恒压供水系统PLC控制系统的编程设计

1、沈阳理工大学学士学位论文 摘要恒压供水系统设计内容包含了硬件接线图的设计、可编程控制器S7-300 的程序编写和 WinCC 与 S7-300的通讯等。S7-300 程序完成了模拟量处理等功能，即把传感器输入的4-20mA 的模拟信号转换成 0-27648，再根据量程转换到实际工程中水位的实际量程值，系统实现了水箱水位的高低来控制水箱进水阀的开关以及水泵开关状态的控制。系统还实现了两个水泵定时交替运行，运行时间可以更改。WinCC 编辑完成了系统流程图，报警图的绘画，变量实时曲线的记录以及报表记录功能。在画面中可以实现电机的启动，而且当启动时电机会有闪烁效果；还可以更改系统内部参数，比如电压量

2、程，电流量程，水位量程等。水箱水位，管道压力，泵电压，泵电流等关键值会显示在工艺流程画面中；水位增加时，画面能直接显示水位的变动。以上这些功能使操作人员能更加直观的观察到系统的工作状态，便于操作管理。关键词 ： 恒压供水；可编程控制器；WINCC； S7_300AbstractThis design is targeted by PLC on constant pressure water supply system design, design content includes the wiring diagram of the hardware modifications, S7-300

3、programming, WinCC and S7-300 communication.S7-300 program completed the analog processing and other functions, namely the sensor input4-20mA analog signal is converted into0-27648, then according to the range conversion to the actual project level actual range values, system realizes the water tank

4、 water level control of water tank inlet valve switch and a water pump switch state control. The system also achieved a two pump timing alternating operation, operation time can change.WinCC editing completed the system flow chart, alarm figure painting, variable real-time curve record and report fu

5、nction. In the picture can achieve the motor starting, and when activated motor will have a flashing effect; can also change the system internal parameters, such as voltage range, the range of current water level range, etc. The water level of the water tank, pipeline pressure, pump pump voltage, cu

6、rrent and other key values are shown in the process of the picture; water levels increase, the picture can directly display the water level change. These functions enable the operator to more intuitive to observe the working state of a system, convenient for operation and management.Keywords: consta

7、nt pressure water supply; Programmable controller; WINCC; S7_300目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 绪论 1课题研究的背景及意义1国内外研究现状及发展趋势1可编程控制器的优点 3恒压供水系统 4恒压供水系统介绍 4系统的优点 4恒压供水使用的领域 5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 系统开发工具 6AutoCAD 软件简介6STEP7编程软件的介绍7WinCC软件的介绍 9简介 9性能特点 10 HYP

8、ERLINK l bookmark10 o Current Document 恒压供水系统PLC 控制系统的编程设计12硬件配置 12系统主电路图和控制电路图 12S7-300 CPU314简介 14PLC 机型的选择14恒压供水系统的PLC硬件组态14恒压供水系统的PLC程序编译16恒压供水系统的PLC符号表编辑16蒸汽锅炉自动控制PLC 程序的编译17 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 恒压供水系统PLC 控制系统的WinCC 程序设计22建立项目22启动 WinCC 22建立一个新项目22组态项目23组态系统23创建过程画面28指定 Wi

9、nCC 运行系统的属性32过程值归档33过程值归档简介 33组态过程值归档 35实时曲线 38实时报表 41报警界面的设计45 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document WinCC 与 S7-300之间的通讯 50WinCC 与 PLC 之间的通讯结构 50建立 WinCC 与 PLC 通讯的步骤51WinCC 与 S7-300通讯的实现 51WinCC与S7-300通讯协议的选择 51变量的编辑 51WinCC与S7-300的变量连接 53 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 结论 55 HYPERLI

10、NK l bookmark18 o Current Document 致谢 56参考文献错. 误！未定义书签。附录A 英文原文58附录B 汉语翻译66沈阳理工大学学士学位论文 1 绪论课题研究的背景及意义我国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，工业自动化程度低。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象; 而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时会造成能量的浪费，同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。传统调节供水压力的方式，多采用频繁启/ 停电机控制和水塔二次供水调节的方式，前者产生大量

11、能耗的，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命 ; 后者则需要大量的占地与投资。且由于是二次供水，不能保证供水质的安全与可靠性。 而恒压供水系统的运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。而且恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、

12、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。国内外研究现状及发展趋势恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台

13、变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本SAMC公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”， “变频泵循环方式”两种模式。它将 PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和 PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机( 泵 ) 的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，

14、但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统( 如BA系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器( PLC)及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。艾默生电气公司和成都希望集团( 森兰变频器) 也推出恒压供水专用变频器( 5.5kW-22kW)，无需

