【導(dǎo)讀】一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的信號(hào)傳輸，測(cè)控精度高、可靠性強(qiáng)。硅驅(qū)動(dòng)模塊、觸摸屏等設(shè)備構(gòu)成硬件系統(tǒng)。上位機(jī)選用功能強(qiáng)大的工控組態(tài)軟件—WinCC. 完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，具有多功能、全開放、小體積、低價(jià)位等特點(diǎn)。了具有現(xiàn)場(chǎng)總線式模塊擴(kuò)展功能和具有上下位監(jiān)控和觸摸屏功能。

　　

【正文】 20 采樣時(shí)間（ Ti） 實(shí)數(shù) 單位為 min，必須是正數(shù) 24 微分時(shí)間（ Td） 實(shí)數(shù) 單位為 min，必須是正數(shù) 28 積分項(xiàng)前值（ MX） 實(shí)數(shù) 必須在 ~ 32 過程變量前值（ PVn1） 實(shí)數(shù) 必須在 ~ 回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法 本文中，設(shè)定的 溫度是給定值 SP，需要控制的變量是爐子的溫度。但它不完全是過程變量 PV，過程變量 PV 和 PID回路輸出有關(guān)。在本文中，經(jīng)過測(cè)量的溫度信號(hào)被轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)溫度值才是過程變量，所以，這兩個(gè)數(shù)不在同一個(gè)數(shù)量值，需要他們作比較，那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。傳感器輸入的電壓信號(hào)經(jīng)過 EM235 轉(zhuǎn)換后，是一個(gè)整數(shù)值，但 PID指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須是實(shí)數(shù)型，所以需要把整數(shù)轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)。使用指令 DTR 就可以了。 實(shí)數(shù)歸一化處理 因?yàn)?PID 中除了采樣時(shí)間和 PID 的三個(gè)參數(shù)外，其他幾個(gè)參數(shù)都要求輸入或輸出值 ～ ， 所以，在執(zhí)行 PID 指令之前，必須把 PV 和 SP 的值作歸一化處理。使它們的值都在 ～ 之間。 單極性的 歸一化的公式 為 )3 2 0 0 0/( rawnoum RR ? （ 35） PID 參數(shù)整定 PID 參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) P、積分時(shí)間 Ti 和和微分時(shí)間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。一般可以通過理論計(jì)算來確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn) 法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 24 經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場(chǎng)湊試法，它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù)，對(duì)于溫度控制系統(tǒng)，工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)，其規(guī)律如表 34所示 。 表 34 溫度控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 被控變量 規(guī)律的選擇 比例度 積分時(shí)間（分鐘） 微分時(shí)間（分鐘） 溫度 滯后較大 20～ 60 3～ 10 ～ 3 根據(jù)反復(fù)的試湊，調(diào)處比較好的結(jié)果是 P=15， I=， D= S7200程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)流程圖 圖 32為 主程序流程圖 ，圖 33為 中斷程序 流程圖。 編程 1 .主程序 PID 參數(shù)初始化 采樣時(shí)間設(shè)定 中斷參數(shù)設(shè)定 外部端口信號(hào)檢測(cè) 端口控制信號(hào)輸出 溫度數(shù)據(jù)采樣 8 次數(shù)據(jù)濾波計(jì)算 采樣數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算 PID 計(jì)算 SV值標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算 PID 輸出標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化為實(shí)際值 調(diào)節(jié)并輸出 中斷返回 圖 32 主程序 圖 33 中斷程序 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 25 圖 34 PLC編程（ 1） 初次上電，調(diào)用子程序。 