现场总线技术第八章-液位控制在PCS7平台上的仿真实现(第3版)课件

1、第八章液位控制仿真在PCS7平台上的实现第八章 液位控制仿真在 PCS7平台上的实现第一节 PCS7的组成第二节 创建项目、硬件组态与网络组态第三节 液位对象仿真与CFC控制程序编写第四节 顺序功能控制SFC程序编写第一节 PCS7的组成一、 PCS7硬件1、工程师站（Engineer Station，ES）2、操作员站（Operator Station，OS）3、自动化站（Automation Station，AS） 4、通信结构 5、ET200MET200M是一种分布式I/O装置，可以在远程位置就地操作，通过高性能、高数据传输率的Profibus-DP总线实现在AS站的CPU与其分布式I/

2、O装置之间的顺畅通讯。6、Profibus-DP主站和从站DP主站代表CPU和分布式I/O之间的连接，它通过Profibus-DP与分布式I/O装置交换数据并监视Profibus-DP总线。DP主站集成在相应的设备中，S7-400系列CPU均配有接口。DP从站是指通过Profibus-DP连接到DP主站的分布式I/O装置，ET200M即为DP从站，它从本地准备数据，并将其通过Profibus-DP传送到CPU。二、 PCS7软件三、实验环境设备名称订货号重要参数说明主站RACK UR26ES7 400-1JA11-0AA0AS站机架PS407 10A6ES7 407-0KR02-0AA0电源模

3、块CPU412-5H PN/DP 6ES7 412-3HJ14-0AB0V4.5CPU模块CP443-1 V3.16ES7 443-1EX20-0XE000-1B-1B-98-6C-B8通讯模块从站IM153-26ES7 IM153-2 153-2BA02-0XB0DP Address:3通信模块AI812BIT 331-7KF02-0AB0四线电流、4-20mA模拟量输入AO412 BIT 332-5HD01-0AB0四线电流、4-20mA模拟量输出DI16DC24V 321-1BH02-0AA0数字量输入DO16DC24V/0.5A 322-1BH01-0AA0数字量输出第二节 创建项目、

4、硬件组态 与网络组态一、 创建项目点击桌面图标 （SIMATIC Manager）或点击开始菜单【Start】【Simatic】【SIMATIC Manager】（SIMATIC 管理器），可以打开SIMATIC 管理器。 图8-4 PCS7向导图8-5 选择CPU Bundle 图8-6 选择工厂层级、AS对象、OS对象图8-7 分配项目名、存储路径三种视图组件视图：表示各个对象（如图表和块）的实际存储位置。在组件视图中，可以直接看到块和图表与现场控制站的所属关系。在组件视图中，可以创建硬件组件以及启动自动化系统、总线组件、过程I/O 和PC 站的硬件组态。工厂视图：以工艺视角布置和描述工厂

5、，显示工厂的确切层级结构。可将工厂分为若干单元，并可查看各图表和过程画面与各单元之间的所属关系。在工厂视图中可分级布置自动化、操作员监控功能。过程对象视图：提供了过程对象的完整视图，显示工厂视图中各个对象的详细信息。当为大量对象分配相同的参数值、或者要为这些对象添加相同注释或进行相同互连时，此视图尤为适用。图8-8 组件视图和工厂视图图8-8 组件视图和工厂视图二、 AS站硬件组态1、打开硬件组态编辑器2、更换AS站主站的模块修改方法有两种，如果目标模块与原模块同在图8-9模块库中的同一个文件夹下，点右键替换即可；如果不是，则在先删除，然后在模块库中选择正确的插入原来位置。注意，更换CPU模块

6、式一定要保留其中的程序和符号表。3、设置CPU模块属性4、建立以太网并设置CP模块属性 5、设置ProfiBusDP 总线属性 6、ET200M的设置 7、分配符号地址类型变量名称绝对地址符号地址数据类型AI液位1IW512yewei1INTAI液位2IW514yewei2INTAO阀门1QW512famen1INTAO阀门2QW514Famen2INTDI开关1I0.0Kaiguan1BOOLDI开关2I0.1Kaiguan2BOOLDO指示灯1Q0.0deng1BOOLDO指示灯2Q0.1Deng2BOOL 三、 OS站硬件组态1、PC机组态模式设置按照路径“开始SIMATIC SIMAT

7、IC NETConfiguration Console”，打开组态控制台 2、修改站名保证PC站、站组态器的名字与PC机名字保持一致。 3、OS站组态4、PLC组态信息传送四、组态网络连接组态完AS站和OS站，需要考虑两者之间的通信，即建立AS站和OS站的连接。在SIMATIC 管理器工具栏单击Netpro，打开网络组态对话框。五、下载OS、AS 和网络组态1、OS站带着连接下载首先设置通信通道，在NetPro中选择菜单命令【Options】【Set PC/PG Interface 】（设置PG/PC接口），由于OS站的信息需要下载到本机，PG/PC接口设为PC internal (local

8、)。 2、AS站带着连接下载 第三节 液位对象仿真与 CFC控制程序编写一、开环CFC控制程序编写1、数字量/模拟量输入输出CFC程序在本实验中，需要对数字输入信号IW0.0、模拟输入信号IW512进行监控，对数字输出信号Q0.0、模拟输出信号QW512进行操作，编写开环的输入输出CFC程序。 2、数字量/模拟量输入输出仿真调试对上述CFC程序进行编译，下载到PLCSIM。二、 液位对象仿真及闭环 控制程序CFC编写1、液位对象在CFC中的仿真假设液位对象是一阶惯性带滞后的环节，其传递函数为 。打开CFC编辑器的sheet2，从 CFC的V7.1库中将乘法块FC360、惯性环节（Lag）块FB

