现场总线控制系统设计方案.docx

现场总线控制系统设计方案1 现场总线控制系统的组成与认识一、系统简介THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置是基于PROFIBUS和工业以太网通信协议，在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代现场总线控制系统。整个实验装置分为控制系统和控制对象两部分，控制系统结构图如图1-1所示：图1-1 控制系统结构图控制对象总貌图如图1-2所示。二、系统组成实验装置对象主要由网孔板、不锈钢储水箱、有机玻璃水箱、电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、纯滞后盘管等组成。在实验屏的下面布置有储水箱和两套供水系统。两路独立的供水系统（主副回路），分别由两只独立的水泵驱动供水，主回路采用现场总线仪表，副回路采用常规仪表。主要包括磁力泵、电动调节阀、气动调节阀、电磁流量计、涡轮流量计、压力变送器、液位变送器、差压变送器、温度传感器等。管路系统采用快速连接管道，可以自由拆装组合，管路中设置了电磁阀，可以实现手自动切换。在调节阀的旁路设计有旁路阀。图1-2 控制对象总貌图1. 被控对象（1）水箱包括大容积的不锈钢储水箱1套、有机玻璃工作水箱4只，容积大于40升。有机玻璃工作水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于直接观察液位的变化和记录结果。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。除此之外，储水箱还设计了液位报警保护系统，以免水泵空转而影响水泵的使用寿命。(2) 加温锅炉及盘管不锈钢加温锅炉，包括加热层（加温内筒）和冷却层（冷却夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。模拟工业现场的管道输送和滞后环节的纯滞后盘管，为了确保大滞后时间常数，设计长度达20多米，管径为15mm。2. 检测装置压力传感器、变送器：采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通信协议的压力传感器和工业用的扩散硅压力变送器，扩散硅压力变送器含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。压力传感器用来对上、下水箱的液位进行检测，其精度为0.5级，因为为二线制，故工作时需串接24V直流电源。温度传感器：本装置采用五个Pt100传感器，分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。五个Pt100传感器的检测信号中检测锅炉内胆温度的一路到SIEMENS带PROFIBUS-PA通信协议的温度变送器，直接转化成数字信号；另外四路经过常规温度变送器，可将温度信号转换成420mADC电流信号。 Pt100传感器精度高，热补偿性能较好。流量传感器、转换器：流量传感器分别用来对调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。涡轮流量计型号：LWGY-10，流量范围：01.2m3/h，精度：1.0%。输出：420mA标准信号。本装置采用两套流量传感器、变送器分别对变频支路及盘管出口支路的流量进行测量，调节阀支路的流量检测采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通信接口的检测和变送一体的电磁式流量计。3. 执行机构调节阀：采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通信协议的气动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。它具有精度高、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等优点。由CPU直接发送的数字信号控制阀门的开度，本气动调节阀自动进行零点校正，使用和校正都非常方便。变频器：本装置采用SIEMENS带PROFIBUS-DP通信接口模块的变频器，其输入电压为单相AC220V，输出为三相AC220V。