SBR_0 圖 35 PLC編程（ 2） 裝載 PID 和連接 PID 中斷服務(wù)程序。 SBR_1 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 26 圖 36 PLC編程（ 3） 當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕 輸入為 1， 由常開變常閉，則 得電，并對(duì) 實(shí)現(xiàn)自鎖；當(dāng)按下停止按鈕 輸入為 1， 由常閉變常開，則 失電，并斷開 自鎖。 INT_0 圖 37 PLC編程（ 4） 將采集到的模擬量 AIW0 轉(zhuǎn)移到 VW12 中。 圖 38 PLC編程（ 5） 比較采樣值，如果采樣值 =1,則將采樣值置 0 放入 VW10 中；如果采樣值 1,則將 1 放入 VW10。 圖 3239 PLC編程（ 6） 將 VD10V 和 D14 中的值進(jìn)行累加，將累加值放到 VD14 中；將 VW0 中的值加第三章 軟件的設(shè)計(jì) 27 1，用于記錄累加次數(shù)。 圖 310 PLC編程（ 7） 當(dāng) VW0 中的值小于 8 時(shí)，強(qiáng)行退出中斷。 圖 311 PLC編程（ 8） 當(dāng) VW0=8 時(shí)將 VD14 右移三位送到 VD30 中 ；將 VD14 中的雙整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)送到 AC1 中；將 AC1 中的實(shí)數(shù)乘以 送到 VD14 中；將 VD14 中的實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)；將 VW32 中的值送到 VW20 中；將 7送入 VW0。 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 28 圖 312 PLC編程（ 9） 將采樣值轉(zhuǎn)換為 PID 標(biāo)準(zhǔn)值。 圖 313 PLC編程（ 10） 將 PID 輸出的標(biāo)準(zhǔn)值轉(zhuǎn)化為實(shí)際值，輸出到 AQW0 和 VW60 中。 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 29 硬件組態(tài) WinCC 與 PLC 之間的通信的實(shí)現(xiàn) 1. 通信實(shí)現(xiàn)的條件 WinCC 為各種 PLC 提供驅(qū)動(dòng)軟件，因此使 PLC 與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)接變得非常容易。本文把 WinCC 與 STEP7 合用，結(jié)果更是大幅度降低了工程時(shí)間，因?yàn)樵?STEP7 中配置的變量表可以在與 WinCC 的聯(lián)接時(shí)直接使用，本文正是利用了這一特點(diǎn)。通過 WinCC 可以訪問在 PLC 中的過程標(biāo)簽。在對(duì)視窗控制中心的過程驅(qū)動(dòng)軟件連接進(jìn)行配置以前，應(yīng)確保下列條件滿足 : (1) PLC配備有一個(gè)通訊接口。 WinCC使用通訊驅(qū)動(dòng)程序來支持該通訊接口。 (2) PLC 的通訊接口必須適當(dāng)配置，以便使控制程序能夠借助于通訊調(diào)用功能來訪問該接口。通訊硬件配置參 數(shù)應(yīng)正確。 (3) WinCC 所要訪問的標(biāo)簽地址必須正確 (取決于所使用的 PLC)。 (4) 在上位機(jī)系統(tǒng)內(nèi)必須安裝相應(yīng)的通訊硬件。 2. WinCC 與 PLC 的通信原理 在視窗控制中， WinCC 和 PLC 之間的過程通訊構(gòu)成 如圖 314 所示。 訪問外部標(biāo)簽，必須為遠(yuǎn)程 PLC 通訊安裝通訊驅(qū)動(dòng)程序。通訊驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)包括一個(gè)或多個(gè)通道單元，通過操作系統(tǒng)接口和硬件驅(qū)動(dòng)程序，通道單元就可以支持通訊所需的硬件。通道單元是通訊驅(qū)動(dòng)程序的一部分，必須用它來與通訊硬件的操作系統(tǒng)接口進(jìn)行通訊。通過通道單元操作邏輯連接，邏輯連接提供了訪問 標(biāo)簽的方法。WinCC 通道是作為 Wi ndowsDLL 實(shí)現(xiàn)的，并與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)地鏈接。各個(gè) WinCC 通道代表了對(duì)帶指定協(xié)議的連接參數(shù)的訪問。 WinCC 數(shù)據(jù)管理通過邏輯連接來訪問遠(yuǎn)程 PLC 中的過程值。通道單元通過指定通道的連接訪問過程值所需要的通訊步驟，由此為 WinCC 數(shù)據(jù)管理提供了過程值。