分布式實驗報告

1、 實驗一 循環(huán)燈監(jiān)控一、實驗?zāi)康?、 掌握s7300與wincc如何通信2、 掌握wincc變量定義及與控制變量如何綁定3、 了解分布式控制系統(tǒng)中操作站的主要功能。4、 熟悉WINCC軟件圖形開發(fā)界面。二、實驗要求實現(xiàn)控制系統(tǒng)組態(tài)過程，具體要求如下：1、 S7300PLC仿真器與計算機(jī)相連的組態(tài)過程。2、 圖形界面設(shè)計實現(xiàn)。3、 數(shù)據(jù)報表界面實現(xiàn)三、實驗原理與常規(guī)的儀表控制方式不同的是集散控制系統(tǒng)通過人機(jī)操作界面不僅可以實現(xiàn)一般的操作功能，而且還增加了其他功能，例如控制組態(tài)、畫面組態(tài)等工程實現(xiàn)的功能和自診斷、報警等維護(hù)修理等功能。此外，畫面方便的切換、參數(shù)改變的簡單等性能也使集散控制系統(tǒng)的操作

2、得到改善。操作站的基本功能：顯示、操作、報警、系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護(hù)、報告生成。操作站的基本設(shè)備有操作臺、微處理機(jī)系統(tǒng)、外部存儲設(shè)備、操作鍵盤及鼠標(biāo)、圖形顯示器、打印輸出設(shè)備和通信接口等。（1）西門子S7系列PLC編程軟件 本裝置中PLC控制方案采用了德國西門子公司S7-300PLC，采用的是Step 7編程軟件。利用該軟件可以對相應(yīng)的PLC進(jìn)行編程、調(diào)試、下裝、診斷。 （2）西門子WinCC監(jiān)控組態(tài)軟件 S7-300PLC控制方案采用WinCC軟件作為上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件，WinCC是結(jié)合西門子在過程自動化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和Microsoft的強(qiáng)大功能的產(chǎn)物。作為一個國際先進(jìn)的人機(jī)界面(HMI)軟

3、件和SCADA系統(tǒng)，WinCC提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板；并具有高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)；WinCC還為用戶解決方案提供了開放的界面，使得將WinCC集成入復(fù)雜、廣泛的自動化項目成為可能。 四、實驗步驟1、對PLC進(jìn)行硬件組態(tài)：在新建項目下選擇“SIMATIC 300 Station”-“hardware”,打開硬件組態(tài)窗口。2、點(diǎn)擊項目名稱，在右方的空白處添加PROFIBUS和MPI對CPU和PROFIBUS和MPI進(jìn)行總線的連接。4、程序仿真1）、仿真創(chuàng)建圖4-32）仿真現(xiàn)象5、畫面編輯1）、界面設(shè)計正轉(zhuǎn)按鈕可以將其中的畫面窗口中通過跳

4、轉(zhuǎn)顯示正轉(zhuǎn)的時候的循環(huán)燈運(yùn)行情況，反轉(zhuǎn)按鈕可以將其中的畫面窗口中通過跳轉(zhuǎn)顯示反轉(zhuǎn)的時候的循環(huán)燈運(yùn)行情況，退出按鈕添加C動作，點(diǎn)擊即可退出程序。2）、變量管理1、在變量管理中右鍵選擇“添加新的驅(qū)動程序”-“SIMATIC S7 Protocol Suite”，如圖4-7所示：圖4-7在MPI中創(chuàng)建“新的驅(qū)動程序的連接”，命名為“step7”，在下面創(chuàng)建變量，如圖4-8所示：其中A0.0A0.5控制正轉(zhuǎn)的6個燈，M0.0，M0.1，M2.0分別為啟動、停止、反轉(zhuǎn)按鈕，控制燈的運(yùn)動。3）、連接診斷選擇“開始”-“SIMATIC”-“wincc”-“TOOLS”-“Channel Diagnosis”