15、外接PLC和 PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。变频供水系统目前正在向集成化、维护操作简单化方向发展,在国内外，专门针对供水的变频器集成化越来越高，很多专用供水变频器集成了PLC 或 PID，甚至将压力传感器也融入变频组件。同时维护操作也越来越简明显偏高，维护成本也高于国内产品。目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC

16、或 PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性 (EMC)，的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践1。可编程控制器的优点PLC 用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。1、功能更强大：除了能做普通逻辑处理外，还具有浮点运算、定时、计数

17、、模拟量控制等功能。现在市场上一些功能强大的PLC 已经能完成除以上常规外，还能做复杂运算，比如多维数据运算，矩阵相乘，向量运算等；2、响应时间更短：继电器控制是通过触点与触点间的机械动作来完成逻辑控制，而 PLC 集成电子逻辑，响应速度和控制精度是传统继电器无法比拟的；3、故障点更少：继电器控制通过机械式接触会因为触头的损坏或者老化等原因，寿命普遍抗不过PLC， PLC 早已是工业界公认的无故障控制器；4、通讯功能更强大：现在的工业环境，早已不是单纯的单机控制，或者一条生产线的控制，而多涉及多机群控，和大型的流程自动化控制，这对于控制器本身的通讯要求极高，继电器根本不可能做的到，而如今的PL

18、C 不仅能完成与现场工作仪表、电气传动等执行层的通讯，也能PLC 于 PLC 之间通讯，更能做到PLC 与上位计算机，中央控制室的以太网通讯，组成一个庞大而复杂的控制网络2；5、控制对象更多：如今不管是单机设备，还是工厂控制，远不是简单的逻辑执行就能完成，比如许多设备实际上除了单纯的数字量输入输出外、还有更多4-20ma/0-10V模拟量输入输出的处理，其下位执行层更有变频、伺服系统等传动、甚至还有液压系统等等， 而这些， 客户当然希望只需要一个控制器来完成，即 “通用的控制”概念， 那么 PLC就能做到。不过值得一提的是：针对液压控制，现主流方式还是用专用的液压控制器来完成，比如力士乐、阿托

19、斯等，但在新兴的PLC 市场上，已有好几个品牌的PLC 能完成这个功能；6、维护更方便：如果用继电器组成一个较复杂的控制网络的话，一旦出现系统故障，将只能逐个排除故障，而PLC 故障的话，一般能自动诊断到故障点产生报警，系统内能方便快捷的查看故障地方，故障原因等。恒压供水系统恒压供水系统介绍供水系统是国民生产生活中不可缺少的重要一环。传统供水方式占地面积大，水质易污染，基建投资多，而最主要的缺点是水压不能保持恒定，导致部分设备不能正常工作。变频调速技术是一种新型成熟的交流电机无极调速技术，它以其独特优良的控制性能被广泛应用于速度控制领域，特别是供水行业中。由于安全生产和供水质量的特殊需要，对恒

20、压供水压力有着严格的要求，因而变频调速技术得到了更加深入的应用。恒压供水方式技术先进、水压恒定、操作方便、运行可靠、节约电能、自动化程度高，在泵站供水中可完成以下功能：1、维持水压恒定2、控制系统可手动/自动运行3、多台泵自动切换运行4、系统睡眠与唤醒，当外界停止用水时，系统处于睡眠状态，直至有用水需求时自动唤醒5、在线调整PID 参数6、泵组及线路保护检测报警，信号显示等将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水。系统的优点变频恒压供水系统同其它供水方式

21、相比较，除了具有显著的节能效果外，还有以下显而易见的优势：1、恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。2、由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。3、水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击， 对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。彻底消除水锤现象。4、实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力 3。恒压

22、供水使用的领域1、自来水供水、生活小区及消防供水系统，亦可用于热水供应、恒压喷淋等系统。2、工业企业生活、生产供水系统及工厂其它需恒压控制领域（如空压机系统的恒压供气、恒压供风）。各种场合的恒压、变压控制，冷却水和循环供水系统。3、污水泵站、污水处理及污水提升系统。4、农业排灌、园林喷淋、水景和音乐喷泉系统。5、宾馆、大型公共建筑供水及消防系统。2 系统开发工具AutoCAD 软件简介AutoCAD 是由美国Autodesk欧特克公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完善，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD 具有良好的用户界面，通过交互

23、菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率3。AutoCAD 具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320 200 到 20481024的各种图形显示设备40多种，以及数字仪和鼠标器30 多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD 的普及创造了条件。AutoCAD 软件的特点AutoCAD 软件具有如下特点：具有完善的图形绘制功能。有强大的图形编辑功能。可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。可以进行多种图形格式的转换，

