基于S7-200溫度PID控制實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、1 概述22系統(tǒng)組成31.1 控制系統(tǒng)組成31.2 控制要求32 實(shí)訓(xùn)設(shè)備32 控制面板42 功能指令使用及程序流程圖42 端口分配及接線圖5STEP7W序設(shè)計(jì)6硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)置6梯形圖設(shè)計(jì)6程序調(diào)試11WinCC組態(tài)畫面設(shè)計(jì)11PLC200與Wincc通信11S7-200PID編程總結(jié)136結(jié)束語(yǔ)錯(cuò)誤！未定義書簽。本實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)了一種基于Wincc和S7-200實(shí)現(xiàn)PID控制的方法，禾用PLC200固有的PID功能實(shí)現(xiàn)PID控制，通過Wincc進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有圖形顯示直觀，參數(shù)設(shè)置方便等優(yōu)點(diǎn)。PID控制器是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型有較強(qiáng)的靈活性和適

2、應(yīng)性所以現(xiàn)在有90犯上的閉環(huán)控制都采用PID控制器STEP7提供豐富的PID控制功能模塊可以很方便的創(chuàng)建PID控制器和處理設(shè)定值過程反饋值及對(duì)控制器的輸出值進(jìn)行后處理組態(tài)軟件Wincc是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA勺軟件平臺(tái)工具利用Wincc不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閉環(huán)控制過程的監(jiān)視而且還可以通過Wincc的組態(tài)界面實(shí)時(shí)設(shè)置和修改PID參數(shù)避免了在STEP7每次調(diào)試PID控制都得修改參數(shù)并下載程序。關(guān)鍵字：實(shí)時(shí)監(jiān)控；Wincc組態(tài)；PID;PLG2系統(tǒng)組成PLC200我們通過控制面板上的加熱器來實(shí)現(xiàn)溫度控制模擬系統(tǒng)，具體通過中的PID控制的編程實(shí)現(xiàn)加熱器溫度保持恒定，并使用WINCCa態(tài)畫面實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與PI

3、D設(shè)定功能?？刂葡到y(tǒng)組成圖2.1控制系統(tǒng)組成實(shí)現(xiàn)控制要求的系統(tǒng)組成如上圖所示，該系統(tǒng)是由執(zhí)行器、加熱器、溫度變送器、A/D轉(zhuǎn)換器、PID調(diào)節(jié)器和D/A轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成一個(gè)單回路溫度控制系統(tǒng)。PID調(diào)節(jié)器、D/A和A/D轉(zhuǎn)換器用西門子公司的S7-200,CPU22例PLC來實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)PC安裝了STEP7WWINCC!態(tài)軟件?？紤]溫度控制屬于大滯后系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器采用PI類型?？刂埔?、總體控制要求：如面板圖所示，模擬量模塊輸入端從溫度變送器端采集物體溫度信號(hào)，經(jīng)過程序運(yùn)算后由模擬量輸出端輸出控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)端控制加熱器。2、程序運(yùn)行后，模擬量輸出端輸出加熱信號(hào)，對(duì)受熱體進(jìn)行加熱。3、模擬量模塊輸入端將

4、溫度變送端采集的物體溫度信號(hào)作為過程變量，經(jīng)程序PID運(yùn)算后，由模擬量輸出端輸出控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)端控制加熱器。本系統(tǒng)的給定值（目標(biāo)值）可以預(yù)先設(shè)定后直接輸入到回路中；過程變量由在受熱體中的Pt100測(cè)量并經(jīng)溫度變送器給出，為單極性電壓模擬量；輸出值是送至加熱器的電壓，具允許變化范圍為最大值的0%至100%實(shí)訓(xùn)設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)與規(guī)格數(shù)量備注1實(shí)訓(xùn)裝置THPFSM-212實(shí)訓(xùn)掛箱B1113導(dǎo)線3號(hào)4通訊編程電纜PC/PPI1西門子5實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書THPFSM-1/216計(jì)算機(jī)（帶編程軟件）STEP7MicroWINSP31自備7計(jì)算機(jī)（帶組態(tài)軟件）Wincc6.01自備8計(jì)算機(jī)（帶虛擬主站軟件）STEP