5、若其中均為綠色勾，則為通信成功，否則視為不成功，需重新設(shè)置地址。如圖4-11所示：圖4-114）、變量連接對于燈的連接，如圖4-12所示：4-12對于按鈕的連接，如圖4-13所示：圖4-135）、激活現(xiàn)象激活之后，點(diǎn)擊綠色按鈕（左邊），程序進(jìn)入正轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，點(diǎn)擊紅色按鈕（右邊）則停止。點(diǎn)擊反轉(zhuǎn)按鈕，跳轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)界面，點(diǎn)擊反轉(zhuǎn)中的綠色按鈕開始反轉(zhuǎn)，點(diǎn)擊紅色按鈕即停止。點(diǎn)擊退出按鈕則關(guān)閉界面與程序。正轉(zhuǎn)圖如圖4-14所示：圖4-14六、實驗思考1、實驗中主畫面設(shè)計和變量有何關(guān)系？2、報警畫面如何設(shè)計？3、報表數(shù)據(jù)與現(xiàn)場參數(shù)連接如何建立？實驗二 模擬量控制實驗一、實驗?zāi)康?、 掌握控制如何采集、仿真2、

6、掌握線性化編程與結(jié)構(gòu)化編程3、 了解數(shù)據(jù)塊在結(jié)構(gòu)化編程中如何體現(xiàn)。4、 熟悉WINCC軟件圖形開發(fā)界面。二、實驗要求實現(xiàn)控制系統(tǒng)組態(tài)過程，具體要求如下：1、 控制的組態(tài)過程。2、 數(shù)據(jù)塊設(shè)計實現(xiàn)。3、 界面設(shè)計實現(xiàn)三、實驗原理1、模擬量I/O模塊圖3-12、模擬量控制系統(tǒng)設(shè)計舉例 如圖所示為一攪拌控制系統(tǒng)，由3個開關(guān)量液位傳感器，分別檢測液位的高、中和低?，F(xiàn)要求對A、B兩種液體原料按等比例混合，請編寫控制程序。要求：按起動按鈕后系統(tǒng)自動運(yùn)行，首先打開進(jìn)料泵1，開始加入液料A中液位傳感器動作后，則關(guān)閉進(jìn)料泵1，打開進(jìn)料泵2，開始加入液料B高液位傳感器動作后，關(guān)閉進(jìn)料泵2，起動攪拌器攪拌10s后，

7、關(guān)閉攪拌器，開啟放料泵當(dāng)?shù)鸵何粋鞲衅鲃幼骱?，延時5s后關(guān)閉放料泵。按停止按鈕，系統(tǒng)應(yīng)立即停止運(yùn)行。四、實驗步驟1、對PLC進(jìn)行硬件組態(tài)：在新建項目下選擇“SIMATIC 300 Station”-“hardware”,打開硬件組態(tài)窗口。圖4-12、點(diǎn)擊項目名稱，在右方的空白處添加PROFIBUS和MPI對CPU和PROFIBUS和MPI進(jìn)行總線的連接。圖4-23、組態(tài)完成后，編寫程序。1）、攪拌控制系統(tǒng)線性程序設(shè)計OB100塊：2）、攪拌控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計4、程序仿真攪拌控制系統(tǒng)線性程序設(shè)計1）、仿真創(chuàng)建圖4-32）、仿真結(jié)果 I0.0=ONPIW256<100 Q4.0=ON 如圖

8、4-4PIW256>=100 Q4.0=OFF Q4.1=ON 如圖4-5PIW256>=200 Q4.1=OFF Q4.2=OFF T1 如圖4-6T1=ON Q4.2=OFF Q4.3=ON PIW256=0 T2 如圖4-7T2=ON Q4.3=OFF攪拌控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計1）、仿真創(chuàng)建圖4-82）、仿真結(jié)果由于仿真結(jié)果圖與上一個的實驗結(jié)果完全一樣，則不截圖進(jìn)行說明。I0.0=ONPIW256<100 Q4.0=ONPIW256>=100 Q4.0=OFF Q4.1=ONPIW256>=200 Q4.1=OFF Q4.2=OFF T1T1=ON Q4.2

9、=OFF Q4.3=ON PIW256=0 T2T2=ON Q4.3=OFF5、畫面編輯1）、畫面設(shè)計2）、變量管理1、在變量管理中右鍵選擇“添加新的驅(qū)動程序”-“SIMATIC S7 Protocol Suite”，如圖4-12所示：圖4-12在MPI中創(chuàng)建“新的驅(qū)動程序的連接”，命名為“WinLc”，在下面創(chuàng)建變量，如圖4-13所示：圖4-132、在變量管理中右鍵選擇“添加新的驅(qū)動程序”-“System Info.chn，如圖4-14所示：圖4-143）、激活現(xiàn)象 1、激活主畫面后，點(diǎn)擊Process按鈕進(jìn)入Process子畫面，如圖4-17所示：圖4-17在Process子畫面中，調(diào)節(jié)滾