24、具有较强的数据交换能力。支持多种硬件设备。支持多种操作平台。具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从AutoCAD2000 开始，该系统又增添了许多强大的功能，如 AutoCAD 设计中心 ( ADC) 、 多文档设计环境( MDE) 、 Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD 系统更加完善4。AutoCAD 软件的基本功能平面绘图：能以多种方式创建直线、圆、椭圆、多边形、样条曲线等基本图形对象。CAD 基本功能：绘图辅助工具。AutoCAD 提供了正交、对象捕捉、极轴追踪、捕捉追踪等绘图辅助工具。正交功能使用户可以很方便地绘

25、制水平、竖直直线，对象捕捉可帮助拾取几何对象上的特殊点，而追踪功能使画斜线及沿不同方向定位点变得更加容编辑图形：AutoCAD 具有强大的编辑功能，可以移动、复制、旋转、阵列、拉伸、延长、修剪、缩放对象等。1)标注尺寸。可以创建多种类型尺寸，标注外观可以自行设定。2)书写文字。能轻易在图形的任何位置、沿任何方向书写文字，可设定文字字体、倾斜角度及宽度缩放比例等属性。3)图层管理功能。图形对象都位于某一图层上，可设定图层颜色、线型、线宽等特性。三维绘图：可创建3D 实体及表面模型，能对实体本身进行编辑。1)网络功能。可将图形在网络上发布，或是通过网络访问AutoCAD 资源。2)数据交换。Aut

26、oCAD 提供了多种图形图像数据交换格式及相应命令。AutoCAD 软件的应用领域(1)工程制图：建筑工程、装饰设计、环境艺术设计、水电工程、土木施工等等。(2)工业制图：精密零件、模具、设备等。(3)服装加工：服装制版。(4)电子工业：印刷电路板设计。广泛应用于土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、服装鞋帽、航空航天、轻工化工等诸多领域。本次课题的硬件设计图纸就是用AutoCAD 软件制作的，应了解并掌握AutoCAD 相关技术，理解并能设计修改西门子S7-200 PLC模块接线图及相关工程图纸。STEP7 编程软件的介绍在 STEP75.4中，一个自动化应用方案的所有

27、数据是以项目(project)的形式来组织和管理的。一个项目包含了以下三类数据5：1、硬件结构的组态数据及模块参数2、通讯网络的组态数据3、可编程模块的程序上述数据以对象的形式存储，STEP7 采用目录式的层次结构管理项目中的所有对象。对象从上到下有如下的三个层次。第一层：项目。第二层：通讯子网，PLC 站或者 S7 程序。第三层：第而层下面的具体对象，视第二层而定。使用 STEP7的基本步骤：第一步：要根据要求设计一个自动化解决方案；第二步：在STEP7中创建一个项目（project） ；第三步：在项目中，可以选择先组态硬件在编写程序（1） ，或者先编写程序再组态2） ；第四步：硬件组态和程

28、序设计完成后，通过编程电缆将组态信息和程序下载到硬件第五步：进行在线调试并最终完成整个自动化项目。在大多数情况下，建议先组态再编写程序，尤其是对于I/O 点数比较多，结构复杂PLC 站的项目）来说，应该先组态硬件再编写程序。这样做有以1、 STEP7 在硬件组态窗口中会显示所有的硬件地址，硬件组态确定后，用户编写2、一个项目中包含多个PLC 站点的时候，合理的做法是在每个站点下编写各自的STEP7 V5.4的编程环境如图3.1 所示：3.1 STEP7 V5.4 的编程环境1、菜单栏FILE 可完成如新建，打开，关闭，保存，打印，删除等操作。EDIT INSERT 可以剪切，复制，粘贴，全选，

29、打开硬件组态，插入模块，等操作。PLC 可以查看CPU 信息，进行程序下载将程序保存到记忆卡等操作。VIEW 可以进行视图的查看与编辑。2、工具栏可以对模块进行编程，下载程序，模拟仿真等操作2.3 WinCC 软件的介绍简介西门子视窗控制中心SIMATIC WinCC( Windows Control Center)是HMI/SCADA软件中的后起之 秀 .1996 年 进人 世 界 工控组 态 软件市 场。当年就被美国 ControlEngineering 杂志评为最佳HMI 软件，以最短的时问发展成第三个在世界范围内成功的SCADA 系统;而在欧洲，它无可争议地成为第一。在设计思想上，SI

