【文章內(nèi)容簡介】 選用CPU312IFM。各模塊從S7300背部總線吸取的電流是各個模塊電流總和。從24V負載電源吸取的電流之和，功耗也和上面的一樣[11]。在該設計中∶各模塊從S7300背部總線吸取的電流=40+70+60+60+602=350mA各模塊從24V負載電源吸取的電流=1000+75+55+2002+2402=2100Ma功耗=88+++2+32=（W）另外，還要考慮S7300的接地，在設計中能把接地和屏蔽正確的結合起來使用，解決大部分干擾問題。 傳感器在該設計中還是需要傳感器比如：電磁傳感器用AE100M/200M，濃度傳感器MBT200等。 PID算法從前面介紹的系統(tǒng)設計來看，有許多的功能是重復的。因此我們采用分布式編程。將該用戶程序分成相對獨立的指令塊。每個塊包含給定的部件或作業(yè)組的控制邏輯。各分塊的執(zhí)行由組織塊中的確指令決定。工業(yè)控制中最常用的控制算法是PID算法。PID控制是比例積分微分控制的簡稱。對大多數(shù)控制對象，采用PID控制，均可達到滿意地控制效果，如圖43 PID控制圖所示[12]。按偏差的比例、積分微分控制中應用最廣泛的確控制規(guī)律。由實際的經(jīng)驗及道理分析證明。這是控制規(guī)律在相當多的工業(yè)對象進行控制時能取得比較滿意的結果，在PLC控制系統(tǒng)中也首先采用這種形式的控制方式。在常規(guī)的控制系統(tǒng)中，為了改善系統(tǒng)性能，提高調節(jié)品質，除了按偏差的比例調節(jié)外，還要引入偏差的微分以克服系統(tǒng)的慣性滯后，提高抗干擾的能力。PID控制具有以下優(yōu)點：a）原理簡單，使用方便。b）適應性強，可以廣泛應用于化工、熱工、冶金、煉油以及造紙、建材等各種生產(chǎn)部門。即使目前最新式的過程控制計算機，其基本的控制功能也仍然是PID控制。c）魯棒性強，即其控制品質對被控對象特性的變化不大敏感。PID有幾種不同的形式，它們分別是：位置式和增量式。位置式：模擬儀表的調節(jié)動作是連續(xù)的，任何瞬時的控制量輸出u都對應于，執(zhí)行機構的位置。由： （43） 可知，數(shù)字PID控制器的輸出也和閥位對應，故稱為位置式。計算機實現(xiàn)位置式不夠方便，這是因為累加偏差e（j），不僅要占用較多的存儲單元，還不便于編程。增量式：根據(jù)控制理論不難寫出N時刻控制量的增量u（n）為： （44）其中： 稱為比例系數(shù) 稱為積分系數(shù) 稱為微分系數(shù)在上式中u（n）對應于第N時刻閥位的增量。故N時刻的實際控制量為： u（n）=u（n1）+u（n） （45） 圖43 PID控制框圖其中N為第N1時刻的控制量。綜上所述，計算u（n）和u（n）要用到第（n1）\（n2）時刻的歷史數(shù)據(jù)，采用遞歸法保存那些數(shù)據(jù)，如圖44所示[13]。e（n1）e（n2）e（n）u（n）u（n1） 圖44 數(shù)據(jù)的傳輸其中u（n1）把數(shù)據(jù)傳送給u（n），e（n）把數(shù)據(jù)傳送給e（n2），e（n2）把數(shù)據(jù)傳送給e（n1）。用該形式的優(yōu)點是，編程簡單，歷史數(shù)據(jù)可以遞推使用，并占用存儲單元少，運算速度快。為了方便編程，把u（n）整理成：u（n）= u（n）u（n1）　　 （46）5 WinCC組態(tài)部分 西門子WinCC簡介WinCC是西門子公司在自動化領域采用最先進的技術與微軟公司在共同開發(fā)的居于世界領先地位的工控軟件。WinCC即WINDOWS CONTROL CENTER（視窗控制中心）。WinCC是一個功能強大的全面開放的監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用來完成小規(guī)模的簡單的過程監(jiān)控應用，也可以用來完成復雜的應用。