WinCC和S7200的温度测控系统.docx

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1、WinCC和S7-200的温度测控系统摘要传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制,使控制系统的体积增大,耗电多，效率不高且易出故障,不能保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的开展,传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而产生的P1C控制技术所取代。而P1C本身优异的性能使基于P1C控制的温度控制系统变的经济高效稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有相当的意义。在以P1C控制为核心，加热炉为根基的温度自动控制系统中，P1C将加热炉温度设定值与温度传感器的测量值之间的偏差经P1D运算后得到的信号控制输出电压的大小，从而调节加热器加

2、热，实现温度自动控制的目的。文章介绍了基于S7-200温度控制系统的PID调节器的实现。关键词：P1C温度控制PID调节器S7-200温度传感器目录1课程设计任务书12温度控制对象22.1 功能特点与技术参数22.2 控制手段23方案设计33.1 现场总线概述33.2 WinCC+S7-200温度控制系统的硬件组成63.3 3WinCC+S7-200温度控制系统的软件配置73.4 WinCC+S7-200温度控制系统的网络构造93.5 温度控制算法104S7-200P1C控制程序的设计154.1 控制程序的组成154.2 温度采集程序设计154.3 数字滤波程序设计154.4 P1D控制程序设

3、计165WinCC组态175.1 变量组态175.2 画面组态175.3 变量连接186程序调试206 .1P1C调试方法与结果206.2WinCC调试方法与结果207 P1D参数的整定217.1 整定方法217.2 整定结果及分析228技术小结23附录错误!未定义书签。1课程设计任务书设计题目：基于WinCC和S7-200的温度测控系统学生姓名欧祖鸿课程名称现场总线测控系统设计测控普2007地点1502起止时间10.11.2910.12.10设计内容及要求使用WinCC和S7-200P1C系统设计一套加热炉温度控制系统。内容及要求如下：1 .接线图设计：S7-200和加热炉控制对象之间的接线

4、图设计。2 .程序设计（I）P1C控制程序设计包括温度采集程序，标度换算、数字滤波程序、PID控制程序、D/A输出程序设计等内容。（2）WinCC组态设计包括通信连接、变量组态、画面组态（温度控制回路相关参数的显示画面，温度趋势的显示画面，参数修改画面），变量连接等内容。3 .温度PID控制参数的整定整定PID参数，分析不同PID对温度控制精度的影响。设计参数技术指标：1 .温度采集精度：0.5%2 .温度控制精度：1%进度要求第1天：选题、讲解任务、S7-200根本应用；第2天：温度控制回路接线图设计、S7-200编程；第3天：数据采集程序、换算程序、数字滤波程序、输出程序设计与调试；第4天

5、：Pn）程序设计与调试；第5天：WinCC根本应用培训与训练；第6-7天：WinCC温度控制变量组态、画面设计、通信连接等；第8-9天：温度控制系统WinCC与P1C联调；第10天：撰写设计报告和检查设计结果参考资料1 .廖常初.S7-200400P1C应用技术（第2版）M.机械工业出版社.20082 .西门子自动化与驱动集团.深入浅出西门子WinCCv6M.北京航空航天大学出版社,2005.9其它说明1.本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份，院系审批后交院系办备案，一份由负责教师留用。2.假设填写内容较多可另纸附后。3.一题多名学生共用的，在设计内容、参数、要求等方面应有所区别。教研室主

6、任：指导教师：胡文金、刘显荣2010年11月26日2温度控制对象温度控制对象，在工业控制过程中，是相当重要的控制对象，因为温度直接的影响到了燃烧、化学反响、发酵、烘烤、蒸储、浓度，结晶以及空气流动等物理的和化学的变化过程。温度控制的不好很有可能引起严重的安全事故，产品质量和产量等一系列的问题。温度控制是许多设备的重要的构成局部，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进展工件的加工与处理。不管是在生活中还是在工业生产过程中，温度的变化对生活、生产的某些细节环节都会造成不同程度的影响，所以适时地对温度进展控制具有重要的意义。1.1 功能特点与技术参数实践证明温度对象的特点是：时间常数大，

7、滞后现象严重，反响在控制系统上，就是被控温度的变化滞后于调节器的输出。我们知道热量的传递是需要一定时间的，温度上升的快慢与其热容量的大小有关，通常温度的上升与下降和时间的关系是一个指数曲线关系。而产生滞后则与热量的传递过程有关，再者测温元件也有一定的惯性，这些都会产生滞后现象。本次设计选用的是TKP1C-2型温度控制器，该温度控制器同样的具有滞后大和惯性大的特点。该加热器用的是OV到5V的电压加热，2. 2控制手段通过以上的分析，系统的总的滞后时间比照大，升温的滞后时间相对降温来说是比照小的。因此，在PID调节中，要使系统的品质变好，除了参加适当的积分以消除静态误差外，还应该加强比例作用使调节

