￡海工存枚4/考

ShanghaiUniversityofEngineeringScience

《S7-300與Wince通信與界面設(shè)計

試驗》

實驗指導(dǎo)書

雷菊陽編

機械工程學(xué)院

2015年5月

試驗一循環(huán)燈監(jiān)控試驗

試驗二模擬量限制試驗

試驗三PID限制試驗

試驗四綜合試驗一運料小車PLC程序設(shè)計與wince運

動組態(tài)設(shè)計

試驗五時滯對象PID位置算法限制試驗

一、試驗?zāi)康?/p>

1、駕馭S7300與wince如何通信

2、駕馭wince變量定義與與限制變量如何綁定

3、了解分布式限制系統(tǒng)中操作站的主要功能。

4、熟識WINCC軟件圖形開發(fā)界面。

二、試驗要求

實現(xiàn)限制系統(tǒng)組態(tài)過程，詳細(xì)要求如下：

1、S7300PLC仿真器與計算機相連的組態(tài)過程。

2、圖形界面設(shè)計實現(xiàn)。

3、實現(xiàn)并行驅(qū)動（輸入繼電器與中間繼電器）圖形界面

三、試驗原理

與常規(guī)的儀表限制方式不同的是集散限制系統(tǒng)通過人機操作界面

不僅可以實現(xiàn)一般的操作功能，而且還增加了其他功能，例如限制組

態(tài)、畫面組態(tài)等工程實現(xiàn)的功能和自診斷、報警等維護修理等功能。

此外，畫面便利的切換、參數(shù)變更的簡潔等性能也使集散限制系統(tǒng)的

操作得到改善。

操作站的基本功能：顯示、操作、報警、系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護、報

告生成。操作站的基本設(shè)備有操作臺、微處理機系統(tǒng)、外部存儲設(shè)備、

操作鍵盤與鼠標(biāo)、圖形顯示器、打印輸出設(shè)備和通信接口等。

(1)西門子S7系列PLC編程軟件

本裝置中PLC限制方案采納了德國西門子公司S7-300PLC,采納的

是Step7編程軟件。利用該軟件可以對相應(yīng)的PLC進行編程、調(diào)試、

下裝、診斷。

(2)西門子WinCC監(jiān)控組態(tài)軟件

?S7-300PLC限制方案采納WinCC軟件作為上位機監(jiān)控組態(tài)軟件，

WinCC是結(jié)合西門子在過程自動化領(lǐng)域中的先進技術(shù)和

Microsoft的強大功能的產(chǎn)物。作為一個國際先進的人機界面

(HMI)軟件和SCADA系統(tǒng)，WinCC供應(yīng)了適用于工業(yè)的圖形顯示、

消息、歸檔以與報表的功能模板；并具有高性能的過程耦合、快

速的畫面更新、以與牢靠的數(shù)據(jù)；WinCC還為用戶解決方案供應(yīng)

了開放的界面，使得將WinCC集成入困難、廣泛的自動化項目成

為可能。

四、試驗步驟

1、PLC程序設(shè)計與仿真調(diào)試。

2、變量定義。

3、畫面設(shè)計與組態(tài)。

4、程序運行與調(diào)試。

5、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與視察試驗結(jié)果。

五、試驗參考程序

循環(huán)燈監(jiān)控程序

10.0Ml?二

TI-----------------------(5)-I

N0.0

—11~

Nctvork2：T-tlc：

Ccwwat：

10.LML：

-II——-------------------(K)-I

NO.1

-II~

Vetvork3:Rtle:

Ccnient:

NL0T2TO

TI------------------------1/$<SC)—|

SGTOSOS

Mctvork4：Title：

TOT1

II----------------------------------(SB)—|

S5TS5OS

Netvoxk5：Title：

Coinment：

T2

彳SD)—|

S5T#5OS

Retvoik6：Title：

Comment：

M1.0TOQO.O

______II___________J/I__________________________{\_____I

11l/l\)1

Metvork7：Title：

Comment：

試驗參考主iSl面

六、試驗思索

1、試驗中主畫面設(shè)II和變量有何關(guān)系？

2、報警畫面如何設(shè)計？

3、報表數(shù)據(jù)與現(xiàn)場參數(shù)連接如何建立?