30、MATIC WinCC 秉承西门子公司博大精深的企业文化理念，性能最全面、 技术最先进、系统最开放的HMI/SCADA 软件是 WinCC 开发者的追求。WinCC是按世界范围内使用的系统进行设计的，因此从一开始就适合于世界上各主要制造商生产的控制系统，如 A 一 B , Modincon GE 等， 并且通讯驱动程序的种类还在不断地增加。通过OPC的方式，WinCC 还可以与更多的第三方控制器进行通讯。WinCC V6.0 采用标准Microsoft SQL Server 2000( WinCC V6.0以前版本采用Sybase)数据库进行生产数据的归档，同时其有Web 浏览器功能，可使经理

31、、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面，从而更好地调度指挥生产，是工业企业中MES 和 ERP 系统首选的生产实时数据平台软件。作为 SIMATIC 全集成自动化系统的重要组成部分，WinCC 确保与 SIMATIC S5，S7和 505系列的 PLC 连接的方便和通讯的高效；WinCC 与 STEP7编程软件的紧密结合缩短了项目开发的周期。此外，WinCC 还有对 SIMATIC PLC 进行系统诊断的选项，给硬件维护提供了方便6。性能特点WinCC 具有以下性能特点:、创新软件技术的使用。WinCC 是基于最新发展的软件技术。西门子公司与Microsoft 公司的密切合作保证了用户获得不断

32、创新的技术。、 包括所有SCADA 功能在内的客户机/服务器系统。即使最基本的WinCC 系统仍能够提供生成复杂可视化任务的组件和函数，生成画面、脚本、报警、趋势和报表的编辑器由最基本的WinCC 系统组件建立。、可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务。WinCC 一个模块化的自动化组件，既可以灵活地进行扩展，从简单的工程到复杂的多用户应用，又可以应用到工业和机械 制造工艺的多服务器分布式系统中。众多的选件和附加件扩展了基本功能。已开发的、应用范围广泛的、不同的 WinCC选件和附加件，均基于开放式编程接口，覆盖了不同工业分支的需求，使用 Microsoft SQL Server 2000作为其

33、组态数据和归档数据的存储数据库，可以使用ODBC， DAO， OLE-DB， WinCC OLE-DB 和 ADO 方便地访问归档数据。强大的标准接口（如 OLE， ActiveX 和 OPC） 。 WinCC 提供了OLE， DDE， ActiveX，OPC 服务器和客户机等接口或控件，可以很方便地与其他应用程序交换数据。使用方便的脚本语言。WinCC 可编写 ANSI-C 和 visual Basic脚本程序。开放API 编程接口可以访问WinCC 的模块。所有的WinCC 模块都有一个开放的 C 编程接口 （C-API）。这意味着可以在用户程序中集成WinCC 的部分功能。具有向导的简易

34、（在线）组态。WinCC 提供了大量的向导来简化组态工作。在调试阶段还可进行在线修改。10、 可选择语言的组态软件和在线语言切换。WinCC 软件是基于多语言设计的。这意味着可以在英语、德语、法语以及其他众多的亚洲语言之间进行选择，也可以在系统 运行时选择所需要的语言。11、 提供所有主要PLC 系统的通讯通道。作为标准，WinCC 支持所有连接SIMATICS5/S7/505控制器的通讯通道，还包括 PROFIBUS DP, DDE 和 OPC等非特定控制器的通讯通道。此外，更广泛的通讯通道可以由选件和附加件提供。12、与基于PC的控制器SIMATIC WinAC 紧密接口，软/插槽式PLC

35、和操作、监控系统在一台PC机上相结合无疑是一个面向未来的概念。在此前提下，WinCC和 WinAC实现了西门子公司基于PC的、强大的自动化解决方案。13、全集成自动化TIA(Totally Integrated Automation) 的部件。TIA 集成了西门子公司的各种产品包括WinCC。 WinCC 是工程控制的窗口，是T1A 的中心部件。TIA 意味着在组态、编程、数据存储和通讯等方面的一致性。14、 SIMATIC PCS7 过程控制系统中的SCADA 部件，如SIMATIC PC57 是 TIA 中的过程控制系统；PCS7是结合了基于控制器的制造业自动化优点和基于PC的过程工业自动

36、化优点的过程处理系统(PGS)。基于控制器的PCS7 对过程可视化使用标准的S1MATIC 部件。 WinCC 作为 PCS7的操作员站。15、符合FDA 21 CFR Part 11的要求。16、集成到MES 和 ERP 中。标准接口使SIYIATIC WinCC 成为在全公司范围IT环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程，将范围扩展到工厂监控级，为公司管理 MES(制造执行系统)和ERP(企业资源管理)提供管理数据7。3.1 硬件配置3.1.1 系统主电路图和控制电路图3 恒压供水系统PLC 控制系统的编程设计S7-300 CPU 314简介CPU314 一个机架上最多只能再安装八个信