水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为32升/分，扬程为8米，功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。其中一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。可移相SCR调压装置：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号为420mA标准电流信号。输出电压用来控制加热器加热，从而控制锅炉的温度。 电磁阀：在本装置中作为气动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。电磁阀型号为：2W-160-25 ；工作压力：最小压力为0Kg/2，最大压力为7Kg/2 ；工作温度：580。4. 控制器控制器采用SIEMENS公司的S7300 CPU，型号为315-2DP，本CPU既具有能进行多点通信功能的MPI接口，又具有PROFIBUS-DP通信功能的DP通信接口。5. 空气压缩机用于给气动调节阀提供气源，电动机的动力经连杆带动活塞做往复运动，使汽缸、活塞、阀组所组成的密闭空间容积产生周期变化，完成吸气、压缩、排气的空气压缩过程，压缩空气经绕有冷却翅片的排气铜管、单向阀进入储气罐。空压机设有气量自动调节系统，当储气罐内的气压超过额定排气压力时，压力开关会自动切断电源使空压机自动停止工作，当储气罐内的气体压力因外部设备的使用而下降到额定排压以下0.2-0.3Mpa时，气压开关自动复位，空压机又重新工作，使储气罐内压缩空气压力保持在一定范围内。三、总线控制柜总线控制柜有以下几部分构成：1控制系统供电板：该板的主要作用是把工频AC220V转换为DC24V，给主控单元和DP从站供电。2控制站：控制站主要包含CPU、以太网通信模块、DP链路、分布式I/O DP从站和变频器DP从站构成。3温度变送器： PA温度变送器把PT100的检测信号转化为数字量后传送给DP链路。四、系统特点l 被控参数全面,涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。l 本装置由控制对象、综合上位控制系统、上位监控计算机三部分组成。l 真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。l 执行器中既有气动调节阀，又有变频器、可控硅移相调压装置，调节系统除了有设定值阶跃扰动外，还可以通过对象中电磁阀和手动操作阀制造各种扰动。l 一个被调参数可在不同动力源、不同执行器、不同的工艺管路下演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。l 系统设计时使2个信号在本对象中存在着相互耦合，二者同时需要对原独立调节系统的被调参数进行整定，或进行解耦实验，以符合工业实际的性能要求。l 能进行单变量到多变量控制系统及复杂过程控制系统实验。l 各种控制算法和调节规律在开放的实验软件平台上都可以实现。五、系统软件系统软件分为上位机软件和下位机软件两部分，下位机软件采用SIEMENS的STEP7，上位机软件采用SIEMENS的WINCC，上、下位机软件应用介绍分别见附录一、二。2. PROFIBUS DP总线开关量控制2.1 LED灯的PLC控制及其实现一、设计目的1、掌握通过PROFIBUS-DP总线读取/控制开关量的原理与方法。2、掌握PROFUBUS开关量I/O系统的硬件配置方案。3、掌握STEP 7软件的编程应用流程。3、熟悉基本的PLC梯形图编程语言。二、实验设备1. THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置（控制柜内部分）。2. 计算机及编程软件STEP 7、WINCC。3. 万用电表一只。三、设计题目及要求 如右图所示,选取现场总线控制柜中的32个绿色按钮和32个橙色指示灯为实验对象。灯和按钮信号连接到2个数字I/O模块SM323中，每个SM323模块包含16路DI和16路DO。SM331和分布式I/O模块ET200M直接相连，ET200M挂接到PROFIBUS-DP总线上，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2 DP（CPU315-2 DP为PROFIBUS-DP总线上的DP主站），从而实现现场离散I/O信号与CPU之间的信号传输。