1、現(xiàn)場總線技術(shù)課程設(shè)計課程設(shè)計要求及安全操作規(guī)程 一、設(shè)計前的準備.請查閱或借閱相關(guān)書籍，比如：西門子S7-300PLC、STEP7組態(tài)編程及 WINCC&態(tài)方面的書籍或資料。.認真研讀課程設(shè)計指導(dǎo)書，了解設(shè)計要求，明確設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題，并按照各項目要求準備記錄等。.本次課設(shè)使用THPCAT-2型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實驗裝置，該實驗裝置的總線控制柜由西門 子S7-300 PLC組成。實驗前應(yīng)了解實驗裝置中的對象、水泵和所用控制組件的名稱、作用及其 所在位置，以便于在實驗中對它們進行操作和觀察。熟悉實驗裝置面板圖， 要求做到由面板上的圖形、文字符號能準確找到該設(shè)備的實際位置；熟悉工藝管道結(jié)構(gòu)、每

2、個手動閥門的位置及其作用。二、設(shè)計過程的基本要求.明確設(shè)計任務(wù)；.提出設(shè)計方案；.運用STEP7組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行硬件組態(tài)設(shè)計；.編寫LAD （梯形圖）程序；.運用WINCC&態(tài)軟件對系統(tǒng)進行界面設(shè)計；.進行實驗操作，做好觀測和記錄；.整理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，撰寫課程設(shè)計報告。三、課程設(shè)計報告要求.要求有封皮、目錄；.課設(shè)內(nèi)容分章節(jié)書寫，每個項目包括設(shè)計要求、設(shè)計過程、結(jié)果或效果圖及總結(jié)分析；.報告要求附頁碼。四、安全操作規(guī)程.實驗之前確保所有電源開關(guān)均處于“關(guān)”的位置，儲水箱中是否有充足的水；.打開電源開關(guān)順序：依次打開PLC控制柜中總電源開關(guān)、變頻器開關(guān)（停大約10S后）、控制站開關(guān)、24VD

3、C開關(guān)等。.關(guān)閉電源開關(guān)順序：首先關(guān)閉控制站開關(guān)，再依次關(guān)閉其他電源開關(guān)，最后關(guān)閉總電源 開關(guān)。. STEP做件組態(tài)下載程序時，請將 PLC控制柜中CPU莫塊開關(guān)置于 STOP犬態(tài)，下載完畢 時切換至RUN犬態(tài)。.小心操作，切勿亂扳硬擰，嚴防損壞儀表及模塊。.嚴格遵守實驗室有關(guān)規(guī)定。1.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成與認識一、系統(tǒng)簡介THPCAT-2型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實驗裝置是基于PROF舊U序口工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，在傳統(tǒng)過程控制實驗裝置的基礎(chǔ)上升級而成的新一代現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。整個實驗裝置分為控制系統(tǒng)和控制對象兩部分，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示：圖1-1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制對象總貌圖如圖 1-2所示

4、。二、系統(tǒng)組成實驗裝置對象主要由網(wǎng)孔板、不銹鋼儲水箱、有機玻璃水箱、電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構(gòu)成）、純滯后盤管等組成。在實驗屏的下面布置有儲水箱和兩套供 水系統(tǒng)。兩路獨立的供水系統(tǒng)（主副回路），分別由兩只獨立的水泵驅(qū)動供水，主回路采用現(xiàn)場總線儀表，副回路采用常規(guī)儀表。主要包括磁力泵、電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計、渦輪流 量計、壓力變送器、液位變送器、差壓變送器、溫度傳感器等。管路系統(tǒng)采用快速連接管道，可 以自由拆裝組合，管路中設(shè)置了電磁閥，可以實現(xiàn)手自動切換。在調(diào)節(jié)閥的旁路設(shè)計有旁路閥。.被控對象(1)水箱包括大容積的不銹鋼儲水箱1套、有機玻璃工作水箱 4只，容

