【文章內容簡介】 出來，豐富的動畫連接方式，如隱含、閃爍、移動等等，使界面生動、直觀。 （ 3）良好的開放性 社會化的大生產，使得系統(tǒng)構成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產品，―異構 ‖是當今控制系統(tǒng)的主要特點之一。開放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設備。開放性是衡量一個組態(tài)軟件好壞的重要指標。組態(tài)軟件向 下應能與低層的數(shù)據采集設備通信，向上能與管理層通信，實現(xiàn)上位機與下 第 8頁 位機的雙向通信。 （ 4）強大的數(shù)據庫 配有實時數(shù)據庫，可存儲各種數(shù)據，如模擬量、離散量、字符型等，實現(xiàn)與外部設備的數(shù)據交換。 （ 5）可編程的命令語言 有可編程的命令語言，使用戶可根據自己的需要編撰程序，增強圖形界面 。 （ 6）周密的系統(tǒng)安全防范 對不同的操作者，賦予不同的操作權限，保證整個系統(tǒng)的安全可靠運行 。 WinCC 組態(tài)軟件的特點 （ 1）延續(xù)性和可擴充性，用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現(xiàn)場（包括硬件設備或系統(tǒng)結構）或用戶需求 發(fā)生改變時，不需作很多修改即可方便地完成軟件的更新和升級 。 （ 2）封裝性（易學易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來，用戶不需掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能 。 （ 3）通用性，每個用戶根據工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設備（ PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的 I/O Driver、開放式的數(shù)據庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(shù)據處理、歷史數(shù)據和曲線并存、具有多媒體功能和網絡功能的工程，不 受行業(yè)限制。 第 9頁 3 全數(shù)字交流調速系統(tǒng)網絡設計方案與硬件設計 系統(tǒng)網絡總體設計方案 PLC 簡介 SIMATIC S7300 可編程序控制器是德國 SIEMENS 公司針對低中性能要求的設計的中小型模塊化 PLC 系統(tǒng)，用組裝的方式來搭積系統(tǒng)，有機架（包括擴展架）和各應用模塊組成。 它具有很高的抗干擾能力，具有較高的工業(yè)環(huán)境適應性，易于分布式實現(xiàn)，易于用戶掌握，這使得 S7300 備受各種企業(yè)的青睞。多種性能遞增的 CPU 和豐富且功能方便的 I/O 擴展模塊，使用戶可以根據實際需要靈活組建，以適應小 /中規(guī)模 性能要求的任務。當控制任務復雜且規(guī)模巨大時，可隨時使用擴展架對 PLC 進行擴展。 SIMATIC S7300 系列 PLC 采用緊湊的、無槽位限制的模塊化結構設計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展，控制單元主要由機架、電源模塊（ PS），中央處理單元模塊（ CPU）、接口模塊 (IM)、信號模塊（ SM）、功能模塊（ FM）等部分組成 [6] 。 分布式 I/O 簡介 構建系統(tǒng)是，通常因為安全或者施工方便的的原因，過程的輸入和輸出離控制器的距離較遠，如果輸入輸出模塊安裝在控制器的機架上，將需要鋪設很長的電纜，且通常 連接的線路非常多，這樣，投資高、安裝不易且干擾大、出故障率高。分布式 I/O 設備便是這類系統(tǒng)的理想的解決方案。 SIMATIC ET200 分布式 I/O 系統(tǒng)是西門子公司 SIMATIC S7 自動化系統(tǒng)的一部分。它是基于開放式 PROFIBUS 現(xiàn)場總線可實現(xiàn)從現(xiàn)場信號到控制器的數(shù)據通訊，憑借其高數(shù)據傳輸率、安全可靠的優(yōu)點，確保在控制器 CPU 和 I/O 設之間通訊安全順暢。在工廠自動化中，應用 SIMATIC ET200 分布式 I/O 是解決控制量分散的一個優(yōu)秀方案。使用 ET200 分布式 I/O 可以明顯的降低 接線成本，提高數(shù)據安全性，增加系統(tǒng)靈活性。 ET 200M 具有 S7300 自動化系統(tǒng)的組態(tài)技術，由一個 IM 153x 和多個 S7300 的 I/O 模塊組成 。 ET 200M 分布式 I/O 設備是具有 IP 20 防護等級的模塊化 DP 從站，最大數(shù)據傳輸速率為 12M /S。 ET 200M 的另外一個重要的特點是與 SIMATIC S7300 I/O 模塊及功能模塊兼容，這就使得在具體器件選型時更容易。 