32个按钮按从上到下，从左到右的顺序，地址依次为I0.0I0.7、I1.0I1.7、I2.0I2.7、I3.0I3.7；32个指示灯按从上到下，从左到右的地址依次为Q0.0Q0.7、Q1.0Q1.7、Q2.0Q2.7、Q3.0Q3.7。 设计的基本目标是通过PROFIBUS-DP总线实现用按钮对灯的亮、灭的控制，比如几盏灯的逐一点亮或者以其它规律点亮或熄灭。在这个实验中，我设计的基本目标是让六个灯依次点亮然后再依次熄灭。本设计要求应用STEP 7软件，采用梯形图语言编程。（STEP 7软件的使用说明参见附录一）通过STEP7软件实现控制后，运用WINCC组态软件编写界面(界面中组态出所需要的按钮和灯)，进而实现通过界面中的按钮来控制控制柜中的灯的亮灭。四、设计内容与步骤1、分析PROFIBUS 离散I/O控制系统的工作原理和组成，确定硬件配置。2、确定软件控制策略，分配变量。3、依次接通控制系统各电源。3、启动STEP 7软件，新建项目。4、在STEP 7中完成硬件组态。一、打开STEP 7组态软件选择Cancel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，路径可以自由指定，最好不要出现中文路径名。三、插入站 SIMATIC 300 Station右键点击工程名，Insert New Object插入SIMATIC 300 Station或者菜单选择插入四、硬件组态双击Hardware添加轨道Rail右侧SIMERTIC 300中找到RACK-300，双击Rail插槽1中加入电源PS 307 5A点击左上0（UR）的插槽1，在右侧找到SIMERTIC 300中PS-300，双击PS 307 5A3、插槽2中加入CPU 315-2 DP（1）点击左上0（UR）的插槽2，在右侧找到SIMERTIC 300中CPU 315-2 DP 型号6ES7 315-2AG10-0AB0 双击V2.6（2）加入PROFIBUS-DP线在弹出的对话框中选择New在弹出的对话框中选择OKSubnet中出现PROFIBUS（1） 1.5Mbps 选择并点击OK4 、插槽4中加入CP 343-1（1）添加CP 343-1（2）在弹出的对话框中修改IP addressIP address :140.80.0.2 点击OK(3)建立以太网通信双击CP 343-1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击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IM 153-2 OD点击选中PROFIBUS-DP线，在右侧PROFIBUS-DP选项DP/PA Link中找到IM 153-2 OD型号6ES7 153-2BA82-0XB0 ，选中双击即可加到PROFIBUS-DP线上。在Address选择3弹出的Define Master System中选择Interface module for PROFIBUS-PA 点击OK（2）加入IM 153-1点击选中PROFIBUS-DP线，在右侧PROFIBUS-DP选项ET 200M中找到IM 153-1 型号6ES7 153-1AA03-0XB0 ，选中双击即可加到PROFIBUS-DP线上。在弹出的对话框点击OK。在右侧IM 153-1选项中加入两个DI16/DO16x24V/0.5A 型号6ES7 323-1BL00-0AA0两个AI8x12Bit 型号6ES7 331-7KF02-0AB0一个AO4x12Bit 型号6ES7 332-5HD01-0AB05、在STEP 7中编写“按钮-灯控制系统”的梯形图程序。程序图如上这个程序实现的功能是六个灯依次点亮10秒，然后在依次熄灭。主要用到了延时器和定时器，对六个等一次延时0s(即不用延时)，1s,2s,3s,4s,5s，然后在后面加上10秒的定时器就可以实现了6、下装硬件组态和程序到PLC控制器中。7、进行按钮操作，功能测试及修改。8、启动WINCC软件，新建项目。在WINCC中完成按钮和灯的组态设置及变量设计。10、修改STEP7软件中OB1模块中的程序，实现通过WINCC界面按钮来控制灯的亮灭。