5、積大于40升。有機玻璃工作水箱采用淡藍色優(yōu)質(zhì)有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。儲水箱內(nèi)部有兩個橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，以防雜物進入水泵和管道。除此之外，儲水箱還 設(shè)計了液位報警保護系統(tǒng)，以免水泵空轉(zhuǎn)而影響水泵的使用壽命。(2)加溫鍋爐及盤管不銹鋼加溫鍋爐，包括加熱層(加溫內(nèi)筒)和冷卻層(冷卻夾套) ，均由不銹鋼精制而成， 可利用它進行溫度實驗。模擬工業(yè)現(xiàn)場的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)的純滯后盤管，為了確保大滯后時間常數(shù)，設(shè)計長度達 20多米，管徑為15mm 2.檢測裝置壓力傳感器、變送器：采用SIEMENS PROF舊US-PAB信協(xié)議的壓力傳感器和工業(yè)用的擴散 硅壓

6、力變送器，擴散硅壓力變送器含不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補償。壓力傳感器用來對上、下水箱的液位進行檢測，其精度為0.5級，因為為二線制，故工作時需串接24V直流電源。溫度傳感器：本裝置采用五個 Pt100傳感器，分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套以及盤管的水溫。五個Pt100傳感器的檢測信號中檢測鍋爐內(nèi)膽溫度的一路到SIEMENS PROF舊US-PA!信協(xié)議的溫度變送器， 直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號； 另外四路經(jīng)過常規(guī)溫度變送器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換成420mAD優(yōu)流信號。Pt100傳感器精度高，熱補償性能較好。流量傳感器、轉(zhuǎn)換器：流量傳感器分別用來對調(diào)節(jié)閥支路、變頻支路及盤管

7、出口支路的流量進行測量。渦輪流量計型號：LWGY-10流量范圍：01.2m3/h ,精度：1.0%。輸出：420mA標準信號。本裝置采用兩套流量傳感器、變送器分別對變頻支路及盤管出口支路的流量進行測量， 調(diào)節(jié)閥支路的流量檢測采用SIEMENS PROFIBUS-PAI信接口的檢測和變送一體的電磁式流量計。3.執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)閥：采用 SIEMENS PROFIBUS-PA!信協(xié)議的氣動調(diào)節(jié)閥，用來進行控制回路流量的 調(diào)節(jié)。它具有精度高、體積小、重量輕、推動力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優(yōu)點。由 CPU直接發(fā)送的數(shù)字信號控制閥門的開度，本氣動調(diào)節(jié)閥自動進行零點校正，使用和校正都非常 方便。變頻

8、器：本裝置采用 SIEMENS帶PROFIBUS-DPB信接口模塊的變頻器，其輸入電壓為單相 AC220M輸出為三相AC220V水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動泵，型號為16CQ-8P,流量為32升/分，揚程為8米，功率為180W 泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。其中一只為三相380V恒壓驅(qū)動，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動?？梢葡郤C就壓裝置：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號為420mAg準電流信號。輸出電壓用來控制加熱器加熱，從而控制鍋爐的溫度。電磁閥：在本裝置中作為氣動調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥型號為： 2W-160-25 ;工作壓力：最小壓力為 0Kg/cm

9、 2,最大壓力為 7Kg/cm 2；工作溫度：580C。 4.控制器控制器采用SIEMENSjW的S7300 CPU,型號為315-2DP,本CPUOI有能進行多點通信功 能的MPI接口，又具有PROFIBUS-DPS信功能的DP通信接口。 5. 空氣壓縮機用于給氣動調(diào)節(jié)閥提供氣源，電動機的動力經(jīng)連桿帶動活塞做往復(fù)運動，使汽缸、活塞、閥 組所組成的密閉空間容積產(chǎn)生周期變化，完成吸氣、壓縮、排氣的空氣壓縮過程，壓縮空氣經(jīng)繞 有冷卻翅片的排氣銅管、單向閥進入儲氣罐?？諌簷C設(shè)有氣量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)儲氣罐內(nèi)的氣壓超過額定排氣壓力時，壓力開關(guān)會自動切斷電源使空壓機自動停止工作，當(dāng)儲氣罐內(nèi)的氣體壓力因外部

