【文章內(nèi)容簡介】 結(jié)果 輸出 為 4～ 20mA 的直流電流 。 兩個渦輪流量計 進行 變頻器控制的動力支路及盤管出口處的流量 的檢測，渦輪流量計 的優(yōu)點是測量精度高，反應快。 其 采用標準二線制傳輸方式，工作時需提供 24V 直流電源 ，可以測量的 流量范圍 是 ～ ，測量精度為 精度： %，結(jié)果 輸出 也是 4～20mA 直流電流 。 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 4 系統(tǒng)的設(shè)計過程 系統(tǒng)裝置接線 圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 根據(jù)前三章的 內(nèi)容，設(shè)計出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示，運用學校實驗室已有的求是教儀可以組建該系統(tǒng)，求是教儀實際上是將我們要用到的電源、 PLC、三相 SCR 調(diào)壓裝置、變送器等裝置的接線端子集成到了同一個界面上，我們可以直接在教儀上連接線路，組成系統(tǒng)。下圖為基于 S7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)的接線圖： 圖 硬件接線圖 kingview 上位機 鍋 爐 測 量 變 送 器 執(zhí)行器 P L C 流量 溫度 AI AO TCP/IP 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控 制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 11 由圖 ，接線孔主要分為兩類：第一類是電源類，即三相電源輸出孔、單相電源輸出孔、各裝置的電源輸入孔；第二類是信號類，即 4～ 20mA 電流孔、 RS485 通訊線孔等。接線時，一 般先接各個設(shè)備的通訊線再接好電源線，由于各個孔的過流過載特性不同，在接線之前，一定要斷開電源，檢查無誤才可以通電。 模擬量信號采集 本次設(shè)計需采集的模擬量信號有鍋爐內(nèi)膽的溫度以及鍋爐 夾套 冷卻水的流量。 模擬量信號的采集分為兩個過程一個是測量一個是變送，鍋爐內(nèi)膽水的溫度 由溫度傳感器采集后經(jīng)過 溫度變送器轉(zhuǎn)換成 成 4～ 20mA 的電流信號送入 S7300PLC 的模擬量輸入模塊（ SM331），同樣的，流量信號也是轉(zhuǎn)換成 4～ 20mA 的標準信號后才送入 SM331 模塊。 在SM331 模塊中還涉及到了標度變換，它會將 4～ 20mA 的電信號轉(zhuǎn)換成 0～ 27648 的整數(shù)，占用一個字大小的系統(tǒng)儲存區(qū)。 西門子 Step 7 編程軟件的簡介 Step 7是西門子 （ SIMATIC）的一款 工業(yè)軟件，它是 針對于西門子 可編程邏輯控制器（ PLC）進行組態(tài)和編程的軟件。 Step 7 提供 了各種版本以適應不同的應用需求其中STEP 7 Micro/DOS、 STEP 7 Micro/WIN 是用于 S7200PLC 系列的編程和組態(tài)軟件包；STEP 7 Lite 適用于 S7300、 C7 系列 PLC、 ET200X 和 ET200S 系列分布式 I/O 的編程和組態(tài)軟 件包； 而 STEP 7 Basis 適用于 S7300/400、 M7300/400 和 C7 系列的編程和組態(tài)軟件包。 STEP 7 可以根據(jù)需要按照項目新建向?qū)У闹敢葱枰陆椖抗こ袒蛘咛^向?qū)Ш?，手動?chuàng)建新項目并逐步添加所需的組件和塊。下面展示一下一般情況下打開軟件后按照向?qū)нM行項目工程創(chuàng)建的步驟： 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 向?qū)М嬅?一 打開 Step 7 出現(xiàn)在我們面前的是向?qū)М嬅?1，選擇“下一步”即可； 圖 向?qū)М嬅?二 在向?qū)М嬅?2 我們選擇本次設(shè)計所用的求是教儀上安裝好的西門子 PLC 3152 PN/DP； 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控 制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 13 圖 向?qū)М嬅?三 在向?qū)М嬅?3 我們可以根據(jù)自己的需要選擇所要用到的組織塊以及使用的編程語言，選好之后點擊“下一步”； 圖 向?qū)М嬅?四 在圖 4上我們可以進行項目的命名，之后點擊完成就可以成功創(chuàng)建一個新的項目了。創(chuàng)建好的新項目或者打開的一個項目窗口如下圖 所示，各個區(qū)域有與之對應的功能： 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 Step 在這里要特別介紹一下塊文件夾，塊文件夾里儲存的數(shù)據(jù)通常有邏輯塊、 數(shù)據(jù)塊(DB)、 系統(tǒng)數(shù)據(jù) (雙擊該對象將顯示一個 系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 (SDB)列表 )、 變量表 (用于監(jiān)視和修改變量 )。 分別打開不同的塊有不同的功能和界面。 邏輯塊是含有一部分用戶程序的塊：邏輯塊包括組織塊（ OB）、功能塊（ FB）、功能（ FC）、系統(tǒng)功能塊（ SFB）、系統(tǒng)功能（ SFC），數(shù)據(jù)塊則只包含數(shù)據(jù) 沒有邏輯指令。 