5、7Manag1自備控制面板此面板中的Pt100為熱電偶，用來監(jiān)測(cè)受熱體的溫度，并將采集到的溫度信號(hào)送入變送器，再由變送器輸出單極性模擬電壓信號(hào)，到模擬量模塊，經(jīng)內(nèi)部運(yùn)算處理后，輸出模擬量電流信號(hào)到調(diào)壓模塊輸入端，調(diào)壓模塊根據(jù)輸入電流的大小，改變輸出電壓的大小，并送至加熱器?？刂泼姘迦缦聢D2.1所示。溫度控制口口T|IAC220VffiAI不TIOUT驅(qū).立模積%1交送00功能指令使用及程序流程圖1.PID指令使用2.程序流程圖圖2.2程序流程圖端口分配及接線圖1.端口分配及功能表序號(hào)PLC地址（模擬量端子）電氣符號(hào)（面板端子）功能說明1A+溫度變送十變送器輸出正信號(hào)2A-溫度變送-變送器輸出負(fù)

6、信號(hào)3VO驅(qū)動(dòng)彳言號(hào)十驅(qū)動(dòng)正信號(hào)4MO驅(qū)動(dòng)彳言號(hào)-驅(qū)動(dòng)負(fù)彳言號(hào)5溫度模塊OU俄溫度/轉(zhuǎn)速表S1溫度顯示信號(hào)2.PLC外部接線圖GND+S4V+O-e度送號(hào)溫變信S7-200PLCRAvA+A-MOI動(dòng)塊驅(qū)模-O圖2.2PLC接線圖3STEP7®序設(shè)計(jì)硬件組態(tài)及參數(shù)設(shè)置在STEPr創(chuàng)建一個(gè)溫度控制系統(tǒng)的項(xiàng)目，在項(xiàng)目下生成一個(gè)S7-200的站點(diǎn)，進(jìn)入HWCoMig界面按硬件安裝次序和訂貨號(hào)依次插入機(jī)架電源CPUI/O模塊等進(jìn)入CPU屬性窗口，設(shè)置站點(diǎn)的CP5611地址假設(shè)為2,則EM277站點(diǎn)地址設(shè)為3,相應(yīng)的EM277硬件上調(diào)撥碼開關(guān)為3。這里所設(shè)置的地址3必須與Wincc通信驅(qū)動(dòng)地址

7、相匹配，如：PLC200中地址也為3,CP板卡號(hào)為1。當(dāng)STEPr的硬件組態(tài)下載到虛擬主站時(shí)，需將再一次設(shè)置。此次設(shè)置目的是讓虛擬主站與Wincc通信。設(shè)置：打開控制面板-選擇才T開PG/PC-選擇CP_I2_1:->CP5611(PROFIBUS葉細(xì)設(shè)置可參考第四章節(jié)PLC20叫Wincc通信。Wincc中地址：以S7-200中VW1200以后16字輸入16字輸出作為S7-200側(cè)的數(shù)據(jù)交換區(qū)，VB1200-1231作為S7-200輸入?yún)^(qū)，VB1232-1263作為S7-200的輸出區(qū)。梯形圖設(shè)計(jì)主程序：子程序:中斷程序:程序調(diào)試本程序分為三部分：主程序，子程序，中斷程序。子程序主要是