8、更加灵敏，减小调节时间，同时还应该参加适当的微分作用，使系统的超调量减小。3方案设计主要是通过实验的需要选择硬件。然后将选择的硬件组成控制系统，根据任务的要求选择西门子的S7-200的P1C,TKP1C-2型加热炉等硬件，硬件选择完成后，跟据所选择的硬件选择适宜的软件进展程序设计，只有拥有完整的硬件和软件的系统才能所需要的功能。下面就仔细的介绍在设计中运用到的硬件和软件。3.1现场总线概述目前世界上存在着大约四十余种现场总线，如法国的FIP,英国的ERA,德国西门子公司Siemens的ProfiBus,挪威的FINT,Eche1on公司的1ONWorks,PhenixContact公司的Int

9、erBus,RoberBosch公司的CAN,Rosemounr公司的HART,Car1oGarazzi公司的Dup1ine,丹麦ProcessData公司的P-net,PeterHans公司的F-Mux,以及ASI（ActraturSensorInterface）MODBus、SDSArcnet,国际标准组织-基金会现场总线FF：FieIdBUSFoUndation、WorkIFIP、BitBUs,美国的DeviceNet与Contro1Net等等。这些现场总线大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域，大概不到十种的总线占有80%左右的市场。下面仔细的介

10、绍九种比照常用的现场总线。3.1.1 基金会现场总线这是以美国FiSher-RoUSemOUnt公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywe11公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的Wor1dFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的开展前景。基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OS1的简化模型（1,2,7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m,可支持总线供电和本质安全防爆

11、环境。后者传输速率为IMbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为75Om和500m,支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IECI158-2标准。FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。3. 1.21onWorks总线它由美国Eche1on公司推出，并由Motoro1aToshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bits至15Ms不等，直接通信距离可达270Om178Kbit/s）,被誉为通用控制网络。1onworks技术采用的1On

12、Ta1k协议被封装到NeUrOn（神经元）的芯片中，并得以实现。采用1onWorkS技术和神经元芯片的产品，被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。3. 1.3Profibus总线PrOfibUS是德国标准（DINI9245）和欧洲标准（EN50170）的现场总线标准。由PROF1BUS-DP、PR0FIBUS-FMSPROF1BUS-PA系列组成。DP用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域。FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化的总线类型，服从IECI158-2标准。Profibus支持主-从系统、纯

13、主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。PR0F1BUS的传输速率为9.6KbitZS至12Mbits,最大传输距离在9.6Kbit/s下为1200m,在12MbitZS小为200m,可采用中继器延长至IOkm,传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站点。3. 1.4CAN总线最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线标准已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了IntekMotoro1aNEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧构造，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏

14、性总线仲裁技术，通过设置优先级来防止冲突，通讯距离最远可达10KM5Kbpss,通讯速率最高可达40M1Mbps,网络节点数实际可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。3. 1.5HART总线HART是HighwayAddressab1eRemoteTransducer的缩写，最早由Rosemount公司开发。其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变的过渡产品。其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层,支持点对点主从应答方式和多点播送方式。由于它采用模拟数字信号混和，难以开发通用的通信接口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防

15、爆的要求,并可用于由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。3. 1.6CC-1ink总线CC-1inkContro1&Communication1ink（控制与通信链路系统）的缩写，在1996年11月，由三菱电机为主导的多家公司推出，其增长势头迅猛，在亚洲占有较大份额。在其系统中，可以将控制和信息数据同是以10Mbits高速传送至现场网络，具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省本钱等优点。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。CC-1ink是一个以设备层为主的网络，同时也可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。2005年7月CC-1ink被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。3. 1.7WOrdF1P总线WorkdFIP的北美局部与ISP合并为FF以后，Wor1dFIP的欧洲局部仍保持独立，总部设在法国。其在欧洲市场占有重要地位，特别是在法国占有率大约为60%Wor1dFIP的特点是具有单一的总线构造来适用不同的应用领域的需求，而且没有任何网关或网桥，用软件的方法来解决高速和低速的衔接。Work1F1P与FFHSE可以实现“透明联接，并对FF的H1进展了技术拓展，如速率等。在与IEC61158第一类型的连接方面，Wor1dFIP做得最好，走在世界前列。3. 1.8INTERBUS总线