污水处理控制系统资料.doc

第 4 章 基于S7-300 系列PLC的污水处理自动控制系统设计4.1 系统总体功能描述本课题污水处理自动控制系统是由PLC和IPC组成的单控制系统。上位监控采用安装了Wincc软件的IPC机，主要实现监控功能和对现场设备运行状态调整的功能。下位控制系统采用西门子S7-300 系列PLC，主要实现对现场设备的控制、数据采集和反馈控制功能。由于监控室没有强的干扰源以及节约成本，上位机采用安装了MPI-CP5611通讯卡的普通PC机，其功能是通过插在PCI插槽里的MPI-CP5611通讯卡实现与下位机PLC的通讯。同时由于数据传输量不是很大可以满足通讯处理要求。由于PC机配置比较高，可以及时处理控制过程中产生的数据，可以满足工艺的要求。 图4.1 系统总体结构图根据本课题SBR工艺的具体工艺流程的控制要求，污水处理系统主要分为三个区，即预处理区、反应池区，污泥处理区，其中预处理区主要实现机械处理阶段，过滤较大的杂质，同时调节水质。反应池区主要是生化处理阶段。污泥处理区主要针对水处理产生的污泥进行处理，由于工艺是独立的所以单独划分为一个区。因此采用一台PLC作为下位机，实现对现场设备的控制。同时PLC可以适应严酷的工作环境，同时还能保证工作的稳定性。其中对预处理区控制主要包括粗格栅、细格栅、提升泵、沉淀池四个主要工艺设备的自动控制。反应池区主要包括两个SBR反应池。污泥处理区主要包括对输送机、浓缩脱水一体机以及一些进出水阀门。总体结构图如图4.1所示。根据系统总体结构和工艺参数我们要进行现场检测仪表的选择。4.2 系统硬件配置4.2.1 系统规模分析进行污水处理自动控制系统的硬件配置之前，最总要的是分析系统的规模，主要包括明确系统I/O点的数量，信号类型，才能确定I/O板卡的规模以及选型。根据工艺参数和控制要求， 污水处理自动控制系统的AI/AO，DI/DO如表4.1所示。 表4.1 系统规模-I/O点统计表序号测点名称I/O类型测量范围工程单位点数1粗格栅液位AIm22粗格栅液位差m23提升泵液位m14细格栅液位m25细格栅液位差m26沉淀池液位m17反应池液位m28污泥池液位m19储水池液位m110反应池温度m211鼓风机出口温度m212总污水流量m3/h113鼓风机进风管道空气流量m3/h214沉淀池PH值115污泥池PH值116反应池溶氧量mg/L217提升泵变频器反馈HZ218鼓风机变频器反馈HZ219提升泵变频器输出AOHZ220鼓风机变频器输出HZ221启动系统按钮DI122停止系统按钮123手动工作方式按钮624自动工作方式按钮625进水阀DO826进气阀227进泥阀228格栅除污机429栅渣输送机330搅拌机331加药机332污泥泵533汲水器234提升泵635浓缩脱水一体机3综合上表：污水处理自动控制系统中，共有88点I/O点，其中：AI29点，AO4点，DI14点，DO38点，加上15的冗余量，DI共16点，DO共44点，AI共34点，AO共5点，共有99点。4.2.2系统硬件配置1、上位监控机的配置上位监控机主要用来进行系统配置组态、系统参数设置组态、上位监控画面的组态以及系统的实时在线监控等，对其硬件没有特别的要求，可选用通用的计算机即可。由于DELL公司的产品灵活配置，稳定性好，可靠性高，本系统中的选用1台DELL台式品牌机，系统配置为：CPU P4 3.0G、 RAM 1G、IDE 80G、LCD19以及安装了MPI C5611板卡。软件主要安装了windows XP操作系统、wincc6.0、step7-V5.3如表4.2所示。表4.2 上位监控机配置PC机配置CPU P4 3.0G、 RAM 1G、IDE 80G、LCD19、 MPI C5611；备注厂家：DELL 台式品牌机2、下位PLC的硬件模块配置(1) SIEMENS S7-300 PLC简介西门子的PLC以其极高的性价比，在国内占有很大的市场份额，在我国的各行各业中得到了广泛的应用。西门子的PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等几大类，S7是传统意义上的PLC产品，S7-300是针对低性能要求的模块式中小型PLC，最多可以扩展32个模块。