圖 Step 名稱欄 菜單欄 工具欄 項目區(qū) 工作區(qū) 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控 制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 15 點開塊文件夾里的塊或者變量表會出現(xiàn)不同的窗口，例如點開 OB1 就可以出現(xiàn)對OB1進行編程的窗口（圖 ）， 我們可以選用梯形圖邏輯、語句表和功能塊圖進行編程，值得注意的是在使用 STEP 7 下載程序到 PLC 時要先設(shè) 置好 PC/PG 接口。 圖 OB1塊的編程窗口 PLC程序的編寫 Step 7 為用戶提供了三種 PLC 的編程方法，分別是線性化、模塊化、結(jié)構(gòu)化的方法，三種方法的圖解如下： 圖 三種程序結(jié)構(gòu) 線性化編程的所有指令都是在一個組織塊 OB1里循環(huán)執(zhí)行的；模塊化編程的思想是每個設(shè)備的控制指令都在各自的塊內(nèi)， OB1 將按順序的調(diào)用這些塊；結(jié)構(gòu)化編程的特點廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 則是不同的塊調(diào)用可以重復利用的代碼， OB1 或其他塊調(diào)用這些塊并傳遞相應的參數(shù)。 由 圖 鍋爐內(nèi)膽水溫前饋 反饋控制的系統(tǒng)框圖可以知道，我們 的程序的功能主要包括各模擬量輸入輸出，標度變換和歸一化處理，以及兩個控制器（前饋和反饋）。下面來介紹一下我們編程將會用到的一些塊： 組織塊： OB1， OB1 通常是主程序，負責循環(huán)處理即操作系統(tǒng)的每一次循環(huán)都會運行一次 OB1； OB35， 0B35 是定時循環(huán)中斷組織塊，可以通過設(shè)置其中斷時間來實現(xiàn)我們需要的功能； OB100， OB100 通常用來數(shù)據(jù)的初始化，因為它只在 PLC 暖啟動（手動撥動開關(guān)）被執(zhí)行一遍。 功能塊： FB41， FB41 可以用作連續(xù) PID 控制器，只要設(shè)置好各個參數(shù)（管腳）的值，給予輸入就可以計 算出 PID 算法的輸出值； FB41 的主要參數(shù)有以下幾個： PV_IN ：過程變量（浮點格式）的輸入管腳； DISV：擾動的輸入（ 0～ 1 實數(shù)）管腳 ； LMN：控制器的輸出（ 0～ 100 浮點數(shù)）管腳； 功能： FC10 FC106；可以將這兩個功能看成是一套公式計算器，作用是將模擬量信號經(jīng)模擬量輸入模塊 SM331轉(zhuǎn)換成的 0～ 27648的數(shù)轉(zhuǎn)換成 FB41可以使用的浮點數(shù)?；蛘邔?FB41 輸出的浮點數(shù)轉(zhuǎn)換成 0～ 27648 的數(shù)。 程序的大致過程如下：溫度和流量的模擬信號經(jīng)傳感器采集后經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換為 4～ 20mA 的電 流信號送入了西門子模擬量輸入模塊 SM331，但是 PLC 內(nèi)部并不能直接識別 4～ 20mA 的電流信號，該信號必須在 SM331 中轉(zhuǎn)換成 0～ 27648 的整數(shù)（占用一個字大小，放在 PIW中）。這個整數(shù)信號應該送至 FB41 的管腳，但是 FB41 又只能識別 0～1 的浮點數(shù)，因此在送入 FB41 之前我們將該整數(shù)經(jīng) FC105 轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)，其中溫度信號放在 FB41 的背景數(shù)據(jù)塊（ DB41）中，流量信號放在雙字寄存器 MD20 中，因此我們編寫的主要程序如下： 圖 流量 信號 的引入 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控 制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 17 圖 前饋系數(shù)的設(shè)置 圖 前 饋補償?shù)挠嬎? 圖 轉(zhuǎn)換成實數(shù) 圖 溫度信號 的引入 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 PID算法的實現(xiàn) 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控 制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 19 圖 對應的 DB41數(shù)據(jù)塊 5 組態(tài)的建立 過程 組態(tài)軟件介紹 組態(tài)軟件，也被稱為組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。 取 自英國的 SCADA 系統(tǒng) Supervisory Control and Data Acquisition（ 數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集系統(tǒng) ）。它指的是進行數(shù)據(jù)采集與過程控制的一種特殊的軟件。 它們 是在自動控制 系統(tǒng) 的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境一級，使用靈活的組態(tài)方式，是 為用戶迅速建設(shè)工業(yè)自 動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的軟件工具。組態(tài)軟件的應用非常廣泛，可應用于電力系統(tǒng)，給水系統(tǒng)，石油，監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集和過程控制領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的化學。