【正文】 構(gòu)的中小型PLC，包括一個CPU3152DP 主機(jī)模塊、一個SM331 模擬量輸入模塊和一個SM332模擬量輸出模塊，以及一塊西門子CP5611 專用網(wǎng)卡和一根 MPI 網(wǎng)線。圖42所示為S7300PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 圖43 S7300PLC掛件 檢測裝置壓力傳感器、變送器：壓力傳感器用來對上、中、下水箱的液位進(jìn)行檢測，其量程為0～5KP， 級。采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式，工作時需提供24V 直流電源，輸出：4～20mADC。電動調(diào)節(jié)閥型號為：QSVP16K。如圖44為電動調(diào)節(jié)閥。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。 電磁閥：在本裝置中作為電動調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。 控制流程 本系統(tǒng)選擇下水箱作為被測對象（也可選擇上水箱或中水箱） 。21 智能儀表控制 將“SA12 智能調(diào)節(jié)儀控制” 掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232 轉(zhuǎn)換器連接到計算機(jī)串口2，并按照圖45的控制屏接線圖連接實驗系統(tǒng)。 圖 45 智能儀表單容水箱液位控制系統(tǒng)接線圖 接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V 開關(guān)電源，給壓力變送器上電，按下啟動按鈕，合上單相Ⅰ、單相Ⅲ空氣開關(guān)，給智能儀表及電動調(diào)節(jié)閥上電。 在上位機(jī)監(jiān)控界面中將智能儀表設(shè)置為“手動”控制，并將輸出值設(shè)置為一個合適的值，此操作需通過調(diào)節(jié)儀表實現(xiàn)。上位機(jī)曲線，如圖 46 所示。將“LT3下水箱液位”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置。 打開 Step 7 軟件，打開“S7300”程序進(jìn)行下載，然后將 S7300PLC 置于運(yùn)行狀態(tài)，然后運(yùn)行組態(tài)軟件，打開“S7300PLC 控制系統(tǒng)”工程，然后激活組態(tài)運(yùn)行環(huán)境，進(jìn)入本控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面。23 圖 47 S7300PLC 單容水箱液位控制系統(tǒng)接線圖上位機(jī)曲線，如圖 48 所示 h 5 t/min 0 1 3 48 單容水箱液位測量曲線 PLC 程序設(shè)計簡介 PID 功能在Step 7 中集成了PID 調(diào)節(jié)功能塊FB41 (連續(xù)量)、FB42 (開關(guān)量) 和脈沖轉(zhuǎn)換功能塊FB43, 以便于用戶使用其PID 調(diào)節(jié)功能。Step 7 還提供了標(biāo)準(zhǔn)閉環(huán)控制模塊FM 355, 可以實現(xiàn)定值控制、串級控制、比例控制和三分量控制等多種功能。FB41 (CONT 　C) 命名為continuous controller , 在S7300 PLC 中用于控制輸入和輸出量為連續(xù)信號的控制對象, 可以通過參數(shù)設(shè)置, 將其設(shè)定為P, PI 或PID 控制器, 也可以組成單獨(dú)的I 控制器和D 控制器。 表41 輸入?yún)?shù)參數(shù) 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)范圍 默認(rèn)值 描述COM_RST BOOL FALSE 完全重啟，當(dāng)為真時執(zhí)行重啟程24序 MAN_ON BOOL TRUE 手動操作，若為真，控制環(huán)中斷，操作值手動設(shè)定 PVPER_ON BOOL FALSE 過程變量直接從外設(shè)輸入 P_SEL BOOL TRUE 為真則比例控制起作用 I_SEL BOOL TRUE 為真則積分控制起作用 D_SEL BOOL FALSE 為真則微分控制起作用 INT_HOLD BOOL FALSE 為真則積分控制的輸出不變 I_ITL_ON BOOL FALSE 為真，使積分器的輸出為I_ITLVAL CYCLE TIME =1ms T1s 采樣時間 SP_INT REAL 100~100%或者物理量 內(nèi)部的給定點(diǎn)的輸入值 PV_IN REAL 100~100%或者物理量 過程變量以浮點(diǎn)形式輸入的值 PV_PER WORD W160000 過程變量從外設(shè)直接輸入的值 MAN REAL 100~100%或者物理量 通過這個參數(shù)設(shè)定手動操作的值 GAIN REAL 比例控制增益 TI TIME =CYCLE T20s 決定積分器的響應(yīng)時間 TD TIME =CYCLE