在任何情況下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人機對話接口，使操作員能夠清晰地管理和優(yōu)化生產(chǎn)過程。在設計思想上，SIMATIC WinCC繼承了西門子公司博大精深地企業(yè)文化理念，性能最全面，技術，系統(tǒng)最開放地HMI/SCADA軟件是WinCC開發(fā)者的追求。WinCC是按世界范圍內(nèi)使用的系統(tǒng)進行設計的，因此從一開始就適合于世界上各主要制造商生產(chǎn)的控制系統(tǒng)，如：AB，Modicon，GE等，WinCC還可以與更多的第三方控制器進行通訊[14]。作為SIMATIC全集成自動化系統(tǒng)的重要組成部分，WinCC確保與SIMATIC S5，S7的PLC連接的方便和通訊的高效。WinCC與STEP 7編程軟件的緊密結合縮短了項目開發(fā)的周期。此外，WinCC還有對SIMATIC PLC進行系統(tǒng)診斷的選項，給硬件維護提供了方便。 WinCC運行于個人計算機環(huán)境，可以與多種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目，可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進行組態(tài)，編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作界面，監(jiān)視畫面，控制畫面，報警畫面，實時趨勢曲線和打印報表等。它為操作者提供了圖文并茂，形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件的設計周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一個特點在于其整體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好地人機界面，滿足實際需要。用戶也可將WinCC作為擴展的基礎，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的系統(tǒng)。 西門子視窗控制中心SIMATIC WinCC是HMI軟件中的后起之秀，1996年進入世界工控軟件市場，當年就被美國Control Engineering 雜志評為最佳HMI軟件，以最短的時間發(fā)展成第3個在世界范圍內(nèi)成功的SCADA系統(tǒng)。在歐洲，它無可爭議的成為第一[14]。 WinCC的主要功能WinCC幾乎擁有先進人機界面產(chǎn)品的所有功能，其集成的功能已包括： （1）圖形系統(tǒng) 用于自由地組態(tài)畫面，并完全通過圖形對象進行操作，圖形對象具有動態(tài)屬性并可對屬性進行在線組態(tài)。（2）信息系統(tǒng) 記錄和存儲事件并予以顯示，可自由選擇信息分類、信息顯示和報表，操作非常簡便。（3）變量存檔記錄和壓縮測量值，用于曲線和圖表顯示及進一步的編輯功能。 （4）報表系統(tǒng) 用戶自由選擇一定的報表格式，按時間順序或事件觸發(fā)來對信息操作、文檔當前數(shù)據(jù)進行用戶報表輸出。（5）數(shù)據(jù)處理 對圖形對象的動作使用C語言及C編譯器進行編輯。 （6）標準接口 通過ODBC和SQL訪問用于組態(tài)和過程數(shù)據(jù)的SYBASE數(shù)據(jù)庫。 （7）應用程序接口 允許用戶編寫可用于擴展WinCC基本功能的標準應用程序。 另外，WinCC還提供多種可選軟件包。如，通訊開發(fā)工具CDK，允許用戶開發(fā)用于連接數(shù)據(jù)管理器與任何目標系統(tǒng)的通訊軟件。 WinCC的組態(tài)及歸檔數(shù)據(jù)存放在關系型數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)可用標準工具如ODBC和SQL等讀出。很多標準的應用如Microsoft Excel等可以和WinCC并行運行，同時可通過DDE裝載過程數(shù)據(jù)。