試驗二模擬量限制試驗

一、試驗?zāi)康?/p>

1、駕馭限制如何采集、仿真

2、駕馭線性化編程與結(jié)構(gòu)化編程

3、了解數(shù)據(jù)塊在結(jié)構(gòu)化編程中如何體現(xiàn)。

4、熟識MNCC軟件圖形開發(fā)界面。

二、試驗要求

實現(xiàn)限制系統(tǒng)組態(tài)過程，詳細(xì)要求如下：

1、限制的組態(tài)過程。

2、數(shù)據(jù)塊設(shè)計實現(xiàn)。

3、界面設(shè)計實現(xiàn)

三、試驗原理

1、模擬量I/O模塊

生產(chǎn)過程模擬量輸入模塊CPU

物理室

力

壓

度

溫

量

流

度

速

值

性

PH秸

等

模擬

執(zhí)行器

2、模擬量限制系統(tǒng)設(shè)計舉例

如圖所示為一攪拌限制系統(tǒng)，由3個開關(guān)量液位傳感器，分別檢測

液位的高、中和低?，F(xiàn)要求對A、B兩種液體原料按等比例混合，請編

寫限制程序。

要求：按起動按鈕后系統(tǒng)自動運行，首先打開進料泵1,起先加入

液料A-中液位傳感器動作后，則關(guān)閉進料泵1,打開進料泵2,起先

加入液料B-高液位傳感器動作后，關(guān)閉進料泵2,起動攪拌器一攪拌

10s后，關(guān)閉攪拌器，開啟放料泵一當(dāng)?shù)鸵何粋鞲衅鲃幼骱?，延時5s

后關(guān)閉放料泵。按停止按鈕，系統(tǒng)應(yīng)馬上停止運行?！舅妓鳎涸谥付ǖ?/p>

相應(yīng)液位（如100、200等）關(guān)泵1、泵2,如何設(shè)計程序】

四、試驗步驟

1、編程。

2、變量定義。

3、程序運行與調(diào)試。

4、視察試驗結(jié)果。

五、試驗參考程序

(1)攪拌限制系統(tǒng)線性程序設(shè)計

OBI:"MainProaramSweep(Cycle)

Netw)rk1:Title:

1Q4.0

Q4.1Q4?2Q4.3CMP==IMO.O

_____l/l__________l\/Al________l/_l_\A_______l_/_l\A______\f)\___I1

PIU256-INI

o-IN2

1

Network2:Title:

MO.O10.0M1.0Q4.0

______II__________||__________{T,\_________________I

1111UJ1

Hetwork3:Title:

Q4.0CMP>=IQ4.0

___________________________I

IRJ1

PlCU256-INIQ4.1

__________________________I

U；1

100-IN2

Hetiiork4:Title:

Q4.1CMP>?lQ4.1

」I_______

11《Rl

PIW256-INIQ4?2

~I

200-IN2

Network5:Title:

Q4.2T1

-II---------------------------------------(SDl

S5T#10S

Network6:Title:

T1Ml.3Q4.2

——II----------(P)-卜

Q4.3

Hetwrk7:Title:

PIU256一INI

0-IN2

Network8:Title:

M0.1T2

4SD）一■|

SST#SS

Hetvjork9:Title:

T2

M0.1

Hetw)rk10:Title:

10.0MOVE

ENENO

PIW256-OUT-PQW256

Network11:Title:

10.0

H/H

10.1Ml.7Q4.1

Q4?2

(R卜

Q4.3

(R卜

0B100塊:

Netvrork1:Title:

10.0Q4.0

_____1A_____________________________________/n\____1

10.0Q4.1

_____II____________________________________________I

11(R)1

Q4.2

__________________________________{r,\____I

Q4.3

__________________________________(r)\____I

(RJ1

M4.0

________________________________I

(RJ1

M0.1

_______________________________________|

mi

MO.2

__________________________________{r,\____I

\RJ1

MO.3

__________________________________(v)X____I

MO.4

__________________________________/口、____I

(RJ1

MO.5

_______________________________________I

(RJ1

系統(tǒng)仿真

10.0=0N

PIW256<100Q4.0=0N

PIW256>=100Q4.0=0FFQ4.l=0N

PIW256>=200Q4.l=0FFQ4.2=0FFT1

Tl=0NQ4.2=0FFQ4.3=0NPIW256=0T2

T2=0NQ4.3=0FF

(2)攪拌限制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

jlSIMATICManager-[S7_Prol12-C:\Siemens\Step7\S7proj\S7_Pro_5]

"^S7Jroll21dOBI曲碉口小口陽QFC2QDBIQDB2

OBI塊

OBI:"MainProgramSweep(Cycle),f

NeErk1:Title:

Q4.0Q4,1Q4,2Q4,3CMP==IHO.O

N/l-------l/l-------W--------M——(I

PIV256-INI

0-IN2

1

Hetwrk2:Title:

MO.O10.0M1,0Q4,0

T1-------11--------(P)-------(sH

Network3:Title;

Dll

{OPNH

Wetviork4:Title:

DB1

0FBI

ENENO

DATAO

Q4.0-OUTXO

Q4.1-0UTX1

tJetwork5:Title:

DI2

--------------------------------------------------------------------------------（OPN）~~|

Netvrork6:Title:

DB2

Q4.1FBI

ENENO

DATAO

Q4.1-OUTXO

Q4.2-0UTX1

10.0MOVE

ENENO

PIU256-INOUT-PQW256

Hetiiork9:Title:

10.0

H/F

10.1Ml.7Q4.1

Q4.2

(Ri

Q4.3

31

FBI:Title:

Netgrk1:Title:

^OUTXOCMP>?lfOTITXO

_____II______

11"J1

PI￥256~INIjfOUTXl

________________________{a\____I

\371

D工加一IN2

TCI:Title:

Ket'Nork1:Title:

Q4.2T1

---1I----------------------(SD)—|

S5T*10S

Netirork2:Title:

T1Hl.lQ4.2

Q4.3

Xsj~|

FC2:Title:

Xet.Tior,k1:Title:

Q4.3CMP<=1MO.1

1|_/y\_____I

111刃1

PIW256-IN1

O—IN2

0B100:"CompleteRestart^

network1:Title:

10.0Q4.0

—II-----------------------------------(R卜

10.0Q4.1

―l/l-----------------------------------(R卜

Q4.2

------------------------------(R)-

Q4.3

------------------------------(R卜

DB1

[LAD/5TL/FBD-[DB1-S7Jroll2\SIMATIC3005tation\CPU314(l)]

AddressDeclarationNaineInitialvalueCourent

-DATAOIMT0

2.0in-out01TK0BOOLFALSE

2.1inout01TK1BOOLFALSE

DB2

LAD/STL/FBD-[DB2-S7_Proll2\SIMATIC300Station\CPU314(l)]

AddressDeclaiationNameTypeInitialvalueCoument

_____ojinDATAOIHT0

2.0in_outBOOLFALSE

2.1in-outoinxiB001FALSE

系統(tǒng)仿真

國S7-PLtSIM-SinWieM-|a|x|

gewInsertPLCExecuteToolsWndowHdp

IO.O=ON

PIW256<100Q4.O=ON

PIW256>=100Q4.O=OFFQ4.1=ON

PIW256>=200Q4.1=OFFQ4.2=OFFT1

T1=ONQ4.2=OFFQ4.3=ONPIW256=0T2

T2=0NQ4.3=OFF

六、試驗思索

1、線性程序設(shè)計和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計應(yīng)用哪種場合?