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 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 SIMATIC S7 Protocol Suite. chn ,单击打开。如图6.3所示。 图6.3 添加新的驱动程序 在SIMATIC S7 Protocol Suite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。如图6.4所示。图6.4 PROFIBUS-DP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，如图6.5所示。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。如图6.6所示。 图6.5 连接属性 图6.6 连接参数 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。如图6.7所示。 图6.7 系统参数 右击NewConnection 选择新建变量。如图6.8所示。图6.8 选择新建变量 在弹出的变量属性对话框中填写变量属性，如图6.9所示。 图6.9 变量属性单击地址右侧的选择，在地址属性对话框可填写变量地址。如图6.10所示。 图6.10 地址属性 建立好的变量如下图6.11所示 图6.11 建立好的变量 新建六个灯变量 一个开关变量。6.3.1 组态按钮 右击图形编辑器，选择新建画面，打开图形编辑器。可自定义名称。如图6.13所示。图6.13 图形编辑器 右侧选择窗口对象中的圆形按钮，如图6.14所示，并拖放至图中合适位置。 图6.14 对象对话框 双击或右键选择属性，在弹出的对象属性对话框中，单击事件在左侧选择鼠标，右侧选择按左键，右键点击动作下方的箭头，选择直接连接。如图6.15所示。图6.15 组态按钮 在弹出的之直接连接对话框，在左侧来源下选常数填1（说明当鼠标左键动作时变量置1），右侧目标下选择变量，点击黄色方框选择变量开关1。配置完成如图6.16所示。点击完成，可看到动作下箭头变蓝。重复上步骤双击或右键选择属性，在弹出的对象属性对话框中，单击事件在左侧选择鼠标，右侧选择按右键，右键点击动作下方的箭头，选择直接连接在弹出的之直接连接对话框，在左侧来源下选常数填0（说明当鼠标左键动作时变量置0），右侧目标下选择变量，点击黄色方框选择变量开关0。 组态一个灯，在对象下标准对象选择圆，拖放选择合适位置和大小。双击弹出对象属性，在属性下选择颜色，背景颜色，右击动作下的箭头选择动态变量。如图6.21所示。图6.21 灯的动态链接 在动态值范围对话框填写如下属性。单击应用。如图6.22所示。 图6.22 动态值范围重复组态6个灯 6.3.3 组态退出按钮 添加退出WinCC运行按钮。在对象下选择按钮，如图6.23所示。在弹出的按钮组态对话框文本填写名称为退出，选择字体颜色为宋体红色。 图6.23 对象对话框 图6.24 按钮组态 双击动态向导下的退出 WinCC 运行系统。在弹出的欢迎来到动态向导，点击下一步；选择触发器对话框选择鼠标左键，点击下一步；点击完成。 点击激活按钮，运行画面如图6.28所示。1. 在这个过程中，指导书上是用了两个按钮，而实际中我只用了一个按钮，但是在运行过程中发现按钮并不能控制灯亮，后来经过改进，加入了右键动作，使其常数为0，即右键点击一次，置零。每运行一次结束后，点击右键，然后再点击左键，又可以重新运行，这样就达到了效果。 2.2走廊灯的PLC控制及其实现一、设计目的 1、掌握STEP7软件的编程应用流程 2、掌握STEP7软件的程序基本调试方法。3、掌握WINCC软件的使用方法。二、实验设备1. THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置。2. 计算机及编程软件STEP7、WINCC。3. 万用电表一只。三、设计题目及要求如右图所示,选取现场总线控制柜中的32个绿色按钮和32个橙色指示灯为实验对象。灯和按钮信号连接到2个数字I/O模块SM323中，每个SM323模块包含16路DI和16路DO。