重庆科技学院课程设计报告院（系）:_电气与信息工程学院专业班级:测控普2007-01学生姓名:黄亮学号: 2007440799设计地点（单位）__ I502________ __ ______设计题目:__基于WinCC和S7-300的温度测控系统__完成日期：2010年 12 月 10 日指导教师评语: _________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ________________________________ __________ _成绩（五级记分制）:______ __________指导教师（签字）:________ ________目录1课程设计任务书设计题目：基于WinCC和S7-300的温度测控系统教研室主任：指导教师：胡文金、刘显荣2010 年 11月 26 日2温度控制对象概述温度是流程工业中极为常见的热工参数，对它的控制也是过程控制的一个重点。

随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高，温控系统的控制技术得到了迅速发展，能否成功地将温度控制在所需范围内，关系到整个活动的成败，由于控制对象的多样性和复杂性，导致采用的温控手段的多样性，且控制对象普遍具有时间常数大、纯滞后时间长、时变性较明显等特点，给控制带来一定难度。

在本次设计中采用的是TKPLC-2型温度加热器。

2.1功能特点与技术参数TKPLC-2型温度加热器是包括三个模块，电压驱动模块、电阻丝加热模块以及电流输出模块，温度加热器功率为50W。

电压输入为0-5V，电流采用标准的DDZⅢ型4-20mA输出信号，温度传感器采用Pt100，测温范围0-200℃，Pt100采用电桥连接。

电阻丝温度变化大概为0-100℃，因此满足实验的要求。

2.2控制手段温度控制对象由于存在比较大的滞后，控制快速性以及控制精度较难权衡，因此控制比较复杂。

针对各种温度控制对象，已经有了各种不同的温度控制方法，包括最经典的PID控制算法，模糊控制算法，神经网络控制，最优控制等等，这些控制算法各有各自的特点及优势。

由于实验的条件以及自身的知识水平，采用最经典的PID控制算法作为本次课程设计的核心温度控制算法。

整个控制流程为：由温度加热器的自带的温度传感器Pt100实时测量温度，再由温度加热器内部调理电路，将温度信号转换为4-20mA的电流信号，电流信号通过电缆传送到S7300型号PLC的模拟量输入端，通过PLC内部自带的FB58温度控制PID模块控制，然后通过PLC的模拟量输出口采用0-10V（实际程序控制只需输出0-5V）方式电压输出控制温度加热器的加热电压，达到控制温度的目的。

此外实验中还通过WinCC组态软件来实时监控温度控制过程，包括实时温度，PID三个参数（Kp、Ti、Td），以及输出控制流量，绘制实时曲线，棒图等。

PLC通过DP总线与PC连接，WinCC组态软件通过配置PG接口与PLC连接，达到数据传输的目的。

以此，一个PID温度控制以及实施监控的控制的系统叙述完毕。

3方案设计3.1现场总线系统概述随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛地应用在所有的工业领域。

现代社会要求制造业对市场需求作出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、高质量的产品。

为了满足这一要求，生产设备和自动化生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。

可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用控制装置。

本章主要介绍西门子S7-300系列PLC以及其它的硬件、软件、通讯网络组成与选型。

现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。

现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。

现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。

随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。

现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。

现场总线可分为以下几大类：基金会现场总线PROFIBUS现场总线LonWorks现场总线CAN现场总线HART现场总线ControlNet现场总线DeviceNet现场总线WorldFIP现场总线 INTERBUS现场总线本设计采用德国标准（DIN19245）和欧洲标准（EN50170）的PROFIBUS现场总线中的PROFIBUS-DP。

PROFIBUS-DP是一种高速、低成本通信，专门用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。

使用PROFIBUS-DP可取代24V DC或4～20mA信号传输。

ROFIBUS-DP用于现场设备级的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。

总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。

除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。

3.2WinCC+S7-300温度控制系统的硬件配置S7-300可以通过各种不同功能模块组合一个CPU 最多可以组合11个模块，S7-300模块式PLC ，主要由机架、CPU 模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装的机架上。

