【文章內(nèi)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(chǎn)，使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產(chǎn)品，―異構(gòu) ‖是當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)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(shè)備。開放性是衡量一個組態(tài)軟件好壞的重要指標(biāo)。組態(tài)軟件向 下應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信，實現(xiàn)上位機(jī)與下 第 8頁 位機(jī)的雙向通信。 （ 4）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫 配有實時數(shù)據(jù)庫，可存儲各種數(shù)據(jù)，如模擬量、離散量、字符型等，實現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)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(jù)自己的需要編撰程序，增強(qiáng)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(quán)限，保證整個系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行 。 WinCC 組態(tài)軟件的特點(diǎn) （ 1）延續(xù)性和可擴(kuò)充性，用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）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(xué)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(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的所有功能 。 （ 3）通用性，每個用戶根據(jù)工程實際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)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(jù)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(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不 受行業(yè)限制。 第 9頁 3 全數(shù)字交流調(diào)速系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案與硬件設(shè)計 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)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(shè)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(jī)架（包括擴(kuò)展架）和各應(yīng)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(yīng)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(kuò)展模塊，使用戶可以根據(jù)實際需要靈活組建，以適應(yīng)小 /中規(guī)模 性能要求的任務(wù)。當(dāng)控制任務(wù)復(fù)雜且規(guī)模巨大時，可隨時使用擴(kuò)展架對 PLC 進(jìn)行擴(kuò)展。 SIMATIC S7300 系列 PLC 采用緊湊的、無槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨(dú)模塊之間可進(jìn)行廣泛組合和擴(kuò)展，控制單元主要由機(jī)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(gòu)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(yuǎn)，如果輸入輸出模塊安裝在控制器的機(jī)架上，將需要鋪設(shè)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(shè)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(jù)通訊，憑借其高數(shù)據(jù)傳輸率、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，確保在控制器 CPU 和 I/O 設(shè)之間通訊安全順暢。在工廠自動化中，應(yīng)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(jù)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(shù)，由一個 IM 153x 和多個 S7300 的 I/O 模塊組成 。 ET 200M 分布式 I/O 設(shè)備是具有 IP 20 防護(hù)等級的模塊化 DP 從站，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為 12M /S。 ET 200M 的另外一個重要的特點(diǎn)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(jié)構(gòu)的通 用系列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，其主要特點(diǎn)有整流單元帶能量回饋制動、可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩限定、磁場定向控制、電機(jī)四象限運(yùn)行、瞬間電源故障后的平衡回復(fù)以及自動加減速控制，錯誤自診斷等功能， 具有很高的運(yùn)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(diào)制技術(shù)，可使電動機(jī)低噪聲運(yùn)行。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動機(jī)提供了良好的保護(hù) [7] 。 6SE70 變頻器的 PWM 調(diào)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(diào)制深度和頻率兩個輸人量，當(dāng)采用矢量控制只是增加了一個關(guān)于轉(zhuǎn)矩電流分量相對于定子總電流矢 量夾角的相移調(diào)整量，這就從原理上保證了加到電機(jī)上的三相電壓的對稱性。在矢量控制時，電機(jī)不會因矢量運(yùn)算錯誤或定向不準(zhǔn)確而導(dǎo)致脈振，這一特點(diǎn)也使得 6SE70 變頻器能夠在成組傳動 (一臺變頻器帶多臺電機(jī) )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(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機(jī)控制系統(tǒng)。 6SE70 變頻器系列變頻器采用模塊化設(shè)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(jìn)行現(xiàn)場總線 通訊的 PROFIBUS 通訊模塊 [8] 。 三相異步電動機(jī) 本設(shè)計選用 JW6314180W 三相異步電動機(jī)，因為此電動機(jī)符合實驗使用標(biāo)準(zhǔn)，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(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信，用 PROFIBUS 現(xiàn)場總線連接好，分布式 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、主 從通信模式，在 STEP 7 中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，編寫通信程序和控制程序。 