T10s 微分時間 TM_LAG TIME =CYCLE/2 T2s 微分器的延遲時間 LMN_HLM REAL 操作值的最高限 LMN_LLM REAL 操作值的最低限 PV_FAC REAL 過程變量因子，調(diào)整過程變量的范圍 PV_OFF REAL 過程變量偏置，調(diào)整過程變量的范圍 LMN_FAC REAL 操作值因子，調(diào)整操作值的范圍 25LMN_OFF REAL 操作值偏置，調(diào)整操作值的范圍 I_ITLVAL REAL 100~100%或者物理量 積分器的初始化值 DISV REAL 100~100%或者物理量 輸入的擾動變量 DEADE_W REAL 100~100%或者物理量 死區(qū)寬度 控制程序設(shè)計按照系統(tǒng)總體設(shè)計要求和系統(tǒng)實際情況，利用STEP7 編寫控制程序。 PLC 26 圖 49 系統(tǒng)接線原理圖PS CPU DI DO AI/O計算機(jī) 液位檢測信號電動調(diào)節(jié)閥反饋信號電動調(diào)節(jié)閥控制信號報警信號現(xiàn)場手動控制信號 報警 手動 自動開機(jī)初始化 輸入量化現(xiàn)場 PID 輸出給定數(shù)值 圖 410 控制程序流程圖 程序總體結(jié)構(gòu) 在Step 7 中集成了PID 調(diào)節(jié)功能塊FB41 (連續(xù)量)、FB42 (開關(guān)量) 和脈沖轉(zhuǎn)換功能塊FB43, 以便于用戶使用其PID 調(diào)節(jié)功能。由于本控制系統(tǒng)實現(xiàn)的控制功能較簡單, 故只用Step 7 內(nèi)置PID 功能塊即可。操作系統(tǒng)用于組織與特定的控制任務(wù)無關(guān)的CPU 的功能和順序, 包括處理熱啟動、刷新輸入和輸出的過程印表、調(diào)用用戶程序、檢測中斷并調(diào)用中斷、檢測并處理錯誤、管理存儲區(qū)域、與編程設(shè)備和其它通訊伙伴之間的通訊等。27 用戶程序是必須由用戶自己生成并下載到CPU 中的程序, 其中包含處理特定的自動化任務(wù)所需要的所有功能, 它包括: 指定在CPU 上暖啟動和熱啟動的條件, 處理過程數(shù)據(jù), 指定對中斷的響應(yīng), 處理程序在正常運(yùn)行中的干擾等 [6]。線性化編程是指整個用戶程序都寫在OBl 中, 此種方法只有在編寫簡單程序并且僅需較少存儲區(qū)域時使用。OB 1 通過調(diào)用這些塊來完成整個自動化任務(wù) 。程序在PLC 內(nèi)按箭頭所示方向循環(huán)執(zhí)行。若在用戶程序中設(shè)置了中斷, 在中斷到達(dá)時PLC 會中斷此循環(huán),自動轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷組織塊執(zhí)行中斷程序。由于可以分別測試程序的各個部分, 查錯更為簡單, 系統(tǒng)的調(diào)試也更容易。命令： sys = tf(1,[1 1],39。,)。 step(sys)30 （a） （b） （c） 圖 413 單容水箱階躍響應(yīng)31第 5 章 人機(jī)界面設(shè)計 組態(tài)軟件簡介隨著社會的進(jìn)步，工業(yè)自動化技術(shù)迅猛發(fā)展，控制系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)大，控制過程也變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)操作最大透明化已經(jīng)成為一種需要。人機(jī)界面是指連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機(jī)器信息交互的數(shù)字設(shè)備,由硬件和軟件兩部分組成。而在可編程序控制器與計算機(jī)通訊的基礎(chǔ)上,通過組態(tài)軟件可以對可編程序控制器的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行全方位的監(jiān)控,進(jìn)一步通過組態(tài)軟件可以對實驗控制對象的工作過程進(jìn)行全程模擬,實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。32人機(jī)界面產(chǎn)品的基本功能：(1) 過程可視化(2) 操作員對過程的控制(3) 顯示報警(4) 數(shù)據(jù)歸檔(5) 報表系統(tǒng)(6) 配方管理系統(tǒng) 目前比較常用的組態(tài)軟件有西門子公司的 Winccflexible，以及國內(nèi)的MCGS、組態(tài)王等產(chǎn)品。 