10、設(shè)備的使用而下降到額定排壓以下0.2-0.3Mpa時，氣壓開關(guān)自動復(fù)位，空壓機又重新工作，使儲氣罐內(nèi)壓縮空氣壓力保持在一定 范圍內(nèi)。三、總線控制柜總線控制柜有以下幾部分構(gòu)成：1.控制系統(tǒng)供電板：該板的主要作用是把工頻AC220V轉(zhuǎn)換為DC24V給主控單元和 DP從站供電。.控制站：控制站主要包含CPU以太網(wǎng)通信模塊、DP鏈路、分布式I/O DP從站和變頻器 DP從站構(gòu)成。.溫度變送器:PA溫度變送器把PT100的檢測信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后傳送給DP鏈路。四、系統(tǒng)特點被控參數(shù)全面，涵蓋了連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位、壓力、流量及溫度等典型參數(shù)。本裝置由控制對象、綜合上位控制系統(tǒng)、上位監(jiān)控計算機三部分組

11、成。真實性、直觀性、綜合性強，控制對象組件全部來源于工業(yè)現(xiàn)場。執(zhí)行器中既有氣動調(diào)節(jié)閥，又有變頻器、可控硅移相調(diào)壓裝置，調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了有設(shè)定值階躍擾動外，還可以通過對象中電磁閥和手動操作閥制造各種擾動。一個被調(diào)參數(shù)可在不同動力源、不同執(zhí)行器、不同的工藝管路下演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣。系統(tǒng)設(shè)計時使2個信號在本對象中存在著相互耦合，二者同時需要對原獨立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)進行整定，或進行解耦實驗，以符合工業(yè)實際的性能要求。能進行單變量到多變量控制系統(tǒng)及復(fù)雜過程控制系統(tǒng)實驗。各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開放的實驗軟件平臺上都可以實現(xiàn)。五、系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件分為上位機軟件和下位機軟件

12、兩部分，下位機軟件采用SIEMENS勺STEP7,上位機軟件采用SIEMENS勺WINCC上、下位機軟件應(yīng)用介紹分別見附錄一、二。2.PROF舊USDP、線開關(guān)量控制LED燈的PLC控制及其實現(xiàn)一、設(shè)計目的1、掌握通過PROF舊US-D曲線t取/控制開關(guān)量的原理與方法。2、掌握PROFUBUS關(guān)量I/O系統(tǒng)的硬件配置方案。3、掌握STEP 7軟件的編程應(yīng)用流程。3、熟悉基本的PLC梯形圖編程語言。 二、實驗設(shè)備. THPCAT-2型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實驗裝置（控制柜內(nèi)部分）。.計算機及編程軟件 STEP 7、WINCC.萬用電表一只。 三、設(shè)計題目及要求如右圖所示，選取現(xiàn)場總線控制柜中的32個綠

13、色按鈕和32個橙色指示燈為實驗對象。燈和按鈕信號連接到 2個數(shù)字I/O模塊SM323中，每個SM323模塊包含 16路DI和16路DO SM331和分布式I/O 模塊ET200M直接相連，ET200M 掛接至U PROFIBUS-D茁線上，PROFIBUS-D曲線上掛接有控制器 CPU315-2 DP （CPU315-2 DP為PROFIBUS-D曲線上的DP主站），從而實現(xiàn)現(xiàn)場離散 I/O 信號與CPE間的信號傳輸。32個按鈕按從上到下，從左到右的順序，地址依次為I0.0I0.7、I1.0I1.7、I2.0I2.7、 I3.0I3.7 ; 32個指示燈按從上到下， 從左到右的地址依次為 Q0

14、.0Q0.7、Q1.0Q1.7、Q2.0, Q2.7、Q3.0-Q3.7o設(shè)計的基本目標是通過 PROFIBUS-D葩線實現(xiàn)用按鈕對燈的亮、滅的控制，比如幾盞燈的逐 一點亮或者以其它規(guī)律點亮或熄滅。在這個實驗中，我設(shè)計的基本目標是讓六個燈依次點亮然后再依次熄滅。本設(shè)計要求應(yīng)用 STEP7軟件，采用梯形圖語言編程。（STEP7軟件的使用說明參見附錄一）通過STEP微件實現(xiàn)控制后，運用 WINCC1態(tài)軟件編寫界面（界面中組態(tài)出所需要的按鈕和 燈），進而實現(xiàn)通過界面中的按鈕來控制控制柜中的燈的亮滅。四、設(shè)計內(nèi)容與步驟1、分析PROFIBUS離散I/O控制系統(tǒng)的工作原理和組成，確定硬件配置。2、確定軟