37、号模块或功能模块，最多可以扩展为四个机架。中央处理单元总是在0 机架的 2 号槽位上，1 号槽安装电源模块，3 号槽总是安装通信模块，槽号 4 至 11， 可自由分配信号模块、功能块8。 本课设选用的型号为6ES7314-1AG13-0AB0。如图3.4所示。3.4 CPU 机架图中央处理单元CPU 的主要特性，包括存储器容量、指令执行时间、最大I/O 点数、各类编程元件（位存储器、计数器、定时器、可调用块）数量等。PLC 机型的选择对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，则一般选用抵挡的PLC，如西门子S7-200系列。对于开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目，则可选用带A/D

38、转换的模拟量输入模块和带D/A 转换的模拟量输出模块，具有加减乘除运算，数据传送功能的抵挡PLC，如西门子S7-300或 S7-400。本课题的模拟量输入为8 个，模拟量输出为4 个，数字量输入为8 个，数字量输出为 8 个。编程设计到复杂的控制方法，并且需要仿真，所以选用的是S7-300系列PLC。恒压供水系统的PLC 硬件组态在 STEP7中创建一个项目并命名为“fang”，在该项目中插入一个SIMATIC 300 站，然后进行硬件组态。组态步骤为：放置机架在 1#插槽中放置5A 电源模块在 2#插槽中放置CPU314模块3#插槽放与另一个机架的通讯模块，但是本课题不放任何模块在4#插槽中

39、放置1 个AI 模块在5#插槽中放置1 个AO模块在 6#插槽中各放置1 个 DI 模块在7#插槽中放置1 个DO模块组态好的硬件如图3.5所示。3.5 硬件组态窗口修改好地址后，单击输入，根据AI 接线图修改测量型号和测量范围。此项必须修改并且必须与接线图一致。如图3.6所示。3.6 双击 AI 修改输入属性3.2 恒压供水系统的PLC 程序编译恒压供水系统的PLC 符号表编辑符号表的编译是为了在编程中更容易的识别地址，符号表有以下几项符号、地址、数据类型、注释。在符号选项里可以编辑成自己识别方便的英文或中文。在地址栏里要写明地址，在数据类型中要写明相应的数据类型如BOOL,INT 等， 在

40、注释可写其他注释。符号表中需要把AI,AO,DI,DO 接线图中的所有变量都写入，其他符号在程序编译完成后会自动生成如FC,DB,OB 等 9。AI 模块在符号表中的编辑，此处应该注意的是地址栏中的地址类型以图3.3中的输入地址为起始，结束地址为终止。如AI 模块第 0个输入在符号表中应写成PIW 256。AO， DI,DO 模块在符号表中的变异都与AI 是一样的，AO 在地址栏应写成PQW 304这种形。编辑好的符号表如图3.7所示。3.7 编译完成的符号表3.2.2 蒸汽锅炉自动控制PLC程序的编译此次系统程序设计应用梯形图语言编程。系统程序主要包括：OB1 主程序FC1 数字量处理FC3

41、 关阀FC5 关泵DB1 Wincc 数据给定DB3 模拟量数据DB5 状态数据在 STEP7中 OB35被定义为程序循环组织块，OB35主程序FC2 开泵FC4 开阀FC6 倒泵DB2 PC 数据给定DB4 量程数据S7 CPU的操作系统定期执行OB35。执行 OB35后，操作系统将再次启动它。完成启动后，将启动OB1 的循环执行。可在OB35中调用其它功能块（FB、 SFB）或功能（FC、 SFC）。在本次设计中OB35定义为恒压供水系统主程序，其功能主要实现系统在运行时的控制流程，OB1 中调用各FC实现特定功能。FC类似计算机高级语言中的函数，用指令编辑程序实现其功能。限于篇幅的限制，

42、下面将介绍 OB1、 OB35、 FC21、 DB10中部分程序段101、主程序的设计3.8 程序段 1此为主程序OB35的程序段1，在这个程序段中调用功能FC1，实现对水位的限幅和量程转换功能。其中水位时从DB3数据块中读取的，水位量程是从DB4读取的，这样可以方便从上位机WinCC来更改它们数值的大小，此后的程序段2,3,4,6分别实现对管道压力、泵电压、1#泵电流、2#泵电流进行同样的处理。3.9 程序段 8图 3.10 程序段 10上面两段程序设计的是一个加法器和一个减法器来模拟水位的增加和减少。当I8.0导通时水位增加，同时调用FC3 功能块进行上水位限值；当I8.1 导通时，水位减