8、將各個(gè)PID運(yùn)算所需的參數(shù)變量輸入寄存器中。中斷程序主要是將模擬量輸入到寄存器中，并將運(yùn)算完畢的整數(shù)值寫到模擬輸出寄存器中。輸入的數(shù)據(jù)時(shí)，裝入設(shè)定值0.193,回路增溢0.15,采樣時(shí)間35秒，積分時(shí)間30分鐘，關(guān)閉微分作用。設(shè)定定時(shí)中斷0的時(shí)間間隔是100ms設(shè)定定時(shí)中斷，以定時(shí)執(zhí)行PID指令。檢查程序有無錯(cuò)誤，檢查無誤后接通電源，將程序下載到運(yùn)行模擬平臺(tái)上并運(yùn)行該程序，并檢查運(yùn)行情況看看是否運(yùn)行正常。運(yùn)行正常停止運(yùn)行，關(guān)閉計(jì)算機(jī)關(guān)閉電源。結(jié)束！WinCC組態(tài)畫面設(shè)計(jì)菜單主畫面組態(tài)報(bào)警數(shù)據(jù)分析報(bào)表打印退出PLC200溫度PID控制系統(tǒng)PlDrJtl0.000PI口輸入值0.000P舊輸巳值0

9、.000知j，但度俏0.000i-1D0.DQ+MD1+BOH1*TO.M*WW*4MO+a.M7+14El二切的圖3.1wicc組態(tài)畫面4PLC20gWincc通信WinCC組態(tài)軟件與S7-200系列PLC的通信：SIMATICWinC就用了最新的32位技術(shù)的過程監(jiān)控軟件，具有良好的開放性和靈活性。無論是單用戶系統(tǒng)，還是冗余多服務(wù)器/多用戶系統(tǒng)，WinCC均是較好選擇。通過ActiveX,OPCSQL等標(biāo)準(zhǔn)接口，WinCC可以方便地與其它軟件進(jìn)行通信。WinCC與S7-200系列PLC的通信，可以采用PPI和Profibus兩種通信協(xié)議之一進(jìn)行1、WinCC與S7-200系列PLC通過Pro

10、巾bus協(xié)議進(jìn)行通信的實(shí)現(xiàn)(1)軟硬件要求：PC機(jī)，Windows98操作系統(tǒng)；S7-200系列PLCCP5611板卡或者其他同類板卡，例如：CP5412,CP5613EM277ProfibusDP®塊；Profibus電纜及接頭；安裝CP5611板卡的驅(qū)動(dòng)；安裝WinCC4.0或以上版本；安裝COMProfibus軟件。硬件連接如圖所示。監(jiān)控計(jì)算機(jī)：DP主站，地址為1圖5.1WinCC與S7-200系歹UPLC通信實(shí)現(xiàn)硬件連接(2)組態(tài)打開SIMATICNETCOMPro巾bus新加一個(gè)組態(tài)，主站為SOFTNET-DP從站是EM277Profibus-DP主站的地址選擇從1到126

11、。從站的地址選擇從3到99,與EM277的地址一致。然后用該軟件對(duì)從站進(jìn)行配置：打開從站屬性，在Configure選項(xiàng)中，選擇2bytesin/2bytesout(可根據(jù)實(shí)際需要選定)。在Parameterize中可以選擇偏移地址，地址對(duì)應(yīng)于S7-200系列PLC的數(shù)據(jù)區(qū)(即V區(qū))，默認(rèn)為1200,即從VB1200開始。組態(tài)完成后，導(dǎo)出(Export)NCM文件，生成*.txt和*.ldb文件。(3)設(shè)置PG/PCinterface在AccessPointoftheApplication中選擇CP_L2_1在InterfaceParameterAssignment選擇CP5611A1(Prof

12、ibus)在屬性里的激活DP協(xié)議，并在DP-Database參數(shù)中輸入*.ldb文件的完全路徑。設(shè)置完成后可以診斷硬件配置是否正確、通信是否成功。(4)WinCC的設(shè)置。在WinCC變量管理器中添加一個(gè)新的驅(qū)動(dòng)程序，新的驅(qū)動(dòng)程序選擇PROFIBUSDPHN,選擇CP5611(A1)Board1,在SystemParameters設(shè)定參數(shù)。CP5611(A1)board#數(shù)為1,表示板卡的編號(hào)；Config參數(shù)為組態(tài)時(shí)生成的*.txt文件的完全路徑；Watchdogtime參數(shù)為0。新建一個(gè)連接，從站地址與EM277的地址一致。(5)建立變量。WinCC中的變量類型有In和Out。In和Out是