操作員站軟件允許通用的OCX、ActiveX鏈接。更進一步，集成的OPC（OLE for process control）服務器使得過程數(shù)據(jù)可由其它應用程序（OPC客戶機）訪問。 WinCC是PCS7系統(tǒng)的操作站采用的監(jiān)控軟件（HMI）。它是一個32位的基于Windows的監(jiān)控軟件。在PCS7中，它被集成在SIMATIC程序管理器中。 WinCC選件 WinCC以開放式的組態(tài)接口為基礎迄今已經(jīng)開發(fā)大量的WinCC選件和WinCC的附加件。WinCC選件能滿足用戶的特殊需要主要包括以下部件：（1）服務器系統(tǒng)服務器系統(tǒng)（server）用來組態(tài)客戶機/服務器系統(tǒng)。服務器與過程控制建立連接并存儲過程數(shù)據(jù)；客戶機顯示過程畫面。（2）冗余系統(tǒng)冗余系統(tǒng)（redundancy）及兩臺WINCC系統(tǒng)同時并行運行，并互相監(jiān)視對方的狀態(tài)，當一臺機器出現(xiàn)故障時，另一臺機器可接管整個系統(tǒng)。（3）WEB瀏覽器WEB瀏覽器（Web navigator）可通過I使用I瀏覽器監(jiān)控生產(chǎn)過程狀況。（4）用戶歸檔用戶歸檔（user archive）給過程控制提供一整批的數(shù)據(jù)，并將過程控制的技術數(shù)據(jù)連續(xù)存儲在系統(tǒng)中。（5）開放式工具包開放式工具包（ODK）提供了一套API函數(shù)，使應用程序可與WINCC的各部件進行通訊。（6）WinCC Dat MonitorWinCC Dat Monitor是通過網(wǎng)絡顯示和分析WinCC數(shù)據(jù)的工具。（7）WinCC ProagengtWinCC Proagengt能準確，快速地診斷由SIMATIC和SIMATIC WinCC控制和監(jiān)控的工廠和機器中的錯誤。（8）WinCC Connecivity Pack包含OPC HAD，OPC A—E以及OC XML服務器，用來訪問WinCC歸檔系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)。采用WinCC OLEDB能直接訪問WINCC歸檔數(shù)據(jù)庫內(nèi)的歸檔數(shù)據(jù)。（9）WinCC Industial DateBridgeWinCC Industial DateBridge工具軟件利用標準的接口將自動化連接到IT世界，并保證了雙向的信息流。（10）WinCC IndustrialXWinCC IndustrialX可以開發(fā)和組態(tài)用戶自定義的ActiveX對象。 WinCC組態(tài)WinCC有3種組態(tài)方式，它們分別是：a）使用標準的WinCC資源組態(tài)。b）利用WinCC通道通過DDE，OLE，ODBC。ActiveX使用現(xiàn)有的Windows應用程序。c）開發(fā)嵌入WinCC用戶應用程序（用C語言和BASIC語言）。WinCC是進行廉價和快速組態(tài)HMI平臺，也是無限延伸的系統(tǒng)平臺，它為過程數(shù)據(jù)的可視化、報表、采集和歸檔以及為用戶自定義程序協(xié)調集成提供了系統(tǒng)模塊[14]。要組態(tài)一個WinCC項目，一般要組態(tài)以下幾個方面的東西：創(chuàng)建新項目、連接到過程、創(chuàng)建變量、創(chuàng)建畫面、將變量連接到對象、創(chuàng)建報警、數(shù)據(jù)歸檔、創(chuàng)建趨勢畫面。 創(chuàng)建新項目在組態(tài)一個項目最開始的時候，必須創(chuàng)建一個新的WinCC項目。創(chuàng)建一個WinCC新的項目需以下幾個步驟：a）打開WinCC項目管理器，在文件菜單中選擇新建子菜單。b）選擇新建項目的類型。