所讀入的數(shù)據(jù)作為過程值映象存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的 RAM 中，所有 WinCC 的組態(tài)單元均可訪問該過程映象。 S7300 與 S7200 的 PROFIBUSDP 通信 S7300PLC 在 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)中可以組態(tài)成主站， 也可以組態(tài)為從站，組態(tài)為從站時(shí)， S7300PLC作為智能從站與主站通信。而 S7200只能作為 S7300PLC的從站來配置，由于 S7200 本身沒有 DP 接口，只能通過 EM277 接口模塊連接到PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)上。 1 .通信區(qū)的設(shè)定 PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò) 都是通過硬件組態(tài)時(shí)預(yù)先設(shè)定的通信區(qū)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的。這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)通常稱為通信映射區(qū)，因?yàn)橥ㄐ艆^(qū)就通信雙方來說是互為映射的。圖第三章 軟件的設(shè)計(jì) 30 316是通信映射區(qū)示意圖，設(shè)定 300側(cè)的通信區(qū)分別為 QW10和 IW10（可以通過組態(tài)隨意設(shè)定）； 200側(cè)的通信區(qū)分別為 VW10和 VW12。 圖 314 WinCC和 PLC之間的通信過程構(gòu)成 3 0 0 側(cè) 2 0 0 側(cè)自 動(dòng) 傳 送發(fā) 送 區(qū) Q W 1 0接 收 區(qū) I W 1 0接 收 區(qū) V W 1 0發(fā) 送 區(qū) V W 1 2 圖 315 通信映射區(qū)示意圖 通信過程如下： 300側(cè)有數(shù)據(jù)被存入 QW10，則該數(shù)據(jù)將自動(dòng)通過 PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò) 傳輸?shù)?200側(cè)的 VW10存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)，在 200側(cè)可以讀取該數(shù)據(jù)；如果 200側(cè)的 VW12區(qū)有數(shù)據(jù)存入，則該數(shù)據(jù)被自動(dòng)傳輸至 300側(cè)的 IW10存儲(chǔ)區(qū)，在 300側(cè)可以編程讀取 IW10內(nèi)的數(shù)據(jù)。 2 .網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 第一步 ： 新建工程 插入站點(diǎn) WinCC 應(yīng)用程序 WinCC 數(shù)據(jù)管理器 通訊驅(qū)動(dòng)程序（ WinCC） 通道單元（ WinCC） 硬件驅(qū)動(dòng)程序（操作系統(tǒng)） 通訊模塊 控制程序PLC 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 31 打開“ SIMATIC Manage”，彈出建立新工程的向?qū)?duì)話框 ，新建的工程名為300200 連接 。如圖 317所示。選擇 當(dāng)前連接的 PLC 型號(hào)， 這里選擇的是CPU313C2DP， 和測(cè)試出來的 PLC 的 MPI地址。 圖 316 新建工程 第二步： SIMATIC 300（ 1）主站配置 雙擊“硬件”，對(duì)“ SIMATIC 300（ 1）”站進(jìn)行硬件組態(tài) ， 完成后如圖 318 所示。 圖 317 SIMATIC 300（ 1）硬件組態(tài) 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 32 圖 318 組建 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò) 雙擊圖 318 中的 DP 槽， 出現(xiàn)如圖 319 所示的對(duì)話框?！俺Ｒ?guī)”包含了 PROFIBUSDP 的總體情況，包括網(wǎng)絡(luò)名、 PROFIBUS 站地址、網(wǎng)絡(luò)連接情況和網(wǎng)絡(luò)屬性等?！暗刂贰睘樵\斷地址設(shè)定。“工作模式”設(shè)置站為主站或從站?！敖M態(tài) ” 用來配置通信區(qū)地址。 單擊“屬性”出現(xiàn)圖 320 畫面。 319 新建 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò) 在圖 321 內(nèi)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)通信速率 ，“配置文件”選擇 DP。