43、少，同时调用FC4 功能块进行下水位限值。这个程序段直接调用FC6 功能块，实现倒泵功11能。3.11 程序段 122、被调用的功能块设计图 3.12 关阀程序这个是高水位限值功能，也就是当水位过高的时候可以实现进水阀的自动关闭，防止因为水位过高造成蓄水池的水溢出。在程序段1 中先拿量程乘以90%得出一个整数赋值给变量temp1；在程序段2用实际水位和变量temp1 比较，如果水位大于temp1 时把Q12.4置位， Q12.3复位，也就是把阀关闭。图 3.13 开泵程序这个实现的功能是水位脱离低水位时重新开启泵，也就是当水位上升到一定值的时候可以实现泵的自动打开，继续进行恒压供水。在程序段1

44、 中先拿量程乘以15%得出一个整数赋值给变量temp1； 在程序段2用实际水位和变量temp1比较， 如果水位大于temp1时把 M0.0 复位，也就是把泵打开。4 恒压供水系统PLC 控制系统的WinCC 程序设计建立项目启动 WinCC启动WinCC，单击“开始”SIMATIC WinCC WinCC V6.2 SP2 ASIA 菜单项，所示。启动 WinCC4.1.2 建立一个新项目 TOC o 1-5 h z 第一次运行WinCC 时，出现一个对话框，选择建立新项目的类型包括以下有3 种 :单用户项目；多用户项目；客户机项目。如果希望编辑和修改已有项目，可选择“打开己存在的项目”。建立

45、 ttt 项目的步骤如下:选择“单用户项目”，并单击“确定”按钮。在“新项目”对话框中输人 ttt 作为项目名，并为项目选择一个项目路径。如有必本次关闭WinCC 前所打开的项目，在下一次启动WinCC 时也将自动激活打开。如WinCC 前项目是激活的，则下一次启动WinCC 时也将自动激活所打开的项12。打开 WinCC 资源管理器如图4.2所示。 实际窗口内容根据配置情况有细微差别。窗WinCC 组件。有子文件夹的组件在其前面标。单击此符号可显示此组件下的子文件夹。窗口右边显示左边组件或文件WinCC 资源管理器在导航窗口中单击“计算机”图标，在右边窗口中将显示与用户的计算机名一样的“”W

46、inCC 运行时的属性，如设置WinCC 运行时的属性，如设置WinCC 运行4.2 组态项目组态系统1、添加逻辑连接若要使用WinCC 来访问自动化系统PLC 的当前过程值，则在WinCC 与自动化系WinCCSIMATIC S5/S7/505 的专用通道以及与制造商无关的通道，例如PROFIBUS-DP 和 OPC13。添加一个通讯驱动程序，右击浏览窗口中的“变量管理”，菜单项如图4.3所示 。添加一个通讯驱动程序在“添加新的驱动程序”对话框中，选择一个驱动程序，例如选择 SIMATIC S7PROTOCOL Suite.chn，并单击“打开”按钮，所选择的驱动程序将显示在变量管理的子单击

47、所显示的驱动程序前面的“+”，将显示当前驱动程序所有可用的通道单元。通右击 MPI 通道单元，在快捷菜单中选择“新驱动程序的连接”菜单项。在随后打开所示的 “连接属性”对活框中输人PLC 作为逻辑连接名，单击 “确定” 按扭。4.4 建立一个逻辑连接2、建立内部变量如果 WinCC 资源管理器“变量管理”节点还没有展开，可双击“变最管理”子目录。右击“内部变量”图标，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单项 .如图 4.5所示。在“变量属性”对话框中，将变量命名为Tanks。在数据类型列表框中，选择数据类型为“浮点数 32 位”。单击“确定”按钮。确认输入，如图 4.6所示。所建立的所有变量显示在W

48、inCC 项目管理器的右边窗口中。如需要刨建其他的内部变量，可重复上述操作，还可对变量进行复制、剪切、粘贴等操作，快速建立多个变量14。建立内部变量4.6 内部变量的属性3、建立过程变量在建立过程变量前，必须先安装一个通讯驱动程序和建立一个逻辑连接。在前面已建立了一个命名为PLC 的逻辑连接。单击“变量管理”SIMATIC S7 PROTOCOL SUITEMPI 前面的“+”，展开各自节点，右击出现的节点PLC，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单项，如图4.7所示。4.7 建立一个过程变量在“变量属性”对话框中给变量命名，并选择数据类型。WinCC 中的数据类型有别于 PLC 中使用的数据类型