組態(tài)王人機(jī)界面開發(fā) 組態(tài)王簡介組態(tài)王（Kingview）是由北京亞控公司開發(fā)，在 PC 機(jī)上建立工業(yè)控制對象人機(jī)接口的一種智能軟件包，它以 Window2020/WindowXP/WindowNT 中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺，充分利用了 Windows 圖形功能設(shè)備，界面一致性好，易學(xué)易用等特點(diǎn)，具有功能完備的人機(jī)接口界面和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，便于高效，快捷地把整個工藝過程構(gòu)成監(jiān)控畫面，以動畫的形式顯示各個控制設(shè)備的狀態(tài)，在報警和歷史趨勢方面的功能，方便了對系統(tǒng)的監(jiān)控，具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能。它所使用的 PC 機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)工程，比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)性工作，還可以運(yùn)用 PC 機(jī)豐富的軟件資源進(jìn)行二次開發(fā)。 工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對已有工33程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。 運(yùn)行系統(tǒng)：工程運(yùn)行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動畫設(shè)計顯示動態(tài)畫面，實現(xiàn)人與控制設(shè)備的交互操作。組態(tài)王支持多種通信方式：串口通信，數(shù)據(jù)采集板，DDE 通信，人機(jī)界面卡和網(wǎng)絡(luò)模塊。在數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當(dāng)前值，構(gòu)造實時數(shù)據(jù)庫需要定義相應(yīng)的外部設(shè)備及數(shù)據(jù)變量。組態(tài)王提供一套全新的、集成的報表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報表函數(shù)，例如：日期和時間函數(shù)、邏輯函數(shù)、統(tǒng)計函數(shù)等，用戶可創(chuàng)建多樣的報表。 報表能夠進(jìn)行組態(tài)，例如有日報表、月報表、年報表、實時報表的組態(tài)，操作簡單，功能齊全。另外，提供報表模板，方便用戶調(diào)入其它的表格。利用組態(tài)王提供的歷史數(shù)據(jù)庫編程接口和 DDE 數(shù)據(jù)交換，應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)可以方便地在 Excel 中形成報表及產(chǎn)品報告。分析后的結(jié)果還可以通過 DDE傳回來。根據(jù)水箱的進(jìn)水閥設(shè)置內(nèi)存離散的變量，定義為電動調(diào)節(jié)閥。工程具體開發(fā)過程如下：（1） 定義變量 對所用到的變量進(jìn)行定義。35 圖 51 液位變量定義按照液位控制變量的方法可以響應(yīng)創(chuàng)建水流控制、水流變量、電動調(diào)節(jié)閥這些變量。（2）建立工程在上位機(jī)上安裝好組態(tài)王軟件。如圖 52 所示。36 圖 52 建立組態(tài)工程（3）界面開發(fā)點(diǎn)擊項目進(jìn)入工程瀏覽器，點(diǎn)擊畫面并新建系統(tǒng)所需的界面。 圖 53 創(chuàng)建界面37我們主要建立了主界面、實時曲線界面、歷史曲線界面、報警界面等幾個主要的界面。 圖 54 創(chuàng)建新畫面窗口雙擊進(jìn)入新畫面，并點(diǎn)擊進(jìn)入圖庫圖庫管理器，選擇合適的反應(yīng)器、閥門、管道等添加進(jìn)界面，并在工具管理器中選擇合適的按鈕、表格等添加進(jìn)主界面，完善主界面設(shè)計。38 （a） （b）39 圖 55 主界面開發(fā)設(shè)計過程依此方法完成對實時曲線、歷史曲線、報警界面等的設(shè)計，如圖 56 所示。如圖 57 所示，為開始按鈕的動畫連接設(shè)置窗口。 圖 58 水箱反應(yīng)器動畫連接窗口報警設(shè)置：雙擊報警按鈕，點(diǎn)擊設(shè)置，命令語言：\\本站點(diǎn)\水箱液位=90\\本站點(diǎn)\水箱液位，相應(yīng)對話框如圖 59 所示。 圖 510 菜單設(shè)置命令語言設(shè)置如下：if(menuindex==0)showpicture(實時曲線)。if(menuindex==2)showpicture(報警界面)43對其他的按鈕、畫面等的定義設(shè)置，均可按照上述方法來做，這里就不再詳細(xì)介紹。44 圖 61 運(yùn)行界面對水箱液位執(zhí)行設(shè)置，待水箱液位穩(wěn)定后改變水箱液位設(shè)定值，記錄水箱的液位曲線圖，如圖 42 所示。結(jié)合人機(jī)界面，系統(tǒng)變得美觀易懂，操作更加簡單快捷。45 但此液位控制系統(tǒng)也有一些不足之處，比如PID參數(shù)整定方法單一；系統(tǒng)的反應(yīng)速度比較慢；還有，我們設(shè)計的人機(jī)界面內(nèi)容簡單，界面不夠友好等，這些都是有待我們改