2、模擬量限制與開關(guān)量限制有哪些區(qū)分？

3、畫面如何設(shè)計？

4、數(shù)據(jù)塊如何設(shè)計？

試驗三PID限制試驗

一、試驗?zāi)康?/p>

1、駕馭PID限制器如何用程序來實現(xiàn)

2、駕馭背景數(shù)據(jù)庫如何設(shè)計與調(diào)用

3、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法與調(diào)試。

一、試驗要求

數(shù)字PID設(shè)計，詳細(xì)要求如下:

1、模擬PID的離散化方法。

2、程序設(shè)計實現(xiàn)。

三、試驗原理

1閉環(huán)PID限制

PID限制器管理輸出數(shù)值，以便將偏差(e)為零，使系統(tǒng)達到穩(wěn)定

狀態(tài)。偏差是給定值(SP)和過程變量(PV)的差。

2PTD算法

PID限制原則以下列公式為基礎(chǔ)，其中將輸出M(t)表示成比例項、

積分項和微分項的函數(shù)：

"+4」祈+慶移+乩M

M(t)\=，KDpI\adtmita

0

其中：材〃)為PID運算的輸出，是時間的函數(shù)

小為PID回路的比例系數(shù)

心為PID回路的積分系數(shù)

?為PID回路的微分系數(shù)

e為PID回路的偏差(給定值和過程變量之差)

Minita］為PID回路輸出的初始值

為了在數(shù)字計算機內(nèi)運行此限制函數(shù)，必需將連續(xù)函數(shù)化成為偏

差值的間斷采樣。數(shù)字計算機運用下列相應(yīng)公式為基礎(chǔ)的離散化PID

運算模型。

Mn=Kp*en+K,et+M[nual+Kd*(en-%)

/-I

其中：.%為采樣時刻n的PTD運算輸出值

Kp為PID回路的比例系數(shù)

燈為PID回路的積分系數(shù)

Q為P1D回路的微分系數(shù)

%為采樣時刻n的PID回路的偏差

en-i為采樣時刻n-1的PID回路的偏差

e1為采樣時刻1的PID回路的偏差

為PID回路輸出的初始值

在此公式中，第一項叫做比例項，其次項由兩項的和構(gòu)成，叫積分項,

最終一項叫微分項。比例項是當(dāng)前采樣的函數(shù)，積分項是從第一采樣

至當(dāng)前采樣的函數(shù)，微分項是當(dāng)前采樣與前一采樣的函數(shù)。在數(shù)字計

算機內(nèi)，這里既不行能也沒有必要存儲全部偏差項的采樣。因為從第

一采樣起先，每次對偏差采樣時都必需計算其輸出數(shù)值，因此，只須

要存儲前一次的偏差值與前一次的積分項數(shù)值。利用計算機處理的重

復(fù)性，可對上述計算公式進行簡化。簡化后的公式為：

此=甌*%+(￡*%+A1X)+3*6-%)

其中：為采樣時刻n的PTD運算輸出值

KD為PID回路的比例系數(shù)

Ki為P1D回路的積分系數(shù)

為PID回路的微分系數(shù)

黨為采樣時刻n的PID回路的偏差

en-i為采樣時刻n-1的PID回路的偏差

MX為積分項前值

計算回路輸出值

CPU實際運用對上述簡化公式略微修改的格式。修改后的公式為：

MH=MPH+MHI+MDn

其中：為采樣時刻n的回路輸出計算值

?明為采樣時刻n的回路輸出比例項

MIn為采樣時刻n的回路輸出積分項

MDn為采樣時刻n的回路輸出微分項

?比例項

比例項MP是PID回路的比例系數(shù)（赤）與偏差⑹的乘積，為了便

利計算取0:七oCPU采納的計算比例項的公式為：

MP,=Kc*3P“—P%）

其中：MPn為采樣時刻n的輸出比例項的值

Kc為回路的增益

SPn為采樣時刻n的設(shè)定值

PVn為采樣時刻n的過程變量值

?積分項

積分項Ml與偏差和成比例。為了便利計算取。CPU采納的積分項公

式為：

MI“=KC*TJTJ（SP“-PY}+MX

其中：MIn為采納時刻n的輸出積分項的值

Kc為回路的增益

Ts為采樣的時間間隔

Ti為積分時間

SPn為采樣時刻n的設(shè)定值

PVn為采樣時刻n的過程變量值

MX為采樣時刻nT的積分項（又稱為積分前項）

積分項（MX）是積分項全部從前數(shù)值的和。每次計算出MIn以后，

都要用去更新MX。其中MI”可以被調(diào)整或被限定。MX的初值通常

在第一次計算出輸出之前被置為Minitai（初值）。

其它幾個常量也是積分項的一部分，如增益、采樣時刻（PTD循環(huán)