通过CPU 模块或通信模块上的通信接口，PLC 被连接到通信网络上，可以与计算机、其他PLC 或者其他设备通信。

3.2.1PLC 硬件配置使用STEP7软件需要建立一个S7300站点，然后需要进行硬件配置，打开硬件窗口后配置的步骤如下：1. 配置机架。

S7300机器必须配置机架，因为S7300的电源、CPU 以及各个模块都是安装在机架上的。

2. 配置电源。

电源为第一个位置编号为1。

3. 配置CPU 。

此系统采用与实验设备相同的CPU-315-2DP ，此型号CPU 有一个MPI接口和一个DP 接口。

CPU 自带8路模拟量输入输出信号。

下图是已经配置好的硬件截图图2.硬件配置图 表1. S7-300硬件配置详细信息3.2.2CPU 参数设置硬件配置好后，可以根据程序的需要对CPU 的参数进行设置，打开如下图的对话框。

可以设置的参数总共有十大类，分别为：时钟中断、循环中断、诊断/时钟、保护、通讯、常规、启动、周期时钟存储器、保存存储器，中断。

需要修改时，可以通过选项切换至该选项。

在此次课程设计中修改了循环中断OB35组织块的循环时间，修改为100ms 。

3.2.3模拟量参数设置温度加热器采用的是0-5V 单极性电压输入，4-20mA 电流电流输出。

因此为了使系统电参数配合，需要对PLC 的模拟量输入输出进行设置。

此处应该配置模拟量输出为0-10V 电压输出，模拟量输入为4-20mA 电流输入。

配置模拟量的对话框见下图。

CPU 参数设置对话框模拟量输入输出配置对话框3.3WinCC+S7-300温度控制系统的软件配置系统中使用的的软件有STEP7以及WinCC组态软件，这两款软件在同类领域都是主流软件，各类参考书籍都非常的多，因此以这两款软件作为此次课程设计的应用软件极大的方便了同学们的完成此次课程设计。

3.3.1STEP7软件配置STEP7编程软件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC，是供它们编程、监控和参数设置的标准工具。

STEP 7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。

在STEP 7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。

STEP7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的数据。

实现STEP 7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP7中。

在STEP 7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。

STEP 7用SIMATIC 管理器对项目进行集中管理，它可以方便的浏览SIMATIC S7、C7、和WinAC的数据。

因此，掌握项目创建的方法就非常重要。

首先双击桌面上的STEP 7图标，进入SIMATIC Manager窗口，进入主菜单【文件】，选择【新建项目向导】,弹出标题为“STEP7 向导：新建项目”(新项目向导)的小窗口。

(1)点击【NEXT】，在新项目中选择CPU模块的型号为CPU 315-2DP。

(2)点击【NEXT】，选择需要生成的逻辑块，至少需要生成作为主程序的组织块OB1。

(3)点击【NEXT】，输入项目的名称，按【Finish】生成的项目，进入STEP软件后采用梯形图（LAD）编程语言。

3.3.2WinCC软件配置1.WinCC概述1966年，西门子公司推出了HMI/SCADA软件—视窗控制中心SIMATIC WinCC，它是西门子在自动化领域中的先进技术与Microsoft相结合的产物，性能全面，技术先进，系统开放。

WinCC除了支持西门子的自动化系统外，可与AB、Modicon、GE等公司的系统连接，通过OPC方式，WinCC还可以与更多的第三方控制器进行通信。

WinCCTV运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。

用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可以形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时曲线等。

它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件的设计周期，而且提高了工作效率。

2.WinCCExplorer项目WinCCExplorer以项目的形式管理着控制系统所有必要的数据。

单机“开始—所有程序—SIMATIC—WinCC—WinCC V6.0 ASIA”启动WinCCExplorer浏览器，也称为WinCC 项目管理器。

即可开始一个WinCC项目的组态。

首次启动WinCC，将打开一个没有项目udeWInCC项目管理器。