SM331和分布式I/O模块ET200M直接相连，ET200M挂接到PROFIBUS-DP总线上，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2 DP（CPU315-2 DP为PROFIBUS-DP总线上的DP主站），从而实现现场离散I/O信号与CPU之间的信号传输。32个按钮按从上到下，从左到右的顺序，地址依次为I0.0I0.7、I1.0I1.7、I2.0I2.7、I3.0I3.7；32个指示灯按从上到下，从左到右的地址依次为Q0.0Q0.7、Q1.0Q1.7、Q2.0Q2.7、Q3.0Q3.7。 设计的基本目标是通过PROFIBUS-DP总线实现走廊灯的控制，即两个开关可以对一盏灯的亮灭进行控制。 具体要求为应用STEP 7软件进行系统硬件组态，并采用梯形图语言编程；应用WINCC组态软件对系统进行界面组态设计。（WINCC软件的使用说明参见附录二）四、设计内容与步骤1、分析PROFIBUS 离散I/O控制系统的工作原理和组成，确定硬件配置。2、确定软件控制策略，分配变量。3、依次接通控制系统各电源。3、启动STEP 7软件，新建项目。4、在STEP 7中完成硬件组态。过程和实验一相同5、在STEP 7中编写“走廊灯控制系统”的梯形图程序。6、下装硬件组态和程序到PLC控制器中。6、启动WINCC软件，新建项目。7、在WINCC软件中完成组态界面的设计及变量定义。此过程参考实验一即可8、功能测试及修改。3. PROFIBUS液位监控界面设计一、实验目的1、掌握PROFIBUS液位控制系统的结构组成。2、了解过程控制人机界面设计的主要内容和方法。3、掌握监控组态软件WinCC的基本组态方法。4、掌握使用WinCC的模拟器测试项目的基本方法。二、实验设备1. THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置。2. 计算机及监控组态软件WinCC。3. 万用电表一只。三、实验原理 实验要求选取液位控制工程为实验项目，通过分析实验装置组成，用WinCC软件建立监控界面，并用模拟器测试项目的运行状况。WinCC软件的使用说明参见附录二。实现的基本功能应包括过程画面显示、仪器仪表的名称或符号文本显示、液位测量值、设定值、以及输出参数指示。可选功能包括实时曲线、历史曲线、数据报表、报警设置等。四、实验内容与步骤1、系统分析，确定界面设计内容。2、启动WinCC软件，新建项目。3、添加通信驱动程序。4、建立WinCC内部变量。6、建立过程变量（外部变量）。7、建立并编辑过程画面。8、编辑过程画面中对象的属性。9、启动软件变量模拟器测试项目。五、实验报告内容要求1、实验的目的、内容及目标。2、实验原理及结构框图。3、变量定义表。4、设计画面及参数、属性设置。5、设计步骤。6、测试现象及问题分析。4. 交通灯控制系统设计一、设计目的1、掌握通过PROFIBUS-DP总线读取/控制开关量的原理与方法。2、掌握PROFUBUS开关量I/O系统的硬件配置方案。3、掌握STEP 7软件的编程应用流程。4、熟悉基本的PLC梯形图编程语言。 5、掌握WINCC软件的使用方法。二、实验设备1. THPCAT-2型现场总线控制系统实验装置（控制柜内部分）。2. 计算机及编程软件STEP 7、WINCC。3. 万用电表一只。三、设计题目及要求 如右图所示,选取现场总线控制柜中的32个绿色按钮和32个橙色指示灯为实验对象。灯和按钮信号连接到2个数字I/O模块SM323中，每个SM323模块包含16路DI和16路DO。SM331和分布式I/O模块ET200M直接相连，ET200M挂接到PROFIBUS-DP总线上，PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315-2 DP（CPU315-2 DP为PROFIBUS-DP总线上的DP主站），从而实现现场离散I/O信号与CPU之间的信号传输。32个按钮按从上到下，从左到右的顺序，地址依次为I0.0I0.7、I1.0I1.7、I2.0I2.7、I3.0I3.7；32个指示灯按从上到下，从左到右的地址依次为Q0.0Q0.7、Q1.0Q1.7、Q2.0Q2.7、Q3.0Q3.7。 设计的目标是通过PROFIBUS-DP总线实现用指示灯来模拟交通灯的运行，具体功能可自定义，比如红绿灯各亮几秒等。 本设计要求应用STEP 7软件，采用梯形图语言编程，WINCC软件设计交通灯界面图。