13、相對(duì)于主站來說的，即In表示W(wǎng)inCC從S7-200系列PLC讀入數(shù)據(jù)，Out表示W(wǎng)inCC向S7-200系列PLC寫出數(shù)據(jù)。In和Out與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)V區(qū)對(duì)應(yīng)。在該例中，Out與PLC中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的VB1200VB1231對(duì)應(yīng)，In與PLC中的存儲(chǔ)區(qū)的VB1232VB1263對(duì)應(yīng)。(6)優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：該方法數(shù)據(jù)傳輸速度快，易擴(kuò)展，實(shí)時(shí)性好。缺點(diǎn)：傳送數(shù)據(jù)區(qū)域有限(最大64字節(jié)),在PLC中也必須進(jìn)行相應(yīng)的處理，且硬件成本高，需要的CP5611或CP5412EM277Profibus-DPProfibus總線等硬件，還需要ComPro巾bus軟件。應(yīng)用場(chǎng)合：適用于在要求高速數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)性要求高

14、的系統(tǒng)。5S7-200PID編程總結(jié).注意區(qū)分輸入端接的是電壓信號(hào)還是電流信號(hào)；輸出端是電流信號(hào)還是電壓信號(hào)。在模擬模塊上不同信號(hào)下的接線方式。.了解信號(hào)輸入元件相關(guān)資料:如使用溫度變送器，要了解溫度變送器測(cè)量范圍，如0100C；輸出電流范圍420mA;分度號(hào)是什么，如PT100;接線原理圖等。相關(guān)輸入元件；輸出元件在模擬模塊上的接線方式。其他如工程要求的精度是多少等。.關(guān)于PID設(shè)定值(VD204泗!認(rèn)：假定我們將控制溫度定位23.5C；以單極性為例，首先應(yīng)確定輸入信號(hào)是010V電壓信號(hào)還是420mA電流信號(hào)？，這在PID設(shè)定值中非常重要。如是010V電壓輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)032000,溫度范圍0

15、100C,設(shè)定值為可直接算出：VD204=23.5(100-0)=0.235;若是電流420mA,其對(duì)應(yīng)數(shù)值應(yīng)為640032000,溫度范圍0100C,則設(shè)定值應(yīng)為0.388。原因：模擬模塊中032000對(duì)應(yīng)020mA;其中640032000對(duì)應(yīng)420mA對(duì)應(yīng)0100C；這就必須進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，235c電流計(jì)算方式：(20-4):(100-0)=(X-4):23.5;解方程：X=7.76(mA)設(shè)定值：VD204=7.7620=0.388.關(guān)于PID輸出值(VD208泗!認(rèn)：以單極性為例，應(yīng)確定輸出信號(hào)是010V電壓信號(hào)還是420mA電流信號(hào)對(duì)應(yīng)著032000?若是輸出信號(hào)AQW0對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)，比如010V,則AQW0=(實(shí)數(shù)VD208*32000在轉(zhuǎn)化成整數(shù))即可；若是輸出信號(hào)AQW0對(duì)應(yīng)電流信號(hào)，比如420mA,則AQW0=(實(shí)數(shù)VD208*32000在轉(zhuǎn)化成整數(shù)+6400)。.關(guān)于PID恒溫控制實(shí)際：通過上機(jī)實(shí)驗(yàn)可知：PID恒溫控制是圍繞著設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)的。若設(shè)定溫度為23.5C；當(dāng)溫度低于設(shè)定值時(shí)，加溫蒸汽調(diào)節(jié)閥始終處于全部打開狀態(tài)，；當(dāng)溫度達(dá)到23.5C,加溫用的蒸汽調(diào)節(jié)閥開始逐漸關(guān)閉，在關(guān)閉過程中，溫度有可能仍