49、，如有需要可在“改变格式”列表框中选择格式转换。必须给过程变量分配一个在PLC 中对应地址，地址类型和通讯对象相关。单击地址域旁边的“选择按钮，打开“地址属性”对话框，如图 4.8所示。在过程变量的 “地址属性”对话框中，选择数据列表框中过程变量对应的存储区域。地址列表框和编辑框用于选择详细地址信息。单击“确定”按钮，关闭“地址属性”对话框。单击 确定 按钮，关闭“变量属性”对话框。4.8 过程变量的属性对话框4.2.2 创建过程画面1、建立过程画面在组态期间，图形系统用于创建在运行系统中显示过程的画面。图形编辑器是图形系统的组态软件，用于创建过程画面的编辑器。右击 WinCC 资源管理器的图

50、形编辑器，从快捷菜单中选择“新建画面”菜单项，将创建一个名为NeuPdl0.pdl 的画面，并显示在WinCC 资源管理器的右边窗口中。右击此文件，从快捷菜单中选择“重命名画面”菜单项，在随后打开的对话框中输入恒压供水 .pdl。重复上述步骤创建四个画面，分别命名为实时报警、实时报表、实时曲线、内部参数。双击画面名称恒压供水.pdl，打开图形编辑器编辑画面。2、编辑画面首先把图4.9导入到 WinCC 图形界面编辑器中的恒压供水.pdl 中。图 4.9 恒压供水工艺流程在水箱上覆盖一个棒图，具体操作：打开图形编辑器右方的对象选项板，从中选择sw，更新中选着有变化时，如图4.10 所示，点击确定

51、。在其属性对话框里选择对象所示。添加一个“输入/输出域”对象：将在画面蓄水池的上部增加另一个对象“输人/输出域”，此对象不但可以显示变量在对象选项板上，选择“智能对象”“输入/输出域”。将“输入/输出域”放置在绘图区中，并拖动到要求的大小后释放，出现I/O 域组态所示。单击图标，打开变量选择时话框，选择变量sw。单击更新周期组合框右边的箭头。选择“有变化时”作为更新周期。单击“确定”按钮。退出对话框。在恒压供水中一共要建立6 个输入/输出域，但是根据要求分别要设定不同的属性，4.13所示。4.10 棒图组态4.11 棒图的对象属性4.12 I/O 域组态4.13 输入 /输出域属性4.2.3

52、指定 WinCC 运行系统的属性单击 WinCC 项目管理器浏览窗口上的电脑图标。在右边窗口中，右击以计算机服务器。从快捷菜单中选择 “属性” 菜单项， 打开 “计”“”15。如图 4.14所示。单击窗口右边的“浏览”按钮，选择恒压供水 .pdl 作为系统运行时选着“标题”、 “最大化”和“最小化”作为窗口的属性。单击“确定”按钮，关闭4.14 设置工程运行时的属性4.3 过程值归档过程值归档简介过程值归档的目的是采集、处理和归档工业现场的过程数据。以这种方法获得水位过程数据可用于获取与设备的操作状态有关的管理和技术标准。在运行系统中，采集并处理将被归档的过程值，然后将其存储在归档数据库中。在

53、运行系统中，可以以表格或趋势的形式输出当前过程值或已归档过程值，也可将所归档的过程值作为记录打印输出。WinCC 使用 “变量记录”组件来组态过程值的归档，可选择组态过程值归档和压缩归档，定义采集和归档周期，并选择想要归档的过程值。在图形编辑器中，WinCC 提供了 WinCC Online Table Control 和 WinCC Online TrendControl 这两个 ActiveX 控件，以便能在运行系统中以不同的方式显示过程数据10。1、启动和停止事件可用事件来启动和停止过程值归档。触发事件的条件可链接到变量和脚本。在WinCC 中，下列事件之间有所区别。二进制事件响应布尔型

54、过程变量的改变。例如，当打开电机时才启动电机速度的过程值归档。限制值事件对低于或高于限制的数值或达到限制值做出反应。限制值改变可以是绝对的，也可以是相对的。例如，可以再温度波动大于2%的情况下触发归档。时间控制的归档以某一个预先设定的时间间隔控制的归档。2、归档变量的采集类型在一个归档中，可以定义要归档变量的不同采集类型。非周期变量的采集周期不固定，可定义一个返回值为布尔类型的函数，当它的返回值变化时进行采集；也可是一个布尔(二进制)的变量，当它的值变化时进行采集。连续周期启动运行系统时，开始周期的过程值归档。过程值以恒定的时间周期采集，并存储在归档数据库中。终止运行系统时，周期性的过程值归档