也被稱為電力系統(tǒng)遠動和電氣化鐵路（ RTU 系統(tǒng)，遠程終端單元）。 用組態(tài)軟件構(gòu)造“監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”的好處之一就是能大大縮短開發(fā)時間，并能保證系統(tǒng)的質(zhì)量。能快速便捷地進行圖形維護和數(shù)據(jù)采集是此類系統(tǒng)的關(guān)鍵點。組態(tài)王正是提供了豐富的快速應用設(shè)計的工具 。組態(tài)王具有以下幾個特點：（ 1） 方便實用的工程管理 ；（ 2） 集成的開發(fā)環(huán)境 ；（ 3） 功能強大、易用的繪圖工具 （ 4） 靈活的便捷菜單 （ 5） 圖形對象豐富 。 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 目前比較常用的組態(tài)軟件有很多，例如 萬維公司（ Wonderware） 的 InTouch， 西門子自動化與驅(qū)動集團 (Aamp。D)的 WinCC 以及 北京亞控科技發(fā)展有限公司 的 組態(tài)王（ KingView）等等。作為具有一定的地位的國內(nèi)本土品牌《組態(tài)王》，裝機量不容小視，同時其功能也是相當完善的，而且上手較快，因此本次設(shè)計選用組態(tài)王來實現(xiàn)上位機的監(jiān)控，下面對組態(tài)王的使用作一個簡單的介紹： 圖 組態(tài)王工程管理器 打開組態(tài)王我們將會見到圖 ，要是我們是運行已有工程可以直接選定一個工程雙擊或者單 擊“運行”按鈕；若是要進行編程或者畫面設(shè)計則要點擊“開發(fā)”按鈕；如果是新建一個工程則要點擊“新建”，下面介紹一下新建一個工程的步驟： 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控 制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 21 圖 新建工程向?qū)М嬅?一 點擊“下一步”； 圖 新建工程向?qū)М嬅?二 在向?qū)М嬅?2選擇瀏覽 工程 的儲存路徑，之后 點擊“下一步”； 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 新建工程向?qū)М嬅?三 對工程的命名和描述在向?qū)М嬅嫒N完成，點擊“完成”則一個新的項目工程新建完畢。在工程管理器中選擇剛剛新建好的工程點擊“開發(fā)”就可以進入如下圖所示的項目工程的開發(fā)界面了； 圖 新建工程向?qū)М嬅?三 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控 制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 23 大部分的開發(fā)工作都是從圖 的工程瀏覽器開始的，例如我們要創(chuàng)建一個新的畫面步驟是：先在左邊欄里選擇畫面，再在右邊欄里選擇新建就可以進入新建畫面的窗口了；其他的諸如數(shù)據(jù)詞典的建立、設(shè)備端口的設(shè)置等等都是這樣先在左邊欄里選好右邊欄里再選擇相應的操作即可。 圖 新建 畫面 圖 新建 變量 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 組態(tài)的建立過程 本設(shè)計的組態(tài)建立過程大致可以分為四個步驟： ； 詞典； ； 。 首先我們參照 節(jié)在組態(tài)王里新建好一個項目工程，并 根據(jù) 節(jié)前饋 反饋控制系統(tǒng)的框圖可以得出此次設(shè)計組態(tài)界面應該包含的動畫元素，因此我們利組態(tài)王畫出的監(jiān)控界面如下圖： 圖 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控制系統(tǒng)組態(tài)界面 新建好畫面之后，我們在工程瀏覽器里選擇 COM 口并新建一個 PLC 設(shè)備： 基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控 制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 25 圖 添加 PLC設(shè)備 圖 選擇所需要的設(shè)備 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 為選擇好的設(shè)備命名 圖 選擇所用的串口基于 s7300 鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋 反饋控 制系統(tǒng)設(shè)計（組態(tài)） 27 圖 設(shè)置設(shè)備的地址 設(shè)置好地址和通訊參數(shù)，我們就可以在新建數(shù)據(jù)詞典里面的 I/O 變量的時候選擇這個設(shè)備了，顯然，圖 監(jiān)控 界面中要用到的量就是我們新建數(shù)據(jù)詞典的時候應該包含的，表 就是本次設(shè)計的主要數(shù)據(jù)變量表： 表 數(shù)據(jù)變量表 變量名稱 變量類型 溫度 1（反饋值） I/O實數(shù) 流量 1 I/O實數(shù) 設(shè)定值 I/O實數(shù) P I/O整數(shù) I I/O整數(shù) D I/O整數(shù) 前饋系數(shù) I/O整數(shù) 鏈接好通訊線，將數(shù)據(jù)變量與監(jiān)控畫面中的動畫一一鏈接，點擊工程瀏覽器的“運行”按鈕或者畫面編輯窗口的“切換到 view”我們的組態(tài)就可以監(jiān)