重新計算輸出數(shù)值的循環(huán)時間）、以與積分時間（用于限制積分項對輸

出計算影響的時間）。

?微分項

微分項MD與偏差的變更成比例，便利計算取。計算微分項的公式

為：

MDn=K：T,7；*((珥-刀；)-眼「2心))

為了避開步驟變更或由于對設(shè)定值求導(dǎo)而帶來的輸出變更，對此公

式進行修改，假定設(shè)定值為常量(SPn二SPn—i),因此將計算過程變量的

變更，而不計算偏差的變更，計算公式可以改進為：

其中：的口為采納時刻n的輸出微分項的值

心為回路的增益

Ts為采樣的時間間隔

Td為微分時間

S5為采樣時刻n的設(shè)定值

SPn—i為采樣時刻n-1的設(shè)定值

PVn為采樣時刻n的過程變量值

PVRT為采樣時刻n-1的過程變量值

3PID算法的實現(xiàn)

?運算框圖

四、試驗步驟

1、PLC程序設(shè)計與仿真調(diào)試。

2、設(shè)計背景數(shù)據(jù)塊。

3、程序運行與調(diào)試。

4、視察試驗結(jié)果。

五、試驗參考程序

0B1

Network1:Title:

DI2

Netvrork2:Title:

11.0MOVEMOVE

11ENENOENENO

PIW256-INOUT-HW1OOMU200-INOUT-PQU300

LDIDI_BCD

ENENOENENO

wioo-INOUT-MD102MD102-INOUT-MD106

l_DIDI_BCD

ENEMOENENO

MW2OO-INOUT-MD202MD202-INOUT-MD206

0B35

r>B2

TO.OFB1

___________11__p_r_T__ij________FT?TCl

11

1.6OOOOOe-?-

003—SPNcyd—MTJ2OO

1.OOOOOOe-fr-

ooo—KC

1.OOOOOOe-

OOJ,——TS

6.OOOOOOe-4-

OOJL—TT

J--OOOOOOe—

002—TT>

MTJXOO一DD

IJL.JL—ACTV

?■■—MKT

...M---X

■■■PXTKT1

...—MPN

...,MIN

■■■M---E>N

■■―P--V-TJ

FBI

m:Tide:

Networkij:Title:

Hetwrk2:Title:

Netwirk3:Title:

Network4:Title:

Hetwork5:Title:

Hetviork6:Title:

DB2

SLAD/5TL/FBD-[DB2-YYY\SIMATIC300(l)\CPU314]

QFileEditInsertPLCDebugViewOptionsWindowHelp

________

AddressDeclarationNaneTypeInitialvalueCojiment

_____ojin5?NREAL0.000000e+000

4.0inKCREAL0.000000e+000

8.0inTSREAL0.000000e+000

12.0inTIREAL0.000000e+000

16.0inTDREALO.OOOOOOe+OOO

20.0inDDINT0

22.0inACTVBOOLFALSE

24.0outcydINT0

26.0in_out朋REALO.OOOOOOe+OOO

30.0in_outMXREALO.OOOOOOe+OOO

34.0in_outPVN1REALO.OOOOOOe+OOO

38.0in_outM?NREALO.OOOOOOe+OOO

42.0in_outMINREALO.OOOOOOe+OOO

46.0in_outmREALO.OOOOOOe+OOO

50.0in_outREALO.OOOOOOe+OOO

仿真：視察過程量PIW256的變更，PID輸出限制PQW350的變

更

0B1：

Wetviurk1:Title:

DI2

<0PN)—||lB257[BT^3

7654321076543210

WetTiork2:Title:廠廠廠廠rP/fET廠廠廠廠rrrr

六、試驗思索

1、背景數(shù)據(jù)庫如何設(shè)II?

2、PID調(diào)整器如何用程序來實現(xiàn)?