WinCC系統(tǒng)提供了3種類型他們分別是：單用戶項目，用于單機系統(tǒng)。多用戶項目，客戶機/服務器系統(tǒng)服務器上的項目?？蛻魴C項目，客戶機/服務器系統(tǒng)客戶機上的項目。本設計選用單用戶項目應用。 c）輸入項名稱，選擇項目路徑。如有必要可對項目路徑重命名，否則項目名將作為路徑中最后一層文件夾的名字。在WinCC中規(guī)定項目除一些特殊的字符外，允許使用所有字符，還允許使用數(shù)字0～9。項目名一般為：aa……ann。其中a是類型標志。n為序列號，他的范圍為00～99。d）在本設計中項目名DCS系統(tǒng)，路徑為省略路徑，名稱為堿回收燃燒。再按一下create創(chuàng)建項目。WinCC項目管理器中就生成了一個待開發(fā)的項目，堿回收DCS控制系統(tǒng)瀏覽窗口中包含了WinCC項目管理器中的編輯器和功能列表，用戶將應它們還組態(tài)和設計項目中所以部分，生成一個HMI平臺。 在該設計中創(chuàng)建了一個單用戶項目，并把它命名為：堿回收燃燒。WinCC形成了個待開發(fā)得項目。創(chuàng)建好項目的畫面，如圖51所示：圖 51 新創(chuàng)建的項目 添加驅動程序與組態(tài)變量若要使用WinCC來訪問自動化系統(tǒng)（PLC）的當前過程值，則在WinCC與自動化系統(tǒng)間必須組態(tài)一個通訊。即要組態(tài)PLC通訊驅動程序，添加SIMATIC S7協(xié)議集及pc信息。（1）SIMATIC S7協(xié)議的組態(tài)組態(tài)SIMATIC S7協(xié)議集需以下幾個步驟：a）右鍵單擊變量管理器選擇添加新的通訊驅動程序。b）選擇添加通訊驅動程序，在這里選擇SIMATIC S7協(xié)議集通道，然后按OPEN鍵，在項目中加入期望的通訊驅動程序，如圖52所示。c）組態(tài)通道單元的系統(tǒng)參數(shù)。加入的通訊驅動程序包含了幾種通道單元，在這里選擇“MPI”通道單元與PLC通訊，右鍵單擊并打開“系統(tǒng)參數(shù)”對話框，組態(tài)該網(wǎng)絡協(xié)議的系統(tǒng)參數(shù)。選擇“單元”標簽選擇或手動輸入邏輯設備名稱為“PC Internal （local） ”然后按OK鍵確認。 d）“New Diver Connection”（新驅動）程序的連接，組態(tài)所需邏輯連接參數(shù)。e）建立連接Winlc單擊“屬性”按鈕再組態(tài)連接屬性。f）鼠標右鍵單擊新建的連接Winlc，并選擇相應選項，在該連接下創(chuàng)建變量組和變量，在該連接中創(chuàng)建6個變量。圖52 通訊驅動程序的添加 （2）獲取PC信息添加“系統(tǒng)信息”通訊驅動程序。首先右鍵單擊“變量管理器”，選擇“添加該通道驅動程序”。a）通訊的驅動程序窗口列表中選擇“System Info CHN”通道，然后按“OPEN”鍵加入系統(tǒng)信息通道，該通道中提供了系統(tǒng)內(nèi)存，CPU資源的使用信息，以及時間。日期等系統(tǒng)信息。右鍵單擊“System Info”通道圖標，選擇“添加該通道驅動程序”該驅動程序能提供該算機內(nèi)存，CPU信息時間，日期等。b）在組態(tài)系統(tǒng)信息通道，創(chuàng)建一個握手連接。c）輸入連接名，在該設計中，連接名為“my pc”然后單擊“OK”。組態(tài)結果如圖53所示。圖53 創(chuàng)建完變量后的畫面 創(chuàng)建變量WinCC的變量分為內(nèi)部變量和外部變量。在WinCC中對變量名有一些規(guī)定：變量名要多余8個字符 ，例如：xxxtz….zaaa…..ann。其中X表示變量數(shù)據(jù)的類型。WinCC變量有以下一些類型：X： BIN 二進制變量S08 有符號8位變量S16 有符號16位變量S32 有符號32位變量G64 有符號8進制變量U08 無符號8位變量U16 無符號8位變量U