步START，如圖8-48所示，每一個(gè)步都包含General（基本設(shè)置）、Initialization（初始化）、Processing（處理）、Termination（終止）四個(gè)標(biāo)簽。在General標(biāo)簽中修改本步名稱和最小執(zhí)行時(shí)間。單擊Processing標(biāo)簽，點(diǎn)擊browse，找到相應(yīng)的CFC塊的引腳并賦值： SP_INT=0.0，GAIN=0.0，reset=0注意reset管腳屬于structure變量，需要右鍵打開具體管腳（2）復(fù)位清零點(diǎn)擊“步+轉(zhuǎn)移”元素，添加到SFC，命名為“CLEAR”

14、，最小執(zhí)行時(shí)間設(shè)為6s，方法同上。在Processing標(biāo)簽中連接變量并賦值。數(shù)字量輸出Q0.0，即LINK_I=0,模擬量輸出QW512，即LINK_U=0.0，reset=1。（3）參數(shù)賦初值再添加一組“步+轉(zhuǎn)移”元素，命名為“PARAMETER”。在Processing標(biāo)簽中連接變量并賦值。液位給定SP_IN對(duì)應(yīng)的LINK_U=50.0，GAIN=0.06，TI=1.2s、TD=0.1s。（4）條件跳轉(zhuǎn)雙擊SFC中的跳轉(zhuǎn)3，對(duì)話框中包含、Condition和OA Comment三個(gè)標(biāo)簽。在General中修改本跳轉(zhuǎn)的名稱為JUMP；選中Condition，點(diǎn)擊browse，找到相應(yīng)的CF

15、C塊的引腳并賦值。條件分別為：液位yewei2反饋信號(hào)PV_IN= 40，同時(shí)數(shù)字量輸入I0.0=1時(shí)，執(zhí)行下一步。 （5）條件滿足后執(zhí)行在SFC中添加新的“步+跳轉(zhuǎn)”，命名為OPERATOR，最小執(zhí)行時(shí)間5s，如圖8-54所示。上述條件滿足后，執(zhí)行本步：數(shù)字量輸出Q0.0=1，模擬量輸出IW512=50。（6）結(jié)束 最后一步為結(jié)束步。 3、SFC運(yùn)行編譯和下載，打開測(cè)試運(yùn)行開關(guān)，單擊START，運(yùn)行SFC程序。 第五節(jié) 液位被控對(duì)象的 上位監(jiān)控功能一、 AS站設(shè)置、編譯和上傳1、上傳前的設(shè)置工廠層級(jí)設(shè)置OS顯示區(qū)域設(shè)置創(chuàng)建或更新塊圖標(biāo)沿路徑Plant Create/Update Block Icon2、OS站編譯 3、打開OS站 二、過程畫面及基本監(jiān)控和操作過程畫面監(jiān)控和操作上位運(yùn)行SFC三、歸檔趨勢(shì)曲線和PID參數(shù)整定 1、變量歸檔 2、歸檔趨勢(shì)曲線3、趨勢(shì)曲線顯示與PID參數(shù)整定次數(shù)123456SP_INT50505050505