55、结束。可选择周期发生启动事件时，在运行系统中开始周期地选择过程值归档。启动后，过程值以恒定时间周期采集，并存储在归档数据库中。停止事件发生或运行系统终止时，周期性的过程值归档结束。停止时间发生时，最近采集的过程值也被归档。一旦改变如果过程变量有变化就进行采集，归档与否由所设定的时间周期决定。3、进行归档的数据对一个过程变量进行归档，并不一定是实际值进行归档。由于采集周期和归档周期可以不同，且归档周期是采集周期的整数倍，因此数个过程值才产生一个归档值。可以对这数个过程值进行某种运算后再进行归档。可选择的运算有求和、最大值、最小值和平均值，还可以选择自定义函数16。4、组态归档在归档的组态中，可选

56、择两种类型的归档。过程值归档存储归档变量中的过程值。在组态过程值归档时，选择要归档的过程变量和存储位置压缩归档压缩来自过程值归档的归档变量。在组态压缩归档时，选择计算方法和压缩时间周期。5、快速归档和慢速归档将归档周期小于等于1min 的变量记录称为快速归档(压缩的方式)。 将归档周期大于 1min 的变量记录称为慢速归档(非压缩的方式)。在 WinCC V6 .0 SP2 中，用户可以自由选择归档模式(压缩/非压缩) ，而不必考虑归档周期。6、归档备份在快速和慢速归档中都可以设定归档是否备份，以及归档备份的目标路径和备选目标路径。4.3.2 组态过程值归档第一步：创建归档。在“变量记录”编辑

57、器中，使用归档向导来创建归档，并选择要归档的变量。 TOC o 1-5 h z 右击“变量记录”编辑器的浏览窗口中的“归档向导”。从快捷菜单中选择“归档向导”菜单项。在随后打开的第一个对话框中单击“下一步”。在 “创建归档： 步骤 1” 对话框中输入shuiweiyali 作为归档的名称，如图 4.15所示。选择“归档类型”中的“过程值归档”单选项。4.15 创建归档对话框单击“下一步”。在“创建归档：步骤2”对话框中单击“选择按钮，如图4.16所示。从打开“变量选择”对话框中选择变量.sw。单击“确定”按钮，关闭此对话框。单击“完成”按钮。在归档系统中生成一个名为shuiweiyali 的归

58、档。此归档只包含对一个变量sw的归4.16 添加要归档的变量第二步：在已组态的归档中添加另一个变量。通过第一步在归档系统中生成一个名为shuiweiyali 的归档。 此归档只包含对一个变量 sw进行归档。在这一步中再添加另一个变量。在浏览窗口中选择“归档”，右边的数据窗口中显示所有已创建的归档名称。右击刚刚创建的归档shuiweiyali。从快捷菜单中选择“新建变量”菜单项。在“变量选择”对话框中选择guanyali。单击“确定”按钮。第三步：归档设置。通过归档向导生成的归档和归档变量窗口中，右击要更改设置的变量，如sw。从快捷菜单中选择“属性”菜单项，如图 4.17所示。在随后打开的“过程

59、变量属性”对话框的“周期”框中，选择采集周期为500ms，如图 4.18所示。单击“确定”按钮，关闭“过程变量属性”对话框。4.17 更改归档变量的设置4.18 修改过程变量的采集周期和归档周期实时曲线WinCC 的图形系统提供两个ActiveX 控件用于显示过程值归档：一个以表格的形式显示已归档的过程变量的历史值和当前值；另一个以趋势的形式显示。第一步：创建趋势图。在 WinCC 项目管理器中建立一个名为实时曲线.pdl 的图形文件，并用图形编辑器打开此图形文件。在“对象选项板”上选择“控件”选项卡，然后选择 WinCC Online Trend Control 控件。将鼠标指针指向绘图区中

60、放置此控件的位置，拖动至满意的控件尺寸后释放。打开“ WinCC 在线趋势控件的属性”对话框，选择“常规”选项卡，输入“电机速度和油箱油温”作为趋势窗口的标题。选择“曲线”选项卡，输入“水位”作为第一条曲线的名称。单击“选项归档/变量”框中的“选择”按钮，打开“选择归档、变量”对话框，选择归档 shuiweiyali 下的变量sw。单击“确定“按钮，关闭”选择归档、变量”对话框。单击“确定”按钮，关闭“WinCC 在线趋势控件的属性”对话框。第二步：设置趋势图。在第一步出现的“ WinCC 在线趋势控件的属性”对话框是一个快速配置对话框，它只含“常规”和“曲线”两个选项卡。要对趋势控件进行配置