四、设计内容与步骤1、分析PROFIBUS 离散I/O控制系统的工作原理和组成，确定硬件配置。2、确定软件控制策略，分配变量。3、依次接通控制系统各电源。3、启动STEP 7软件，新建项目。4、在STEP 7中完成硬件组态。5、在STEP 7中编写“交通控制系统”的梯形图程序。6、下装硬件组态和程序到PLC控制器中。7、WINCC软件编写界面，组态红绿灯，功能测试及修改。这个程序的思想和我第一实验的思想很想，也是用到了延时器和定时器，只是延时和定时的时间有所改变。附录一：编程软件STEP 7应用介绍控制系统的下位机编程软件采用SIEMENS公司的下位编程软件STEP 7。一、STEP 7简介STEP 7是用于SIMATIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表。它是SIEMENS SIMATIC工业软件的组成部分。STEP 7以其强大的功能和灵活的编程方式广泛应用于工业控制系统，总体说来，它有如下功能特性： 可通过选择SIMATIC工业软件中的软件产品进行扩展 为功能摸板和通信处理器赋参数值 强制和多处理器模式 全局数据通信 使用通信功能块的事件驱动数据传送 组态连接二、STEP 7的安装将STEP 7 CD放入PC机的CD-ROM驱动器，安装程序将自动启动，根据安装程序界面的提示即可安装完毕。如果安装程序没有自动启动，可在CD-ROM的以下路径中找到安装程序驱动器：/Step 7/Disk1/setup.exe.一旦安装完成并已重新启动计算机，“SIMATIC Manager(SIMATIC管理器)” 的图标将显示在Windows桌面上。三、STEP 7的硬件配置和程序结构 一般来说，要在STEP 7中完成一个完整自动控制项目的下位机程序设计，要经过设计自动化任务解决方案、生成项目、组态硬件，生成程序、传送程序到CPU并调试等步骤，其流程图如图1-3所示。图1-3 程序设计流程图从其流程图来看，设计自动化任务解决方案是首要的，它是根据实际项目的要求进行设计，本实验指导书对此不做过多地阐述。在生成项目和传送程序到CPU并调试步骤之间，有先组态硬件后生成程序和先生成程序后组态硬件两种方案可供选择，两种方案本质都是一样的，设计者可根据具体情况和自己的习惯来选择其中一种。下面，我们就选择第一种方案，从生成项目开始，逐步介绍如何完成一个自动化控制项目的下位机程序设计。（一）生成项目1双击桌面上的“SIMATIC Manager”图标，则会启动STEP 7管理器及STEP 7新项目创建向导如图1-4所示。图1-4 STEP 7新项目创建向导2按照向导界面提示，点击“NEXT”，选择好CPU型号，本示例选择的CPU型号为CPU315-2DP，设置CPU的MPI 地址为2，点击“NEXT”，在出现的界面中选择好你所熟悉的编程语言（有梯形图、编程指令、流程图等可供选择），点击“FINISH”，项目生成完毕，启动后STEP 7管理器界面如图1-5所示。图1-5 STEP 7管理器界面（二）组态硬件硬件组态的主要工作是把控制系统的硬件在STEP 7管理器中进行相应地配置，并在配置时对模块的参数进行设定。1鼠标左键单击STEP 7管理器左边窗口中的“SIMATIC 300 Station”项，则右边窗口中会出现“Hardware”和“CPU315-2DP(1)”两个图标，双击图标“Hardware”，打开硬件配置窗口如图1-6所示。图1-6 硬件配置窗口2整个硬件配置窗口分为四部分，左上方为为模块机架，左下方为机架上模块的详细内容，右上方是硬件列表，右下方是硬件列表中具体某个模块的功能说明和订货号。3要配置一个新模块，首先要确定模块放置在机架上的什么地方，再在硬件列表中找到相对应的模块，双击模块或者按住鼠标左键拖动模块到安放位置，放好后，会自动弹出模块属性对话框，设置好模块的地址和其他参数即可。4按照上面的步骤，逐一按照实际硬件排放顺序配置好所有的模块，编译通过后，保存所配置的硬件。5点击“开始设置控制面板”,鼠标左键双击控制面板中的“Set PG/PC Interface”图标，选择好你的PC机和CPU的通信接口部件后点击“OK”按钮退出。6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。