15、件控制策略，分配變量。3、依次接通控制系統(tǒng)各電源。3、啟動STEP 7軟件，新建項目。4、在STEP 7中完成硬件組態(tài)。、打開STEP 7組態(tài)軟件選擇Cancel 二、新建工程 在File中點擊New 在彈出的對話框中輸入新的工程名和路徑，路徑可以自由指定，最好不要出現(xiàn)中文路徑名。、插入站 SIMATIC 300 Station四、硬件組態(tài)右鍵點擊工程名，Insert New Object 插入SIMATIC 300 Station或者菜單選擇插入雙擊 Hardware添加軌道Rail右側(cè) SIMERTIC 300 中找到 RACK-30Q 雙擊 Rail插槽1中加入電源 PS 307 5A雙

16、擊 PS 307 5A點擊左上 0 (UR的才f槽1,在右側(cè)找到 SIMERTIC 300中PS-300,i t ( g i h n hi? (| u -r ri iir 卜金川4*11tTf |M EK A/皿 MJe 2口力*2 4i a 上 日 W * _| Ji an OKX U riwX R tetri *CMA.9 noc k si ) II 41 I gBl nil b*hj -i |MI *lll)qm*XI*hJ7Y *-2甯 mlpRmr曜 對EG 中almalCTiiriT(ldu EmITFimGEalEGITI IL;1m-1，vnJnn-il-H-mjTl 加uuF

17、 w H H E Be SB pt n介二3|* J_W_M *ri I TIB- I fii11 iPHrwabi in F* cuHili.ieciicj1(1ie f 11mw,rflEmCEImSubnet 中出現(xiàn) PROFIBUS(1) 1.5Mbps選擇并點擊 OKEFTj J L HIM 1一, .-lij 14- trdtf iIE aie-z twvf HIM If -l E IIW-T FFT rFFt II，舊“I步一 Illi !l1 MM，邙申1_J O；1 IITl i Fli lT二1邙 Jl-:-_jr J E 3 修 I r ra _| av MI4.i,二I

18、 CH flBT 1口- I taniimn iwrvBrVi vn calkcILm. dtf naLv K Jtvvlti-tHa.#7hlldiK | 2 * MU-H. Ud dlJ FaCnm4、插槽4中加入 CP 343-1(1)添加 CP 343-1(2)在彈出的對話框中修改IP address3.UCw0 4rfiLTfVWJrwrzFE sr rirar B-皆 FW3TT ZT fiw? IIQb 口 ft K i-1 *rhF-一 IrtAri 4(1UI* 1al H國 tU-3 lb rU 3L IFS-2 rv 由 rv ri5? 由 ipy- E If ll!E

19、ii Mt 1 iWMU! 3Ll-：M-LOkLI巴CirytJ 114 1-inii - u I： 5f S* ?ri 叼!I-ZtbdUq ilKWhl XclMlUf J+!tw4M3 KI IS, aFILhk*C K在Address選擇3眄Mum Ew心rhHJliFllllIKllhllilftubfAVJiAAA.EAEQgFGdMS_-,】_ h.EnusHl-EplsffIE,h 一 3ud5K i 3Li-h-lUFl ？r-iMlif iii-wIriiM m|L NJWFZP.S-rt4k3| -rp4rhlL:* Hr muM,-Hliftmn- rHfi-nuif

20、VBbSi- .tKaCB“u 3 * llEtSl-#. z lb HH.事 nr.n Hry-i o由 ELE nrwrmr .“IUP /, uftihi wtL FqU _J EH -彈出的 Define Master System 中選擇 Interface module for PROFIBUS-PA 點擊 OK-二ULlfi、n匚U(TMm. now m RRB smfaU1 心二3二|HI il - l？inEI . r-iinp4ifhUbTWn.-rt H4fTi*rkllc :1|.:+ Hr mlMI ,-Hliftmn- rHfi-HUIfVBbSi- .tKaCB點

21、擊選中 PROFIBUS-D暇，在右側(cè)153-1AA03-0XB0 ,選中雙擊即可加到型號6ES7(2)加入 IM 153-1PROFIBUS-D建項 ET 200M 中找到 IM 153-1PROFIBUS-DP上。在彈出的對話框點擊OK |a De B *3 2 3 m- z m 廿 e”，”，“ rftcctix; a“fi is ilogMgg ? IBemwltewwelBn namm，laa二 rWMr* V) lw J6G一：倡LJ-一JUl、l .ateUe*JE ftXtJ0 MX(JC BDtoM(jir msU。TOSTU v m-Sgm3U j81 fWX 34*mkA