第 10頁 交流變頻器 6SE70 簡介 6SE70 變頻器是全數(shù)字電壓型采用 IGBT 功率器件模塊化結構的通 用系列標準產品，其主要特點有整流單元帶能量回饋制動、可以實現(xiàn)轉矩限定、磁場定向控制、電機四象限運行、瞬間電源故障后的平衡回復以及自動加減速控制，錯誤自診斷等功能， 具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。采用脈沖頻率可選的專用脈寬調制技術，可使電動機低噪聲運行。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護 [7] 。 6SE70 變頻器的 PWM 調制脈沖形成環(huán)節(jié)，對于 VVVF 控制和矢量控制是相同的，該環(huán)節(jié)對于 VVVF 控制需要調制深度和頻率兩個輸人量，當采用矢量控制只是增加了一個關于轉矩電流分量相對于定子總電流矢 量夾角的相移調整量，這就從原理上保證了加到電機上的三相電壓的對稱性。在矢量控制時，電機不會因矢量運算錯誤或定向不準確而導致脈振，這一特點也使得 6SE70 變頻器能夠在成組傳動 (一臺變頻器帶多臺電機 )中采用矢量控制，從而使傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能提高。 6SE70 變頻器具有全面而完善的控制功能，在設置相關參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。 6SE70 變頻器系列變頻器采用模塊化設計，配置非常靈活。有多種選件可以供客戶選用 ； 用于與 PC 通訊的通訊模塊，基本模塊面板（ BOP），高級操作面板（ AOP）以及用于進行現(xiàn)場總線 通訊的 PROFIBUS 通訊模塊 [8] 。 三相異步電動機 本設計選用 JW6314180W 三相異步電動機，因為此電動機符合實驗使用標準，且性能好，價格低廉。 監(jiān)控系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 本系統(tǒng)采用 PROFIBUSDP 網絡實現(xiàn)通信，用 PROFIBUS 現(xiàn)場總線連接好，分布式 PROFIBUS 網絡系統(tǒng)、主 從通信模式，在 STEP 7 中進行網絡組態(tài)，編寫通信程序和控制程序。 按設計需求 ，將 PLC、 4 個 ET200M、 4 個 6SE70 變 頻器以及各個智能設備、工控機在全部掛在現(xiàn)場總線的電纜上，并在軟硬方面分配好地址。 編程理念是采用模塊化和步進邏輯法，按照過程的時間段分為 6 個，上一個模塊完成將下一個模塊開啟，并將自身鎖定，依次類推，完成整個過程。 第 11頁 圖 網絡組態(tài)圖 圖 功能邏輯塊 PLC 單元及其配置 機架 機架用來安裝和固定 PLC 的各類模塊， S7300 的機架是特制的不銹鋼或鋁制異形板，其長度有 160mm、 200mm 、 482mm、 530mm、 830mm5 種。電源模塊、 CPU模塊及其他信號模塊都可方便的安裝在導軌上。除 CPU模塊外，其他信號模塊都帶有總線連接器，安裝時先將總線連接器裝在 CPU 模塊 上，并固定在導軌上，然后依次將各模塊裝入，通過背板總線對各模塊進行物理上和電氣上的連接。 本系統(tǒng)采用 200mm的機架，以用來安裝電源模塊、 CPU模塊。 電源模塊（ PS） 電源模塊用于將市電電壓（交流 120V/230V）轉換成工作電壓（直流 24V），作為 S7300CPU 和 24V 直流負載電路，如信號模塊、傳感器、執(zhí)行器電源。它與 CPU 模塊和其他信號模塊之間通過電纜連接，而不是通過背板總線連接。 第 12頁 S7300 系列 PLC的電源模塊為 PS305 和 PS307 系列。根據電流的大小，將 PS307系列電源模塊分為 PS307 (2A)、 PS307(5A)、 PS307(10A) 3 種型號 。 中央處理器（ CPU） S7300 的 CPU 模塊（簡稱 CPU）集成了過程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。每個 CPU 都有一個編程用的 RS485 接口，有的還帶有集成的現(xiàn)場總線的PROFIBUSDP 接口或 PtP（點對點）串行通信接口。 CPU是控制系統(tǒng)的中心，負責系統(tǒng)的中央控制，存儲并執(zhí)行程序，通過 MPI與其他的處理器或者編程裝置實現(xiàn)通信功能，為背板總線提供 5V電源。 在緊湊型 CPU 中所采取的創(chuàng)新設計，現(xiàn)在也應用到全新標準型 CPU300 系列，這樣就大大提高了 CPU 的性能：縮短機器時鐘時間、減少工程成本、降低運行成本、降低安裝空間需求、增加了系統(tǒng)的靈活性。 CP 通訊處理器用于 PLC 之間、 PLC 與計算機和其他智能設備之間的通信，可以將 PLC 接入 PROFIBUSDP 和工業(yè)以太網，或用于實現(xiàn)點對點通信等。通信處理器可以減輕 CPU 處理通信的負擔，并減少用戶對通信的編程工作。在本系統(tǒng)中主要承擔 ET200M 從站、 6SE70 交流調速器與 S7300 主站的通信工作，緩解了主站通信壓力，縮短了系統(tǒng)的運行時間 [9] 。 