结合系统的控制要求、测控点数以及系统成本控制等，本课题设计选用西门子公司S7-300 PLC。SIEMENS公司在20世纪末推出的SIMATIC S7-300系列PLC，性价比高，电磁兼容性强，抗震动冲击性强，使其具有非常好的工业环境适应性，广泛应用于冶金、石油、化工、交通运输、轻工、电力、汽车、通用机械、专用机床、制造业、食品加工、包装机械、纺织机械、智能建筑等各个领域。S7-300是模块化PLC系统，能满足中等性能控制系统的要求。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同的系统。S7-300具有强大的通信功能，通过STEP-7编程软件的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。此外，S7-300 PLC还具有多种不同的通信接口，通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统。其硬件架构图见图4.21. 负载电源 (选项) 2. 后备电池 (CPU 313 以上) 3. 24V DC 连接 4. 模式开关 5. 状态和故障指示灯6. 存储器卡 (CPU 313 以上) 7. MPI 多点接口 8. 前连接器 9. 前盖 图 4.2 s7-300 PLC 硬件结构S7-300 PLC由以下几部分组成: 中央处理单元 （CPU） 各种CPU 有各种不同的性能，例如，有的CPU 上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFI- BUS-DP通讯接口等。信号模块 （SM）用于数字量和模拟量输入/输出通讯处理器 （CP）用于连接网络和点对点连接 功能模块 （FM）用于高速计数，定位操作 （开环或闭环控制） 和闭环控制。 负载电源模块 （PS） 用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源。 接口模块 （IM） 用于多机架配置时连接主机架（CR）和扩展机架 （ER）。S7-300通过分布式的主机架（CR）和3个扩展机架（ER），可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。编程设备S7-300使用安装了编程软件STEP7的个人计算机作为编程设备，在计算机上直接生成和编辑各种文本程序或图形程序，实现不同编程语言之间的相互转换。10 (2) 下位PLC硬件模块选型及安装过程如下： 信号模块选型经系统规模分析知此系统有AI29点，AO4点，DI14点，DO38点，加上15的冗余量，DI共16点，DO共44点，AI共34点，AO共5点，因此选择:DI 模块选用 SM 321(DI 16 x DC 24 V) 1块；DO 模块选用 SM 322(DO 32 x DC 24 V/0.5 A) 2块；AI 模块选用 SM 331(AI 8 x 16 Bit) 5块；AO 模块选用 SM 332 （AO 8 x 12 Bit） 1块；确定机架数一个机架最多可挂11个模块，第一个是电源模块，第二个是CPU模块，第三个是扩展模块，后面还可根据需要挂18个模块。在本系统中，根据选定了的9个信号模块，再考虑到系统里会加入其它的功能模块，因此选用2个UR机架。确定控制器CPU：选用标准型 CPU 315-2 PN/DP。CPU 315-2DP的主要技术参数为：工作存储区64KB，装载存储区96KB，装载存储器是最大4MB的存储卡MMC。数字量全部I/O点数为8192点，分布式I/O点数为1024，模拟量全部I/O点数为512，分布式I/O点数为256，最大机架数为4，系统模块数为32，MPI连接数为32。选择电源模块依据CPU的电流消耗选用PS307（交流）5A 1块。综合以上所述，PLC的硬件选型配置如表4.3示。