7如果CPU的SF灯亮，则表明配置出错，点击硬件配置窗口标 ，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。（三）程序结构配置好硬件之后，回到STEP 7管理器界面窗口，鼠标左键单击窗口左边的“Block”选项，则右边窗口中会出现“OB1”图标，“OB1”是系统的主程序循环块，“OB1”里面可以写程序，也可以不写程序，根据需要确定。STEP 7中有很多功能各异的块，分别描述如下：1、组织块（Oganization Block,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。你可以通过在组织块里编程来控制CPU的动作。2、功能函数块（Function Block,简称FB）。功能函数块为STEP 7系统函数，每一个功能函数块完成一种特定的功能，你可以根据实际需要调用不同的功能函数块。3、函数（Function,简称FC）。函数是为了满足用户一种特定的功能需求而由用户自己编写的子程序，函数编写好之后，用户可对它进行调用。4、数据块（Data Block,简称DB）。数据块是用户为了对系统数据进行存储而开辟的数据存储区域。5、数据类型（Data Type,简称UDT）。它是用户用来对系统数据定义类型的功能模块。6、变量标签（Variable Table,简称VAT）。用户可以在变量标签中加入系统变量，并对这些变量加上用户易懂的注释，方便用户编写程序或进行变量监视。如果你要加入某种块，可在右边窗口（即出现“OB1”的窗口）空白处单击鼠标右键选择“Insert New Object”选项，在其下拉菜单中鼠标左键单击你所要的块即可。添加好了你所要的块之后就是程序编写了，鼠标左键双击你所要编写程序的块即可编写程序了（编写程序的指令和语法可参考SIEMENS A&D网站上的S7-300 CPU 31xc指令表一书）。程序写好并编译通过之后点击STEP 7管理器界面窗口中的图标，下载到CPU中，把CPU置于RUN状态即可运行程序。附录二：组态软件WINCC应用介绍控制系统的上位机监控软件采用SIEMENS公司的上位监控组态软件SIMATIC WINCC。一、WINCC 概述WINCC指的是Windows Control Center，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Windows NT 32位操作系统的，在Windows NT或Windows 2000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。WINCC软件是基于多语言设计的，这意味着可以在中文、德语、英语等众多语言之间进行选择。二、WINCC的安装把WINCC光盘放入PC机的光驱中，则系统会自动运行安装程序（如不能自动运行，则可打开光驱所在的盘，运行Setup可执行文件即可），按照安装界面所提示的步骤完成安装，重新启动系统，安装即告完毕。一旦安装了WINCC，在开始菜单的SimaticWiCC文件夹下就建立了几个与辅助程序的连接如图1-7所示。图1-7 WiCC文件夹下辅助程序的连接三、WINCC的通信连接和画面组态方法WINCC的通信连接是组态上位机监控界面的第一步。在WINCC的变量管理器里添加新的驱动程序之后，你就会看到WINCC有很多种通信连接方式，根据你的通信硬件配置选取正确的通信连接方式。WINCC比较常用的的通信方式有MPI、PROFIBUS和工业以态网，本系统在上位监控机和控制器之间采用工业以太网方式通信，在控制器和现场装置之间采用PROFIBUS方式通信。PROFIBUS（过程现场总线）和工业以太网都是一种用于单元级和现场级的子网。PROFIBUS用于在少数几个通信伙伴之间传送少量数据或中等数量的数据，通过DP（分散设备）协议，PROFIBUS可与智能型现场设备通信，这种通信类型具有快速、周期性传送数据的特点。工业以太网用于许多站之间长距离、大数据量的传送。下面详述在WINCC中建立和PLC通信连接所必须的组态步骤。1. 通信驱动程序WINCC中的通信通过使用各种通信驱动程序来完成，对于不同总线系统上不同PLC的连接，会有相应的通信驱动程序可用。将通信驱动程序添加到WINCC资源管理器内的变量管理器中。具体做法是鼠标右键单击变量管理器，从弹出式菜单中选择“添加新驱动程序”来完成该添加过程。