S7300 PLC 的優(yōu)點 相對于其它廠家的 PLC，西門子 PLC 有以下一些優(yōu)勢： 性能穩(wěn)定，通用性好；程序的結構化方面更強大；西門子的仿真軟件 S7300 要強大些；對于各種小規(guī)模到中等性能要求控制任務中 S7300 即方便又便宜； S7300 具有強大的功能支持及用戶進行編程啟動和維護等。 現(xiàn)場總線的選擇及其技術特點 現(xiàn)場總線的選擇 目前工業(yè)生產中常見 的幾種現(xiàn)場總線是： PROFIBUS（過程現(xiàn)場總線）、 FF（基金會現(xiàn)場總線）、 CAN（控制器局域網）、 BIT 總線、 Lonworks、 HART、WorldFIP、 INTERBUS 等。 PROFIBUS（過程現(xiàn)場總線） PROFIBUS 現(xiàn)場總線由 PROFIBUSDP、 PROFIBUSFMS 和 PROFIBUSPA 第 13頁 組成。 DP 型用于分散外設間的高速傳輸，適合于加工自動化領域的應用； FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器和低壓開關等一般自動化； PA 型則是用于過程自動化的總線類型。 FF（基金會現(xiàn)場總線） 基金會現(xiàn)場總線以 ISO/OSI 開放系統(tǒng)互聯(lián)模型為基礎，取其物理層、數(shù)據鏈路層和應用層為 FF 通信模型的相應層次，并在應用上增加 了 用戶層。用戶層 主要針對自動化測控應用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采用設備描述語言規(guī)范了通用的功能塊集。 FF 分低速 H1 和 高速 H2 兩種通信速率。 CAN（控制器局域網） CAN 協(xié)議是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)基礎上的，不過其模型結構只有 3 層，即只取 OSI 底層的物理層、數(shù)據鏈路層和頂層的應用層。其信號傳輸介質為雙絞線，通訊速率最高可達 1Mbps，直接傳輸距離最遠可達 10,km(5Kbps下 )，掛接設備數(shù)量最多可達 110 個。 BIT 總線 該總線是 Intel 公司為單片微機在集散式測控系統(tǒng)中進行通信傳輸而設計的一種主從式 高速串行網。它借助于 RUPI44 系列單片機 ，通過單片機中串行通訊接口單元 SIU實現(xiàn)數(shù)據通信。 Lonworks 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 層通訊協(xié)議，采用 面向對象 的設計方法，通過網絡變量把網絡通信設計簡化為參數(shù)設置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質，通訊速率從 300bit/s 至 ，直接通信距離可達 2700m（ 78Kbit/s），被譽為通用控制網絡。 Lonworks 技術采用的 LonTalk 協(xié)議被封裝到 Neuron（神經元）的芯片中，并得以實現(xiàn)。采用 Lonworks 技術和神 經元芯片的產品，被廣泛應用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設備、交通運輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。 HART 其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉變的過渡產品。其通信模型采用物理層、數(shù)據鏈路層和應用層三層，支持點對點主從應答方式和多點廣播方式。由于它采用模擬數(shù)字信號混和，難以開發(fā)通用的通信接口芯片。 HART 能利用總線供電，可滿足 第 14頁 本質安全防爆的要求，并可用于由手持編程器與管理系統(tǒng)主機作為主設備的雙主設備系統(tǒng)。 WorldFIP WorldFIP 的特點是具有單一的總線結構 來適用不同的應用領域的需求，而且沒有任何網關或網橋，用軟件的辦法來解決高速和低速的銜接。WorldFIP 與 FFHSE 可以實現(xiàn) ―透明聯(lián)接 ‖，并對 FF 的 H1 進行了技術拓展，如速率等。在與 IEC61158 第一類型的連接方面， WorldFIP 做得最好，走在世界前列。 INTERBUS INTERBUS 采用國際標準化組織 ISO 的開放化系統(tǒng)互聯(lián) OSI 的簡化模型（ 1， 2， 7 層），即物理層、數(shù)據鏈路層、應用層，具有強大的可靠性、可診斷性和易維護性。其采用集總幀型的數(shù)據環(huán)通信，具有低速度、高效率的特點，并嚴格保證了數(shù)據傳輸?shù)?同步性和周期性；該總線的實時性、抗干擾性和可維護性也非常出色 [10] 。 鑒于以上介紹的幾種現(xiàn)場總線，根據幾種現(xiàn)場總線的特點，最終選擇了 PROFIBUS（過程現(xiàn)場總線）。原因是其具有傳輸速率可在 ～ 12M