表4.3PLC配置名称名称型号型号订货号订货号数量数量CPUCPU 315-2 PN/DP6ES7 315-2EG10-0AB01块电源PS307 5A6ES7 307-1EA00-0AA01块机架Rail6ES7 400-1TA01-0A01个AI模块SM 331(AI 8 x 16 Bit)6ES7 331-7NF00-0AB05块DI模块SM321(DI32xDC24V)（6ES7321-1BL00-0AA0）6ES7 321-1BL00-0AA01块AO模块SM 332 （AO 8 x 12 Bit）6ES7 332-5HF00-0AB01块DO模块SM 322(DO 32 x DC 24 V A)6ES7 322-1BL00-0AA02块其数字量输入输出模块SM321、 SM322和模拟量输入输出模块 SM331、SM332，如图4.3所示：图4.3 DI/DO、AI/AO模块综合上述内容，得出系统的硬件选型及配置基本完成，具体的系统通信、硬件模块参数配置等见第6章。4.3 基于S7-300 系列PLC的下位控制系统程序设计在系统硬件选型配置完成后，根据系统的工艺要求以及现场的设备，接下来要进行各个工段的控制程序的控制要求分析，以及程序流程的编制。有系统总体结构分析及SBR法污水处理工艺，将本课题下位机PLC控制系统程序主要分为三个子区预处理区、反应池区、污泥处理区，其中：预处理区PLC控制程序主要是对粗格栅、细格栅、提升泵和沉淀池四个子工段所涉及到的现场设备进行控制，如格栅除污机、栅渣输送机、压榨机、提升泵等。反应池区PLC控制程序主要是根据SBR工艺要求实现对搅拌机、鼓风机、汲水器以及污泥回流泵、剩余污泥泵等设备自动控制。污泥处理区PLC控制程序也是按照污泥处理的工艺要求实现自动控制，主要是对污泥投加泵、浓缩脱水一体机和输送机的控制。4.3.1 预处理区PLC控制程序设计本课题预处理区主要包括粗格栅区、提升泵区、细格栅区和沉淀池区四个子区域,在此根据各个工段的控制要求，分别进行各个子工段的控制程序。4.3.2.1 粗格栅PLC控制程序设计粗格栅作用主要是过滤掉污水中的较大的杂质。粗格栅工作方式主要有手动和自动两种方式，手动方式优先于自动方式。具体控制要求如下所述：(1)自动方式是根据粗格栅前后液位差来启动格栅除污机，当前后液位差超02m(说明污物增多)开启1#格栅除污机。(2)当开启格栅除污机后，开启压榨机，压榨机与格栅除污机实行联动。(3)压榨机开启后，延时30s开启栅渣输送机。一旦格栅除污机启动后至少工作10分钟才允许停机。(4)若液面高度大于02m小于04m则开启1#，2#格栅除污机。(5)若液面高度大于04m则报警，同时关闭进水阀门。粗格栅控制程序流程图如图4.4所示。图4.4 粗格栅PLC控制程序流程图4.3.2.2 提升泵PLC控制程序设计提升泵的主要作用是把污水从一个处理区打到另一个处理区。工作方式也有两种工作方式：手动和自动方式，手动方式优先级高于自动方式。具体控制要求如下所述： (1) 提升泵的自动工作方式主要依靠液位的变化来工作。当处于低液位时候开启l台泵。(2)当处于高液位时候开启3台泵。(3)当处于超高液位时候开启全部泵包括备用泵同时报警。(4)各个泵按顺序启动，停止时候按先启先停的方式进行停止。(5)为了防止一些泵长时间不用，则每隔5天把序号换一次。变换方式为l#4#(备用泵)，2#一1#，3#一2#，4#一1#。提升泵PLC控制程序流程图如图4.5所示。 图4.5 提升泵PLC控制程序流程图4.3.2.3 细格栅PLC控制程序设计细格栅的主要作用是过滤掉较小的杂质，为后序的沉淀池工艺做准备。工作方式也有两种：手动和自动，手动控制方式优先于自动控制方式。具体控制要求如下所述：(1)细格栅采用时间控制方式工作，开机20 min停 1h。 (2)同样压榨机和格栅除污机采用联动的方式。(3)栅渣输送机延时30 S后启动。细格栅PLC控制程序流程图如图4.6所示。图4.6 细格栅PLC控制程序流程图4.3.2.4 沉淀池PLC控制程序设计沉淀池主要作用是沉淀细小杂物，调节水质，为反应池水处理做准备。工作方式有两钟：手动和自动，手动工作方式优先于自动工作方式。具体控制要求如下所述：(1)先设定一个工艺值(3h)，当除污设备的停机时间达到3h，则启动搅拌机。(2)若除污设备工作时间超过给定工艺时间值2(1h)则搅拌机停机。搅拌是目的是先进行厌氧反应，达到脱磷目的。(3)当搅拌机停止工作后，先启动捧泥泵经过lmin启动输送机，输送机工作15分钟停(4)停止时候顺序相反，先停止排泥泵再停止输送机。