22、 上天 n04;,寄蚪喀rT前夸值范圍圖6.22動態(tài)值范圍重復(fù)組態(tài)6個燈6.3.3 組態(tài)退出按鈕添加退出 WinCC運行按鈕。在對象下選擇按鈕，如圖 6.23所示。在彈出的按鈕組態(tài)對話框 文本填寫名稱為退出，選擇字體顏色為宋體紅色。對血選項機W盧連授睛可-E智懈應(yīng)里程序囪口起|巾1窗口特控件J OLE元素輸入/輸出城國探國思圖烈對象的狀態(tài)顯不昌文本列表-_|窗口對象按耙17復(fù)選框3選項相 O圓能按鈕 |濠動委對象圖6.23對象對話框圖6.24按鈕組態(tài)步；選擇觸雙擊動態(tài)向?qū)碌耐顺鯳inCC運行系統(tǒng)。在彈出的歡迎來到動態(tài)向?qū)?，點擊發(fā)器對話框選擇鼠標左鍵，點擊下一步；點擊完成。點擊激活按鈕，運行畫

23、面如圖6.28所示。1.在這個過程中，指導(dǎo)書上是用了兩個按鈕，而實際中我只用了一個按鈕，但是在運行過程中發(fā)現(xiàn)按鈕并不能控制燈亮，后來經(jīng)過改進，加入了右鍵動作，使其常數(shù)為0,即右鍵點擊一次，置零。每運行一次結(jié)束后，點擊右鍵，然后再點擊左鍵，又可以重新運行，這樣就達到 了效果。2.2走廊燈的PLC控制及其實現(xiàn)、設(shè)計目的1、掌握STEP7軟件的編程應(yīng)用流程2、掌握STEP微件的程序基本調(diào)試方法。3、掌握 WINCCk件的使用方法。、實驗設(shè)備. THPCAT-2型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實驗裝置。.計算機及編程軟件 STEP7 WINCC.萬用電表一只。三、設(shè)計題目及要求如右圖所示，選取現(xiàn)場總線控制柜中的32

24、個綠色按鈕和32個橙色指示燈為實驗對象。燈和按鈕信號連接到 2個數(shù)字I/O模塊SM323中，每個SM323模塊包 含16路DI和16路DO SM331和分布式I/O 模塊ET200M1：接相連，ET200M 掛接到 PROFIBUS-D曲線上，PROFIBUS-D總線上掛接有控制器 CPU315-2 DP （CPU315-2 DP為PROFIBUS-D總線上的 DP主站），從而實現(xiàn)現(xiàn)場離散 I/O信號與CPU之間的信號傳輸。32個按鈕按從上到下，從左到右的順序，地址依次為I0.0I0.7、I1.0I1.7、I2.0I2.7、 I3.0I3.7 ; 32個指示燈按從上到下， 從左到右的地址依次為

25、 Q0.0Q0.7、Q1.0Q1.7、Q2.0, Q2.7、Q3.0-Q3.7o設(shè)計的基本目標是通過PROFIBUS-D葩線實現(xiàn)走廊燈的控制，即兩個開關(guān)可以對一盞燈的亮滅進行控制。具體要求為應(yīng)用 STEP 7軟件進行系統(tǒng)硬件組態(tài)，并采用梯形圖語言編程；應(yīng)用WINCGfi態(tài)軟件對系統(tǒng)進行界面組態(tài)設(shè)計。（WINCCk件的使用說明參見附錄二）四、設(shè)計內(nèi)容與步驟1、分析PROFIBUS離散I/O控制系統(tǒng)的工作原理和組成，確定硬件配置。2、確定軟件控制策略，分配變量。3、依次接通控制系統(tǒng)各電源。3、啟動STEP 7軟件，新建項目。4、在STEP 7中完成硬件組態(tài)。過程和實驗一相同5、在STEP 7中編寫“走廊燈控制系統(tǒng)”的梯形圖程序。iprirW litri E-L- W V 加%/ Te b!1 -W-BS6、下裝硬件組態(tài)和程序到PLC控制器中。6、啟動WINCCM牛，新建項目。7、在WINCO件中完成組態(tài)界面的設(shè)計及變量定義。此過程參考