按設(shè)計需求 ，將 PLC、 4 個 ET200M、 4 個 6SE70 變 頻器以及各個智能設(shè)備、工控機(jī)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(jìn)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(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖 圖 功能邏輯塊 PLC 單元及其配置 機(jī)架 機(jī)架用來安裝和固定 PLC 的各類模塊， S7300 的機(jī)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(dǎo)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(dǎo)軌上，然后依次將各模塊裝入，通過背板總線對各模塊進(jìn)行物理上和電氣上的連接。 本系統(tǒng)采用 200mm的機(jī)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(zhuǎn)換成工作電壓（直流 24V），作為 S7300CPU 和 24V 直流負(fù)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(jù)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(diǎn)對點(diǎn)）串行通信接口。 CPU是控制系統(tǒng)的中心，負(fù)責(zé)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(shè)計，現(xiàn)在也應(yīng)用到全新標(biāo)準(zhǔn)型 CPU300 系列，這樣就大大提高了 CPU 的性能：縮短機(jī)器時鐘時間、減少工程成本、降低運(yùn)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(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC 接入 PROFIBUSDP 和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信等。通信處理器可以減輕 CPU 處理通信的負(fù)擔(dān)，并減少用戶對通信的編程工作。在本系統(tǒng)中主要承擔(dān) ET200M 從站、 6SE70 交流調(diào)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(yùn)行時間 [9] 。 S7300 PLC 的優(yōu)點(diǎn) 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(jié)構(gòu)化方面更強(qiáng)大；西門子的仿真軟件 S7300 要強(qiáng)大些；對于各種小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)中 S7300 即方便又便宜； S7300 具有強(qiáng)大的功能支持及用戶進(jìn)行編程啟動和維護(hù)等。 現(xiàn)場總線的選擇及其技術(shù)特點(diǎn) 現(xiàn)場總線的選擇 目前工業(yè)生產(chǎn)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(wǎng)）、 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(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域的應(yīng)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(guān)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(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層為 FF 通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用上增加 了 用戶層。用戶層 主要針對自動化測控應(yīng)用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采用設(shè)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(wǎng)） CAN 協(xié)議是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)基礎(chǔ)上的，不過其模型結(jié)構(gòu)只有 3 層，即只取 OSI 底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂層的應(yīng)用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通訊速率最高可達(dá) 1Mbps，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10,km(5Kbps下 )，掛接設(shè)備數(shù)量最多可達(dá) 110 個。 BIT 總線 該總線是 Intel 公司為單片微機(jī)在集散式測控系統(tǒng)中進(jìn)行通信傳輸而設(shè)計的一種主從式 高速串行網(wǎng)。它借助于 RUPI44 系列單片機(jī) ，通過單片機(jī)中串行通訊接口單元 SIU實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。 Lonworks 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 層通訊協(xié)議，采用 面向?qū)ο?的設(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，通訊速率從 300bit/s 至 ，直接通信距離可達(dá) 2700m（ 78Kbit/s），被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。 Lonworks 技術(shù)采用的 LonTalk 協(xié)議被封裝到 Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實現(xiàn)。采用 Lonworks 技術(shù)和神 經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。 HART 其特點(diǎn)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(zhuǎn)變的過渡產(chǎn)品。其通信模型采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三層，支持點(diǎn)對點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)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(zhì)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(jī)作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。 WorldFIP WorldFIP 的特點(diǎn)是具有單一的總線結(jié)構(gòu) 來適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，而且沒有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)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(jìn)行了技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(jù)鏈路層、應(yīng)用層，具有強(qiáng)大的可靠性、可診斷性和易維護(hù)性。其采用集總幀型的數(shù)據(jù)環(huán)通信，具有低速度、高效率的特點(diǎn)，并嚴(yán)格保證了數(shù)據(jù)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(hù)性也非常出色 [10] 。 鑒于以上介紹的幾種現(xiàn)場總線，根據(jù)幾種現(xiàn)場總線的特點(diǎn)，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