試驗四綜合試驗一運料小車PLC程序設(shè)計與Wince運

動組態(tài)設(shè)計

一、試驗?zāi)康?/p>

1、駕馭S7300與wince如何通信

2、駕馭wince變量定義與與限制變量如何綁定

3、了解分布式限制系統(tǒng)中操作站的主要功能。

4、熟識MNCC軟件圖形開發(fā)界面。

5、了解運動物體組態(tài)設(shè)計

二、試驗要求

實現(xiàn)限制系統(tǒng)組態(tài)過程，詳細(xì)要求如下：

1、S7300PLC仿真器與計算機相連的組態(tài)過程。

2、圖形界面設(shè)計實現(xiàn)。

3、實現(xiàn)并行驅(qū)動（輸入繼電器與中間繼電器）圖形界面，實現(xiàn)動態(tài)

設(shè)計效果。

三、試驗原理

試設(shè)計一個料車自動循環(huán)送料限制系統(tǒng)，要求：

（1）初始狀態(tài)：小車在起始位置時，壓下SQ1；

(2)啟動：按下啟動按鈕SB1,小車在起始位置裝料，10s后向右運

動，至SQ2處停止，起先下料，5s后下料結(jié)束，小車返回起始位置，

再用10s的時間裝料，然后向右運動到SQ3處下料，5s再返回到起始

位置……完成自動循環(huán)送料，直到有復(fù)位信號輸入。

(提示：可用計數(shù)器登記小車經(jīng)過SQ2的次數(shù))

四、試驗步驟

1、料車自動循環(huán)送料限制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計與仿真調(diào)試。

2、圖形界面設(shè)計。

3、運動組態(tài)

4、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)并視察試驗結(jié)果。

五、試驗參考程序

OBI："MainProgramSweep(Cycle)

Comment：

etrork1：啟動指示燈

Comment：

Network2:后期于自不xJ

Comment：

Netvork3：裝料延時

Comment：

13.0Q5.0

Q2.0起始限位開TO裝料交流接

啟動指示燈至0裝料延時觸器控制

"LAHPl"-SKO-.'Timer。"-"KMO-

—1/1—―0~I

TO

裝料延時

"Timer。"

S_ODT

SQ-

S5T#10S-TVBI

RBCD-MW50

Netvork4：Title：

Comment：

BCD」

------ENENO----------------------------------

MW50-INOUT-MW100

Netvork5：Title：

Comment：

DIVJ

ENENO

W100-INIOUT-MW100

10-IN2

HetTork6：循環(huán)計數(shù)控制第一卸料點行走與停車

Comment：

CO

循環(huán)計數(shù)控

制第一卸料

13.1點行走與停

SK]車

"置總限位

"COUNTER。"

開關(guān)r

S_CD

LrnUHA

COcv

循環(huán)計數(shù)控

13.1制第一卸料CVBCD

Q2.0SKI點行走與停

啟動指示燈"卸料限位車

"LAMP1"開關(guān)1""COUNTERO"

―II-----------1/1-―1/1——S

C#2-PV

Q2.0

啟動指示燈

"LAMP1'

―1/1—R

132

卸料施位開

美2

'CK2"

Netvoxk7：右行控制

Comment：

CO

循環(huán)計數(shù)控

13.1制第一卸特工32Q5.2Q5.1

卸料商位開

TOSKI點行走與停T1小車左行控小車右行控

裝科延時?面科限位車卸料延時關(guān)2制制

TIMCXO開關(guān)了"COUNTER。""TIMERI”"CK2一"KM2"“KMl.

—L4———1/1——-------------M——T/I-T)——1

Q5.1CO

小車右行控循壞計數(shù)控

制13.1制第一卸料

~KM1”SK1點行走與停

.卸料限位車

開關(guān)廠"COUNTER。"

——1/1——

Netvork8：卸料延時

Comment：

Q5.113.1Q5.3

小車右行控SKIT1小車左行控卸料交流接

制"卸料限位即料延時制觸器控制

“KM1"并笑1"'TIMER-"KM2""KM3”

―0~I

Q5.2132Q5.2知最時

小車左行控卸科布位開小車左行控

制關(guān)2制“TIJER1"

"KM2""CK2'"KM2"

S-ODT

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