该动作将在对话框内显示计算机上安装的所有通信驱动程序。通信驱动程序是具有.chn扩展名的文件，计算机上安装的通信驱动程序位于WINCC安装文件夹的BIN子文件夹内，每个通信驱动程序只能被添加到变量管理器中一次，添加通信驱动程序的界面如图1-8所示。图1-8 添加讯驱动程序界面将通信驱动程序添加到WINCC项目中之后，就会在WINCC资源管理器中列出在变量管理器下与内部变量相邻的子条目。2. 通道单元变量管理器中的通信驱动程序条目包含一些子条目，这就是通常所说的通信驱动程序的通道单元，每个通道单元构成一个确定的从属硬件驱动程序,PC通信模块的接口必须对通道单元寻址的通信模块进行定义。在系统参数对话框中定义通信模块。通过右键单击相应的通信连接条目，从弹出式菜单中选择“系统参数”来打开对话框，其操作如图1-9所示。图1-9 选择“系统参数”来打开对话框通常，在此处打开的对话框中指定通道单元使用的模块，少数情况下，可能需要指定附加的通信参数。3连接通道单元要读写PLC的过程值，必须建立与该PLC的连接。通过右键单击相应的通道单元条目，并从弹出式菜单中选择“新建驱动程序连接”来建立WINCC与PLC之间的连接。4WINCC变量要获得PLC中的某个数据，必须组态WINCC变量，相对于没有过程驱动程序连接的内部变量，我们称这些变量为外部变量。要创建新的WINCC变量，可通过右键单击相应的条目，从弹出式菜单中选择“新建变量”。在WINCC变量属性对话框中，可以定义不同的变量属性，其操作界面如图1-10所示。图1-10 新建变量在WINCC中建立了通信连接和WINCC变量之后，接下来重要的一步就是画面组态了。用鼠标左键单击WINCC变量管理器窗口中的“图形编辑器”条目，再在右边窗口空白处右键单击，选择“新建画面”条目，右边窗口就会出现新建的画面，鼠标左键双击，进入图形编辑器。图形编辑器具有如下特点： 带有工具和图形选项板的用户界面； 具有组态好的集成对象和图库； 开放的图形导入方式； 可动态提示画面组态； 通过脚本组态可链接附加的函数； 可以与创建的图形对象链接。在图形编辑器中组态好画面，并把画面中的对象和WINCC变量相连接，保存组态好的画面，进入WINCC资源管理器，点击即可进入运行环境。WINCC组态举例如下：1打开WINCC组态环境 点击菜单“开始”-“Simatic”-“WINCC”-“Windows Control Center 5.0”，打开的WINCC组态画面如图1-11（系统会默认打开上次编辑的工程）所示。图1-11 WINCC组态画面2新建一工程点击菜单“文件”-“新建”，打开如图1-12所示窗口。在打开的窗口中，选择“单用户项目”，点击确定按钮，打开图1-13所示窗口。在项目名称中输入“winccproject”。图1-12 创建新项目向导 图1-13 输入新项目名称 点击图1-13 界面的“创建”按钮打开如图1-14所示画面。图1-14 WINCC资源管理器界面3组态变量 选中变量管理器，单击鼠标右键，在弹出的对话框中选择“添加新的驱动程序”，在弹出的对话框中，选择“SIMATIC S7 Protocol Suite.CHN”项，单击“OPEN”按钮，打开如图1-15所示窗口。图1-15添加新的驱动程序在图1-15所示的窗口中，选中“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE”，图1-5右侧窗口改变成图1-16所示的窗口。图1-16 显示通道单元在图1-16所示的窗口中，选中“TCP/IP”项，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“新建驱动程序连接”项，打开如图1-17所示的窗口。图1-17 新建驱动程序连接在名称项中输入“S7”，点击图1-17 “OK”按钮。返回图1-16所示的窗口，双击“TCP/IP”项，打开如图1-18所示的窗口。图1-18 选择通道单元在1-18右侧的窗口中，双击“S7”项，图1-18右侧的窗口变为如图1-19所示。在图1-19窗口的右侧，单击鼠标右键，在弹出的菜单中，选择“新建变量”项，打开如图1-20所示的窗口。图1-19 新建变量在名称项中输出“PV1”，在数据类型中选择“浮点数32位IEEE754”，在地址一项中，单击“选择”按钮，弹出如图1-21所示的窗口。在DB号中输入“41”，在地址中选择“双字”，在DD项中输出“