沉淀池PLC控制程序流程图如图4.7所示。图4.7 沉淀池PLC控制程序流程图4.3.2 反应池PLC控制程序设计反应池是SBR工艺的核心设备，是进行水处理的是关键步骤。其工作方式有手动和自动两种方式，其中自动工作方式采用时间控制方式。手动工作方式优先自动工作方式。具体控制要求如下所述：(1)首先根据液位高度开启进水阀门，启动提升泵，搅拌器。开启搅拌器主要是进行厌氧反应除磷。当反应池液位达到一定高度停止提升泵，关闭进水阀门，停止搅拌器。(2)进水阀门关闭后开启鼓风机，回流污泥泵。曝气3h后关闭鼓风机和回流污泥泵。(3)关闭鼓风机后1h，汲水器开始运行抽取卜层的清水。当液位高度F降到一定程度时候关闭汲水器。(4)剩余污泥泵在汲水器停止工作后开始运行排泥到污泥池。剩余污泥泵工作1h后关闭。(5)当剩余污泥泵停止工作后一个循环周期结束，开始下一个周期运行。反应池PLC控制程序流程图如图4.8所示。图4.8 反应池PLC控制程序流程图4.3.3 污泥处理池PLC控制程序设计污泥处理池的主要作用是对反应所产生的污泥进行处理。污泥处理池有两种工作方式：手动和自动，手动工作方式优先于自动工作方式。具体控制要求如下所述：(1)当污泥池液面达到一定高度，开启污泥投加泵，把污泥运到污泥浓缩脱水一体机若液面达到超高液位则开启2台污泥投加泵，并报警。(2)污泥投加泵启动后，延时lOs后，浓缩脱水一体机工作。(3)浓缩脱水一体机工作后，然后再延时lOs后输送机开始工作把污泥运往堆泥场。(4)停止时候污泥投加泵先停止工作，然后浓缩脱水一体机停止最后输送机停止工作。(5)自动加药机随同浓缩脱水一体机开始工作，一起结束工作。污泥处理池PLC控制程序流程图如图4.9所示。图4.9 污泥处理池PLC控制程序流程图第 5 章 基于Wincc 6.0软件的上位监控界面组态上位机主要实现监控功能,通过网络连接实现对下位机以及现场设备的监控。本课题上位机人机界面采用西门子组态软件Wincc 6.0来实现监控界面的设计。5.1 Wincc 6.0组态软件介绍组态软件是数据采集监控系统SCADA的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。组态软件已经有20多年的发展历史。目前国内的组态软件产品大致可分为三类：国外专业软件厂商提供的产品国外硬件或系统厂商提供的产品国内自行开发的国产化产品。国内组态软件市场大部分份额被国外软件占据着,主要有美国Wonderware公司的InTouch澳大利亚CIT公司的Citect组态软件，德国西门子公司的WinCC组态软件。WinCC即WINDOWS CONTROL CENTER（视窗控制中心），是西门子（SIEMENS）在自动化领域中的先进技术和Microsoft的强大功能相结合的产物。它有各种有效功能用于自动化过程，是用于个人计算机上的，按价格和性能分级的人机界面和SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系统。WinCC是一个功能强大的全面开放的监控系统，既可以用来完成小规模的简单的过程监控应用，也可以用来完成复杂的应用。可以容易的结合标准和用户程序生成人机界面，准确的满足实际要求11。与其他监控系统相比，WinCC具有以下系统特性： 12SIMATIC WinCC是一个通用的系统 WinCC在自动化领域中可用于所有的操作员控制和监控任务。SIMATIC WinCC功能可随任务增加软件的特殊功能做成可选软件包，客户可以单独选购，适用于数据和功能的扩展。 SIMATIC WinCC人机界面产品已经有在线语言切换功能。这种功能在过程操作中不但对图表信息和测量值，而且对于配置软件都有效的。SIMATIC WinCC提供安全保障 WinCC能够在生产过程中危机情况的初发阶段进行报告，这些信号即可以在屏幕上显示出来，也可以通过声卡用声音表现出来。SIMATIC WinCC保证数据的完整性 通过两个冗余的工作站，WinCC提供连续的文档数据选择和系统操作的安全保证。 SIMATIC WinCC是全面开放的软件,在Microsoft Windows 95/98或Windows NT 4.0/5.0操作系统下，在PC机上运行的面向对象的一流的32位应用。 