9、1828、滞后环节（Dead-time）块FB1807拖拽进去，各个块的参数按照液位对象传递函数设置。2、液位对象下位飞升曲线单击CFC工具栏中的ViewTrend Display，弹出趋势显示对话框。3、液位对象的封装在乘法块左边界标度变化模块FC105，其输入端接QW514，表示来自阀门输出，上限设为100，表示开度上限；在滞后块的输出接反标度变换块FC106，其输出端接IW514，表示输出液位值，上限为500。4、液位对象的PID控制液位IW514的闭环PID控制CFC程序实验所需的液位反馈数据由PV_IN取，则PV_PER_ON应置0，MAN_ON置0；实现完整的PID控制，P_SEL

10、、I_SEL、D_SEL均置1。从标准库中选择FC105、FC106、FB41块插入sheet3中，由于FB41块自身不带面板，为了在WinCC上操作和监测方便，给给定端SP_INT接操作块FB45，FC105的输出接显示块FB65，FB41的输出端LMN接显示块FB65。第四节 顺序功能控制 SFC程序编写Sequential Function Chart（SFC，顺序功能图表）允许用户通过图形化的方式组态和调试顺序控制系统。 顺序控制系统将传送到自动化系统中，并且在自动化系统中执行。顺序控制系统允许对基于顺控程序的生产过程进行状态驱动型或事件驱动型执行，通过操作和状态变化，控制使用CFC创

11、建的基本自动化功能，并且有选择性地处理这些功能。一、 SFC的组成部分元素栏中的图标是编写SFC流程时最为常用的，元素栏中的图标表示“插入”(Insert) 菜单的功能。序号1234567功能激活选择步 + 转移并行顺序选择顺序循环跳转文本二、流程设计1、初始化液位给定值，即PID控制块FB41的输入管脚SP_INT置为0；比例系数GAIN置为0；惯性环节复位管脚reset置0，以备下一步上升沿给对象清零。初始化执行时间为3秒钟。2、复位清零给数字量输出Q0.0置0；给模拟量输出QW512置0；惯性环节复位管脚reset置1，使对象输出清零，鉴于滞后环节延迟时间为5秒，因此本步执行6秒钟。3、

12、参数赋初值液位给定SP_IN置50，比例系数GAIN置为0.06，积分时间常数TI置为1.2s、微分时间常数TD置为0.1s，受到PID控制的液位变量yewei2开始逐步上升。4、条件跳转当液位yewei2反馈信号PV_IN= 40，同时数字量输入I0.0=1时，执行下一步。注意，I0.0在PLCSIM手动置为作为条件。5、条件满足后执行数字量输出Q0.0置1，模拟量输出IW512置50。6、结束。三、液位SFC程序实现1、SFC编辑器在工厂视图浏览窗口单击最下层工厂层级unit，双击显示窗口中的SFC文件夹，这是创建项目时自动生成的。双击打开SFC编辑器，默认的SFC程序由起始步、条件转移和

13、结束步三个部分组成。2、SFC流程程序编写（1）初始化初始化功能在START步中完成，双击起始步START，如图8-48所示，每一个步都包含General（基本设置）、Initialization（初始化）、Processing（处理）、Termination（终止）四个标签。在General标签中修改本步名称和最小执行时间。单击Processing标签，点击browse，找到相应的CFC块的引脚并赋值： SP_INT=0.0，GAIN=0.0，reset=0注意reset管脚属于structure变量，需要右键打开具体管脚（2）复位清零点击“步+转移”元素，添加到SFC，命名为“CLEAR”

14、，最小执行时间设为6s，方法同上。在Processing标签中连接变量并赋值。数字量输出Q0.0，即LINK_I=0,模拟量输出QW512，即LINK_U=0.0，reset=1。（3）参数赋初值再添加一组“步+转移”元素，命名为“PARAMETER”。在Processing标签中连接变量并赋值。液位给定SP_IN对应的LINK_U=50.0，GAIN=0.06，TI=1.2s、TD=0.1s。（4）条件跳转双击SFC中的跳转3，对话框中包含、Condition和OA Comment三个标签。在General中修改本跳转的名称为JUMP；选中Condition，点击browse，找到相应的CF

15、C块的引脚并赋值。条件分别为：液位yewei2反馈信号PV_IN= 40，同时数字量输入I0.0=1时，执行下一步。 （5）条件满足后执行在SFC中添加新的“步+跳转”，命名为OPERATOR，最小执行时间5s，如图8-54所示。上述条件满足后，执行本步：数字量输出Q0.0=1，模拟量输出IW512=50。（6）结束 最后一步为结束步。 3、SFC运行编译和下载，打开测试运行开关，单击START，运行SFC程序。 第五节 液位被控对象的 上位监控功能一、 AS站设置、编译和上传1、上传前的设置工厂层级设置OS显示区域设置创建或更新块图标沿路径Plant Create/Update Block Icon2、OS站编译 3、打开OS站 二、过程画面及基本监控和操作过程画面监控和操作上位运行SFC三、归档趋势曲线和PID参数整定 1、变量归档 2、归档趋势曲线3、趋势曲线显示与PID参数整定次数123456SP_INT50505050505