10、動條可以觀察到水箱中液位的變化情況，同時將液位的高度以數(shù)字顯示在左邊的變格中，開關(guān)可以控制閥門的開通與關(guān)斷。2、點(diǎn)擊Alarm按鈕進(jìn)入Alarms報警畫面，如圖4-18所示：在Alarms報警子畫面中，開關(guān)用來控制閥門的報警情況，滾動條用于顯示液位高低，當(dāng)快了滿的時候進(jìn)行報警，下方的報警表格用于記錄報警的時間與具體情況。圖4-183、點(diǎn)擊Trend按鈕進(jìn)入Trend子畫面，如圖4-19所示：圖4-19在Trend子畫面中，滾動條可以任意調(diào)節(jié)液位的高低，最后可以通過下方的趨勢圖來反映液位的變化情況，而系統(tǒng)CPU的利用率可以通過直方圖和下方的曲線圖表現(xiàn)出變化情況，而RAM的是不變的，則是一條平行于

11、時間的直線。六、實驗思考1、線性程序設(shè)計和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計應(yīng)用哪種場合？2、模擬量控制與開關(guān)量控制有哪些區(qū)別？3、畫面如何設(shè)計？4、數(shù)據(jù)塊如何設(shè)計？實驗五 時滯對象PID位置算法控制實驗一、實驗?zāi)康?、 掌握PID位置算法如何用程序來實現(xiàn)2、 掌握零階保持器的作用及離散化方法3、 掌握過程輸出如何仿真4、 Matlab程序設(shè)計方法及調(diào)試。二、實驗要求具體要求如下：1、 模擬PID的離散化方法。2、 程序設(shè)計實現(xiàn)。3、 過程輸出仿真。三、實驗原理控制對象及參數(shù)如下位置式PID控制算法：. 位置式控制算法提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置 ，需要累計零階保持器處理方法：四、實驗參考程序Ts=20; %采樣時間K=1

12、;Tp=60;%峰值時間tol=80;sys=tf(K,Tp,1,'inputdelay',tol);%時滯系統(tǒng)，Gp（s）的表達(dá)式表示dsys=c2d(sys,Ts,'zoh'); %輸入加入零階保持器的方法將傳遞函數(shù)離散化 num,den=tfdata(dsys,'v');% 提取差分方程系數(shù)，v是指以向量形式輸出 num=0 0.2835;den=1.0000 -0.7165u_1=0.0;u_2=0.0;u_3=0.0;u_4=0.0;u_5=0.0;%數(shù)字控制器初始值輸出設(shè)置為零 數(shù)字控制器輸出u滯后了4個采樣周期e_1=0;%系統(tǒng)誤差

13、初始值設(shè)置為零ei=0;%所有采樣時刻誤差值之和開始時為零y_1=0.0;%系統(tǒng)初始時刻輸出設(shè)置為零for k=1:1:300time(k)=k*Ts;%采樣時間信號值yd(k)=1.0;%tracking step signal 跟蹤階躍信號y(k)=-den(2)*y_1+num(2)*u_5;%計算含有滯后環(huán)節(jié)被控對象預(yù)估模型輸出值 e(k)=yd(k)-y(k);%計算系統(tǒng)誤差de(k)=(e(k)-e_1)/Ts;%系統(tǒng)誤差的變化率ei=ei+Ts*e(k);%計算所有采樣時刻誤差值之和delta=0.885;%穩(wěn)定范圍寬度TI=160;TD=40;u(k)=delta*(e(k)+

14、1/TI*ei+TD*de(k);%采用位置型控制算法e_1=e(k);%更新系統(tǒng)誤差值u_5=u_4;u_4=u_3;u_3=u_2;u_2=u_1;u_1=u(k);%更新控制器的輸出y_1=y(k);%更新系統(tǒng)的輸出endfigure(1);plot(time,yd,'r',time,y,'k:','linewidth',2);%繪圖xlabel('time(s)');ylabel('yd and y');legend('ideal position signal',' position tracking');Simulink仿真：五、實驗思考題1、PID位置算法如何實現(xiàn)？2、過