SIMATIC WinCC与西门子公司的其它工控软件、硬件遵循相同的通讯协议，在通讯的效果上可靠性高。 正是基于上述优点本课题选西门子组态软件WinCC作为上位监控界面设计的平台。SIMATIC WinCC主要包括计算机（Computer），标签管理（Tag Management），数据类型（Data Type）和编辑器（Editor）四大部分。其中计算机一项是对计算机进行有关的设置；标签管理是对标签进行初始化定义；数据类型是对标签所代表的数据类型进行定义。在任何情况下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人机对话接口，使操作员能够清晰地管理和优化生产过程。 WinCC具有模块化的项目结构，它由基本的WinCC系统组成，并提供了许多WinCC选项和WinCC的附加软件。WinCC系统的基本组成是组态软件CS和运行系统软件RT，如图5.1所示。图5.1 WinCC系统项目结构图形系统 用于自由地组态画面，并完全通过图形对象进行操作，图形对象具有动态属性并可对属性进行在线组态。 报警记录 记录和存储事件并予以显示，可自由选择信息分类、信息显示和报表，操作非常简便。 归档系统 变量存档接收、记录和压缩测量值，用于曲线和图表显示及进一步的编辑功能。 报表系统 用户自由选择一定的报表格式，按时间顺序或事件触发来对信息操作、文档当前数据进行用户报表输出。 用户管理 对项目的用户及其信息进行管理，以及用户的操作权限分配。 通讯 标准通讯接口用于与下位设备之间的数据传输、控制指令的下传。5.2 监控界面的组态5.2.1 建立污水处理自动控制系统项目WinCC的基本组件是组态软件和运行软件。WinCC项目管理器是组态软件的核心，对整个工程项目的数据组态和设置进行全面的管理。开发和组态一个项目时，使用WinCC项目管理器中的各个编辑器建立项目使用的不同元件。1、启动WinCC软件启动WinCC，单击“开始”SIMATICWinCC Windows Control Center 6.0菜单项13，如图5.2所示。图5.2 启动wincc软件2、建立污水处理自动控制系统项目指定项目类型运行WinCC，选择建立新项目的类型，如果在WinCC项目中使用一台计算机进行工作，选择单用户项目，项目的计算机既用做进行数据的服务器，又用做操作员输入站。单用户项目可以与多个控制器建立连接，在单用户项目计算机所在的自动化网络中，一般只有一台PC机。如图5.3所示。 图5.3选择用户类型 图5.4WinCC资源管理器指定项目名称和存放路径在新项目对话框中建立污水处理自动控制系统项目并指定路径，新项目的WinCC资源管理器如图5.4所示。3、设置计算机属性右击计算机“属性”，可以设置WinCC运行时的属性，像设置WinCC运行系统的启动组件和使用的语言等，如图5.5所示22。图5.5计算机属性设置5.2.2 组态系统项目变量在污水处理自动控制系统设计中，共建立了两组内部变量，一组为内部变量，另一组为外部变量22。内部变量可以与WinCC组态画面相连接，而不分配地址，也就意味着，不能与下位组态软件STEP7建立联系，是不能用于连接过程变量的，只能通过Simulation仿真器连接变量用于模拟变量的动作。外部变量即过程变量，是与过程值进行连接的变量。这些变量可以连接在WinCC组态画面中，也有地址是和下位组态软件STEP7有连接的，这里所说的连接是指地址对应。本课题的上位监控画面要与下位进行连接，所以所建的所有变量均为过程变量，其创建过程为：添加一个通讯驱动程序右击“变量管理”在快捷菜单中选中“添加新的驱动程序”，如图5.6所示。 图5.6 添加新的驱动程序在提示选择框中选择SIMATIC S7 Protocol Suite.chn在此驱动的子目录中的MPI通道单元中，建立名为污水处理自动控制系统的驱动程序连接右击相应的连接，并从快捷菜单中选择“新建变量组”，分别建立变量组DI、DO、AI和AO。根据下位控制程序中的符号表中的变量，在每个变量组中分别建立模拟量输入输出、数字量输入输出变量，并设置寻址，此寻址对应于下位系统中的地址，如图5.7所示。 