基于S7-200温度PID控制实训报告.doc

目 录1 概述32 系统组成42.1 控制系统组成42.2 控制要求42.2实训设备52.3控制面板52.4 功能指令使用及程序流程图62.5端口分配及接线图63 STEP7程序设计73.1硬件组态及参数设置73.2梯形图设计83.3程序调试123.4 WinCC组态画面设计124 PLC200与Wincc通信135 S7-200 PID编程总结156 结束语171 概述本实训设计了一种基于Wincc和S7-200实现PID控制的方法，利用PLC200固有的PID功能实现PID控制，通过Wincc进行实时监控，具有图形显示直观，参数设置方便等优点。PID控制器是应用最广泛的闭环控制器 由于其结构简单 容易实现 不需要被控对象的数学模型 有较强的灵活性和适应性 所以现在有90%以上的闭环控制都采用PID控制器 STEP7提供丰富的PID控制功能模块 可以很方便的创建PID控制器和处理设定值 过程反馈值及对控制器的输出值进行后处理 组态软件Wincc是数据采集监控系统SCADA的软件平台工具利用Wincc不仅可以实现对闭环控制过程的监视 而且还可以通过Wincc的组态界面实时设置和修改PID参数 避免了在STEP7中每次调试PID控制 都得修改参数并下载程序。关键字：实时监控；Wincc组态；PID；PLC。2 系统组成我们通过控制面板上的加热器来实现温度控制模拟系统，具体通过PLC200中的PID控制的编程实现加热器温度保持恒定，并使用WINCC组态画面实现监控与PID设定功能。2.1 控制系统组成图2.1控制系统组成实现控制要求的系统组成如上图所示，该系统是由执行器、加热器、温度变送器、A/D转换器、PID调节器和D/A转换器等构成一个单回路温度控制系统。PID调节器、D/A和A/D转换器用西门子公司的S7-200，CPU224型PLC来实现，上位机PC安装了STEP7和WINCC组态软件。考虑温度控制属于大滞后系统，调节器采用PI类型。2.2 控制要求1、总体控制要求：如面板图所示，模拟量模块输入端从温度变送器端采集物体温度信号，经过程序运算后由模拟量输出端输出控制信号至驱动端控制加热器。2、程序运行后，模拟量输出端输出加热信号，对受热体进行加热。3、模拟量模块输入端将温度变送端采集的物体温度信号作为过程变量，经程序PID运算后，由模拟量输出端输出控制信号至驱动端控制加热器。本系统的给定值（目标值）可以预先设定后直接输入到回路中；过程变量由在受热体中的Pt100测量并经温度变送器给出，为单极性电压模拟量；输出值是送至加热器的电压，其允许变化范围为最大值的0% 至100%。2.2实训设备序号名 称型号与规格数量备注1实训装置THPFSM-212实训挂箱B1113导线3号若干4通讯编程电缆PC/PPI1西门子5实训指导书THPFSM-1/216计算机（带编程软件）STEP7 MicroWIN SP31自备7 计算机（带组态软件）Wincc6.0 1自备8 计算机（带虚拟主站软件）STEP7 Manag1自备2.3控制面板此面板中的Pt100为热电偶,用来监测受热体的温度，并将采集到的温度信号送入变送器，再由变送器输出单极性模拟电压信号，到模拟量模块，经内部运算处理后，输出模拟量电流信号到调压模块输入端，调压模块根据输入电流的大小，改变输出电压的大小，并送至加热器。控制面板如下图2.1所示。2.4 功能指令使用及程序流程图1.PID指令使用2.程序流程图图2.2程序流程图2.5端口分配及接线图1.端口分配及功能表序号PLC地址（模拟量端子）电气符号（面板端子）功能说明1A+温度变送变送器输出正信号2A-温度变送-变送器输出负信号3VO驱动信号驱动正信号4MO驱动信号-驱动负信号5温度模块OUT接温度/转速表S1温度显示信号2.PLC外部接线图图2.3 接线图图2.2 PLC接线图3 STEP7程序设计3.1硬件组态及参数设置在STEP7中创建一个温度控制系统的项目，在项目下生成一个S7-200的站点，进入HWConfig界面按硬件安装次序和订货号依次插入机架 电源CPU I/O模块等进入CPU属性窗口，设置站点的CP5611地址假设为，则EM277站点地址设为3，相应的EM277硬件上调拨码开关为3。这里所设置的地址3必须与Wincc通信驱动地址相匹配，如：PLC200中地址也为3，CP板卡号为1。当STEP7中的硬件组态下载到虚拟主站时，需将再一次设置。此次设置目的是让虚拟主站与Wincc通信。设置：打开控制面板-选择打开PG/PC-选择CP_I2_1:-CP5611(PROFIBUS)。详细设置可参考第四章节PLC200与Wincc通信。Wincc中地址：以S7-200中VW1200以后16字输入16字输出作为S7-200侧的数据交换区，VB1200-1231作为S7-200输入区，VB1232-1263作为S7-200的输出区。3.2梯形图设计主程序：子程序：中断程序：3.3程序调试本程序分为三部分：主程序，子程序，中断程序。子程序主要是将各个PID运算所需的参数变量输入寄存器中。中断程序主要是将模拟量输入到寄存器中，并将运算完毕的整数值写到模拟输出寄存器中。输入的数据时，装入设定值0.193，回路増溢0.15，采样时间35秒，积分时间30分钟，关闭微分作用。设定定时中断0的时间间隔是100 ms设定定时中断，以定时执行PID指令。检查程序有无错误，检查无误后接通电源 ，将程序下载到运行模拟平台上并运行该程序，并检查运行情况看看是否运行正常。运行正常停止运行，关闭计算机关闭电源。结束！