單擊“確定”按鈕，這時(shí)出現(xiàn)如圖 322 所示畫面，在圖中“聯(lián)網(wǎng)”選項(xiàng)第三章 軟件的設(shè)計(jì) 33 變成“是”，說明新的網(wǎng)絡(luò)已建好。 圖 320 設(shè)定 通信速率和行規(guī) 圖 321 網(wǎng)絡(luò)已建好 在圖 322 中單擊“工作模式”標(biāo)簽，出現(xiàn)如圖 323 所示對(duì)話框 。單擊“ DP主站”，主站組態(tài)后結(jié)果如圖 324所示。 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 34 圖 322 主從站模式設(shè)定 圖 323 主站 上組建了 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò) 第三 步 ：插入 EM277 從站 由于 S7200沒有集成 DP接口，必須通過 EM277 才能連接到 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)上 。插入 EM277 后如圖 324 所示。 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 35 圖 324 成功加入 EM277站點(diǎn) 第四步：配置 CPU3132DP與 S7200 的通信區(qū) 右擊右下角“插入”按鈕 ，并單擊“插入對(duì)象”，如圖 325 所示。 這里選擇“ 8 Bytes Out/8 Bytes In”。 圖 325 插入 S7300側(cè)通信區(qū)對(duì)象 如圖 326 所示可以修改 300 側(cè)的通信起始地址 。 第三章 軟件的設(shè)計(jì) 36 圖 326 修改 300側(cè)的通信區(qū)起始地址 圖 327 配置 S7200側(cè)的通信區(qū) 設(shè)置完成后主 從通信接口的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： S7300 主站 S7200 從站 PQB0～ PQB7→ VB0～ VB7 PIB8～ PIB15← VB8～ VB15 至此， S7200 與 S7300PROFIBUSDP 通信網(wǎng)絡(luò)的硬件組態(tài)結(jié)束。保存編譯。 3 .軟件編程 主站側(cè)通訊程序的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)輸入 /輸出區(qū)（ PQ/PI 區(qū)）的讀寫。對(duì)第三章 軟件的設(shè)計(jì) 37 于按字節(jié)單元或子單元傳送的數(shù)據(jù)，可簡(jiǎn)單地采用裝載、傳送指令完成。對(duì)于 3個(gè)字節(jié)或 4 個(gè)以上字節(jié)的連續(xù)性數(shù)據(jù)（一致性數(shù)據(jù)），需在 OB1 中調(diào)用系統(tǒng)功能SFC1 SFC15 來完成。本設(shè)計(jì)采用連續(xù)性數(shù)據(jù)傳送，其中， SFC14 讀取存放在輸入借口區(qū)的數(shù)據(jù)包，解包后存放到指定的數(shù)據(jù)區(qū)。而 SFC15 將存放在指定數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)打包，并經(jīng)由通訊接口區(qū)發(fā)送出去。程序如下： 網(wǎng)絡(luò) 1： 網(wǎng)絡(luò) 2： 組態(tài)完系統(tǒng)的硬件配置后，將硬件信息下載到 S7300 的 PLC 當(dāng)中。 S7300 與觸摸屏通信 系統(tǒng)由昆侖通態(tài) TPC7063E 觸摸屏、西門子 S7300 模塊， 以及用于兩者之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的 PCAdapter 等組成。 TPC7063E 不僅具有與眾多硬件交互功能 它可以方便地讀寫各種 PLC、智能儀表、智能模塊、變頻器等工控設(shè)備的數(shù)據(jù)，而 且還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，支持串口通信及以太網(wǎng)通信方式。西門 S7300 模塊用來完成數(shù)據(jù)采集、處理以及輸入輸出控制功能。 PC Adapter 完成將 MPI 通信信號(hào)轉(zhuǎn)換為 RS232 串口信號(hào)，從而完成 MPI 數(shù)據(jù)通信功能。 觸摸屏與 S7 300PLC 之間采用 MPI 通信方式。 MPI 是多點(diǎn)接口（ Multi Point Interface）的簡(jiǎn)稱，是西門子公司開發(fā)的用于 PLC 之間通訊的保密的協(xié)議，它的物理層是 RS485。 MPI 通訊是當(dāng)通信速率要求不高、通信數(shù)據(jù)量不大時(shí)，可以采用的一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的通訊方式。 MPI 網(wǎng)第三章 軟件的設(shè)計(jì) 38 絡(luò)的通信速率為