图5.7 DO类型过程变量5.2.3 组态登录界面登录界面是进入监控画面的第一道大门，只有用户输入正确的信息才能登陆到运行画面。选择图形管理器，右击new picture,建立启动界面，如图5.8所示。图5.8 添加了用户登录功能的系统启动界面在用户管理中添加用户zhangkun,并选择用户权限，设置密码。如图5.9所示22。图5.9 添加用户并设置密码 图5.10定义登录画面的启动快捷键在WinCC资源管理器里面点击项目名称，右键“properties”，打开项目属性，选择“Hot Keys”,定义登录画面启动快捷键为“Ctrl+L”。如图5.10。组态完登录画面后，运行测试。运行后，点击登录，弹出提示对话框。按下Ctrl+L快捷键，启动登录画面。输入用户名和密码后，当前用户会显示出来。如图5.8。5.2.4 组态过程界面过程界面主要是对系统的工艺过程显示，本课题的系统过程界面组态过程如下。选择图形管理器，在WinCC图形编辑器中，右击new picture,在设计中建立的画面如图5.11所示22。图5.11 WinCC中建立的图形画面根据污水处理的工艺流程进行总流程界面的，在画面中，使用了静态文本、输入输出域、画面窗口、按钮、控件和库，如图5.12所示， 图5.12 设计画面除了污水处理系统的总流程图画面外，还设计了预处理、反应池、污泥处理的界面。组态画面如图5.13、5.14、5.15所示。图5.13 预处理监控运行界面图5.14 反应池监控运行界面图5.15 污泥处理池监控运行界面5.2.5 组态趋势界面历史趋势曲线界面，主要功能是显示主要的工艺参数的在线趋势，供工程人员监控数据的实时变化趋势。其组态步骤如下：第一步：使用静态文本和标准工具栏里面的对象组态出趋势画面里面的边框。选用控件里面的 ，组态趋势画面，如图5.16所示。图5.16 历史趋势曲线界面组态第二步：在线趋势控件里面修改其属性，在曲线里面添加变量，并选择趋势曲线的颜色。在数值轴里面设置其纵坐标值的范围，如图5.17所示。图5.17 Wincc在线趋势控件属性设置污水处理自动控制系统历史趋势曲线仿真运行画面如图5.18所示。图5.18 35T/H燃煤锅炉趋势曲线运行界面5.2.6 组态报警界面系统的模拟量报警包括粗格栅液位、反映池液位、溶氧量等，为这些变量建立上限、下限，建立消息文本和错误点报警，报警界面的组态步骤:打开报警记录编辑器，在主菜单文件里面点击选择向导，启动报警系统向导。按向导设置消息类别和类型，以及报警信息文本。组态报警信息，双击消息变量列，连接需要进行报警的变量，并依次设置其消息位和消息文本，如图5.19所示。图5.19 组态报警信息组态报警信息的颜色，在运行系统中，不同的颜色可以表示不同类型消息的不同状态，以便迅速的识别报警的类型和状态。点击消息类别里面的错误，在数据窗口里面右击“报警”，在菜单里面选择“属性”菜单项，在打开的类型对话框中将组态不同文本颜色和背景颜色，如图5.20所示。图5.20 组态报警颜色组态模拟量报警，单击报警记录编辑器菜单项“工具”“附加项”对话框，激活复选框“模拟量报警”，如图5.21所示。图5.21 添加模拟量报警组件 图5.22 WinCC报警控件属性设置设计完报警记录编辑器后，保存。打开WinCC图形编辑器，组态报警界面。在报警界面中，输入输出域用来指示需要报警变量的当前值，复选框用来指示报警情况，而报警控件则可以显示报警的消息文本和错误点，并可以对变量进行短期归档。报警控件的属性设置如图5.22所示，报警界面如图5.23所示。图5.23 报警界面组态5.2.7 组态退出界面在实际的工业生产过程中，监控必须时刻运行，不能随意退出，为防止非技术人员的误操作，在退出画面中设计了退出口令，用C动作来实现，组态过程如图5.24所示。运行结果如图5.25所示。 图 5.24 利用C语言组态退出画面中的控件动作图5.25 退出界面运行第 6章 Step7软件组态、调试及上下位程序联调6.1 下位控制程序组态STEP7是西门子进行编程任务的软件平台，其具有以下的功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。