3.4 WinCC组态画面设计图3.1 WICC组态画面4 PLC200与Wincc通信WinCC 组态软件与 S7-200 系列 PLC 的通信：SIMATIC WinCC采用了最新的32位技术的过程监控软件，具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统，还是冗余多服务器/多用户系统，WinCC 均是较好选择。通过 ActiveX，OPC，SQL 等标准接口，WinCC 可以方便地与其它软件进行通信。WinCC 与 S7-200 系列PLC 的通信，可以采用 PPI和 Profibus 两种通信协议之一进行。 1、WinCC与 S7-200 系列 PLC 通过Profibus协议进行通信的实现 （1）软硬件要求： * PC 机 ，Windows 98操作系统； * S7-200 系列 PLC； * CP5611板卡或者其他同类板卡，例如：CP5412，CP5613； * EM277 Profibus DP模块； * Profibus 电缆及接头； * 安装 CP5611板卡的驱动； * 安装 WinCC 4.0 或以上版本； * 安装 COM Profibus软件。硬件连接如图所示。 图5.1 WinCC 与 S7-200系列 PLC 通信实现硬件连接（2）组态打开 SIMATIC NETCOM Profibus，新加一个组态，主站为 SOFTNET-DP， 从站是 EM277 Profibus-DP。主站的地址选择从 1 到 126。从站的地址选择从 3 到 99，与 EM277 的地址一致。然后用该软件对从站进行配置：打开从站属性，在 Configure选项中，选择 2bytes in/2bytes out（可根据实际需要选定） 。在 Parameterize 中可以选择偏移地址，地址对应于 S7-200 系列PLC 的数据区（即 V区），默认为1200，即从 VB1200 开始。组态完成后，导出(Export)NCM 文件，生成*.txt 和*.ldb 文件。 （3）设置 PG/PC interface。 在 Access Point of the Application中选择 CP_L2_1，在 Interface Parameter Assignment 选择 CP5611 A1(Profibus)。在属性里的激活 DP 协议，并在 DP-Database 参数中输入*.ldb文件的完全路径。设置完成后可以诊断硬件配置是否正确、通信是否成功。 （4）WinCC的设置。 在 WinCC 变量管理器中添加一个新的驱动程序，新的驱动程序选择 PROFIBUS DP.CHN，选择 CP5611（A1）Board 1，在 System Parameters 设定参数。CP5611(A1)board参数为 1，表示板卡的编号；Config 参数为组态时生成的*.txt文件的完全路径；Watchdog time 参数为 0。新建一个连接，从站地址与 EM277 的地址一致。 （5）建立变量。 WinCC 中的变量类型有 In 和 Out。In和 Out 是相对于主站来说的， 即 In 表示 WinCC从 S7-200 系列 PLC 读入数据，Out 表示 WinCC 向S7-200 系列PLC 写出数据。In 和 Out 与数据存储区 V 区对应。在该例中，Out 与 PLC 中数据存储区的 VB1200VB1231 对应，In 与 PLC中的存储区的 VB1232VB1263 对应。 （6）优缺点。 优点：该方法数据传输速度快，易扩展，实时性好。缺点：传送数据区域有限（最大64 字节） ，在 PLC 中也必须进行相应的处理，且硬件成本高，需要的 CP5611(或CP5412)、EM277 Profibus-DP、Profibus总线等硬件，还需要 Com Profibus软件。应用场合：适用于在要求高速数据通信和实时性要求高的系统。5 S7-200 PID编程总结1.注意区分输入端接的是电压信号还是电流信号；输出端是电流信号还是电压信号。在模拟模块上不同信号下的接线方式。2.了解信号输入元件相关资料：如使用温度变送器，要了解温度变送器测量范围，如0100；输出电流范围420mA；分度号是什么，如PT100；接线原理图等。相关输入元件；输出元件在模拟模块上的接线方式。其他如工程要求的精度是多少等。3.关于PID设定值(VD204)确认：假定我们将控制温度定位23.5；以单极性为例，首先应确定输入信号是010V电压信号还是420mA电流信号？，这在PID设定值中非常重要。如是010V电压输入信号对应032000，温度范围0100，设定值为可直接算出: VD204=23.5/（100-0）=0.235；若是电流420mA，其对应数值应为640032000，温度范围0100，则设定值应为0.388。原因：模拟模块中032000对应020mA；其中640032000对应420mA对应0100；这就必须进行相关的计算，23.5电流计算方式：（20-4）：（100-0）=（X-4）:23.5;解方程：X=7.76(mA)。设定值：VD204=7.76/20=0.388.4.关于PID输出值(VD208)确认：以单极性为例，应确定输出信号是010V电压信号还是420mA电流信号对应着032000？若是输出信号AQW0对应电压信号，比如010V，则AQW0=（实数VD208*32000在转化成整数）即可；若是输出信号AQW0对应电流信号，比如420 mA，则AQW0=（实数VD208*32000在转化成整数+6400）。5.关于PID恒温控制实际：通过上机实验可知：PID恒温控制是围绕着设定值进行调节的。若设定温度为23.5；当温度低于设定值时，加温蒸汽调节阀始终处于全部打开状态，；当温度达到23.5，加温用的蒸汽调节阀开始逐渐关闭，在关闭过程中，温度