STEP7主要包括SIMATIC Manager，程序编辑器，符号编辑器，硬件配置，硬件诊断组件15。SIMATIC Manager用于管理所有的工具以及自动化项目数据。符号编辑器用于编辑符号和配置通信以及消息。硬件配置用于配置和参数化硬件。硬件诊断用于诊断自动化系统的状态。下面是我用STEP7软件对污水处理自动控制自动控制系统的下位控制程序进行组态的过程。6.1.1 创建项目项目就象一个文件夹，所有数据都以分层的结构存在于其中，任何时候都可以使用。在创建一个项目之后，所有其他任务都在这个项目下执行。设计中，使用“文件”“新建”，建立了名为污水处理自动控制下位程序的项目。如图6.1所示。图6.1 建立新项目6.1.2 硬件组态和参数设置生成项目后，可以组态硬件，根据系统方案的论证，右击项目名称插入新对象SIMATIC 300 站点+PG/PC站设置各个站点的属性，均选择MPI通讯方式最后进行站点MPI网络连接，组态过程如图6.2所示16。前几章进行了污水处理自动控制系统的规模分析以及S7-300的硬件模块选型，现在用STEP7进行项目内的SIMATIC 300 站点的硬件组态，主要是进行PLC架构搭建，如图6.3所示。 图6.2 系统站点组态及属性设置、网络连接 图 6.3 SIMATIC 300 站点的硬件组态S7-300的各种模块的参数用STEP 7软件进行设置。进行参数设置的模块分别为CPU 、模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块和数字量输出模块。12CPU的参数设置 包括起动特性参数、时钟存储器、系统诊断参数与实时钟的设置、保持区的参数设置、保护级别的选择、运行方式的选择、日期-时间中断参数的设置、混换中断参数的设置、通信参数的设置等，如图6.4所示。 图6.4 CPU的参数设置模拟量输入模块的参数设置：包括模块诊断与中断的设置、模块测量范围的选择、模块测量精度与转换时间的设置和设置模拟量的平滑等级，如图6.5所示。图6.5 模拟量输入模块的参数设置模拟量输出模块参数设置：模拟量输出模块的设置与模拟量输入模块的设置有很多类似的地方，要设置每一通道是否允许诊断中断，选择每一通道的输出类型和输出信号的量程等，如图6.6所示。图6.6 模拟量输出模块参数设置数字量输入模块参数设置（图6.7）：图6.7 数字量输入模块参数设置数字量输出模块参数设置（图6.8 ）：图6.8 数字量输出模块参数设置6.1.3 定义符号表 在程序中，可以使用绝对地址访问变量，使用符号名替代绝对地址可使程序更容易阅读和理解。共享符号（全局符号）在符号表中定义，可供程序中所有的块使用。在符号表中定义了符号地址后，STEP7可以自动地将绝对地址转换为符号地址，建立的符号表如图6.9所示。图6.9 符号表6.1.4 程序设计方法PLC是按照用户的要求编写程序来进行工作的。PLC的编程语言基本有：梯形图、指令表、逻辑功能图。梯形图是一种图形语言，它沿用了传统的继电接触器控制中的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，而且加入了许多功能强而又使用灵活的指令，将微机的特点结合进去，使得编程容易。梯形图比较形象、直观，对于熟悉继电接触器控制系统的人来说，也容易接受，世界上的各厂家都把梯形图作为第一用户编程语言。13 在本课题的下位控制程序的设计中我采用梯形图进行编程，下面先介绍以下SIMATIC S7系列梯形图编程的方法与特点。STEP 7为设计程序提供三种方法（如图6.10），基于这些方法，可以选择最适合于用户的应用的程序设计方法。14 图 6.10 常用的三种STEP 7程序设计方法STEP 7是常用的是模块化编程，其程序块类型及之间的关系调用如图6.11所示。 图6.11 模块化编程程序块类型 其中用户定义的块有：OB、FB、FC、DB;系统块有SFB、SFC、SDB。在此列举一下用户自己定义的块的功能： 组织块（OB）：组织块是操作系统和用户程序之间的接口。组织块只能由操作系统来启动。各种组织块由不同的事件启动，且具有不同的优先级，而循环执行的主程序则在组织块OB1中。 功能块（FB） ：功能块是通过数据块参数而调用的。它们有一个放在数据块中的变量存储区，而数