PLC综合实训室实训指导书
---基于西门子全自动网络控制系统
自动化教研室
二零零六年四月
实训一控制网络系统的组成及其认识实验
实训目的：
（1）系统了解本控制网络系统的硬件组成部件及其特点。
（2）了解本控制系统软件的特点及其配置。
（3）教育学生爱护实验装置，养成良好实验习惯。
实训内容及步骤：
（1）系统简述
全自动控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。
整个实验装置分为上位控制系统和控制对象两部分，上位控制系统流程图如图1-1所示：
图1-1 上位控制系统流程图
控制对象总貌图如图1-2所示。
图1-2 控制对象总貌图
（2）系统组成
本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。系统动力支路由由变频器、三相磁力驱动泵（380V变频）、压力传感器、液位传感器及手动阀组成。
1、被控对象
被控对象由不锈钢储水箱、圆筒形有机玻璃水箱组成。
水箱：包括有机玻璃水箱和储水箱。圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直能接观察到液位的变化和记录结果。水箱尺寸为：d=18cm,h=60 cm。储水箱尺寸为：长×宽×高=60cm×50㎝×40㎝。
管道：整个系统管道采用不锈钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球阀打开让水直接排出。
2、检测装置
压力传感器、液位传感器：采用工业用的扩散硅压力变送器，扩散硅差压变送器，其精度为0.5级，因为为二线制，故工作时需串接24V直流电源。
3．执行机构
变频器：本装置采用SIEMENS带PROFIBUS-DP通讯协议模块的变频器，其输入电压为三相AC380V，输出为三相AC380V。
水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为CHL-2-50，流量为32升/分，扬程为5米，功率为550W。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。
可移相SCR调压装置：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA标准电流信号。输出电压用来控制加热器加热，从而控制锅炉的温度。
电磁阀：在本装置中作为气动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。电磁阀型号为：2W-160-25 ；工作压力：最小压力为0Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝2 ；工作温度：－5～80℃。4．控制器
控制器采用SIEMENS公司的S7300 CPU，型号为314C-2DP，本CPU既具有能进行多点通讯功能的MPI接口，又具有PROFIBUS-DP通讯功能的DP通讯接口。本机还集成了24点开关量输入、26点开关量输出；4点模拟量输入、2点模拟量输出、1点电阻输入。
（3）总线控制柜
总线控制柜有以下几部分构成：
1、控制系统供电板：该板的主要作用是把工频AC220V转换为DC24V，给主控单元和DP从站供电。
2、控制站：控制站主要包含西门子S7-300的主站、以太网通讯模块、DP 链路、ET200M从站、ET200S从站、西门子S7-200的从站、DP总线的低压开关和变频器DP从站构成。
（4）系统特点
●被控参数涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力等典型参数。
●本装置由控制对象、综合控制系统、监控计算机三部分组成。
●真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。
●执行器中有变频器，调节系统除了有设定值阶跃扰动外，还可以通过对象中手动操作阀
制造各种扰动。
●能进行PC与S7－300主站之间的通信（工业以太网、RROFIBUS、MPI）。
●能进行S7-300与远程I/O站的PROFIBUS通信设计。
●能进行S7-300与变频器之间的PROFIBUS通信设计。
●能进行S7-300与S7-200的PROFIBUS通信设计。
●能进行S7-200与S7-200之间的通信设计。
●能进行S7-200与变频器的USS协议通信设计。
●能进行HMI与S7-300之间的通信设计。
（5）系统软件
系统软件分为上位机软件和下位机软件两部分，下位机软件采用SIEMENS的STEP7，上位机软件采用SIEMENS的WINCC，上、下位机软件在后面的实验中将分别叙述。
（6）实验结束
实验结束，关机，将一切复原，整个实验过程应注意爱护实验装置，养成良好实验习惯。
实训二下位机软件的硬件配置实验（系统构建）
实训目的：
（1）系统了解并掌握本控制网络系统中下位机的硬件组态。
（2）了解本控制系统下位机软件STEP7的特点及其用法。
（3）掌握系统构建过程中各模块的通信地址等参数设置。
实训内容：
（1）了解下位机软件STEP7的功能特性，并在PC机中正确安装。
（2）重点掌握使用STEP7来构建网络控制系统。
（3）了解SIMA TIC Manager中各功能模块的含义及其使用方法。
实训步骤：
（1）STEP 7简介
STEP 7是用于SIMA TIC S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件，可使用梯形逻辑图、功能块图和语句表。它是SIEMENS SIMA TIC工业软件的组成部分。STEP 7以其强大的功能和灵活的编程方式广泛应用于工业控制系统，总体说来，它有如下功能特性： 可通过选择SIMA TIC工业软件中的软件产品进行扩展
为功能摸板和通讯处理器赋参数值
强制和多处理器模式
全局数据通讯
使用通讯功能块的事件驱动数据传送
组态连接
（2）STEP 7的安装
包含五种语言的STEP 7 V5.2版本能够在MS Windows XP Professional操作系统上运行。
将STEP 7 CD放入PC机的CD-ROM驱动器，安装程序将自动启动，根据安装程序界面的提示即可安装完毕。如果安装程序没有自动启动，可在CD-ROM的以下路径中找到安装程序〈驱动器〉：/Step 7/Disk1/setup.exe.
一旦安装完成并已重新启动计算机，“SIMA TIC Manager(SIMA TIC管理
器)”的图标将显示在Windows桌面上。
（3）STEP 7的硬件配置和程序结构
一般来说，要在STEP 7中完成一个完整自动控制项目的下位机程序设计，要经过设计自动化任务解决方案、生成项目、组态硬件，生成程序、传送程序到CPU并调试等步骤。
从其流程来看，设计自动化任务解决方案是首要的，它是根据实际项目的要求进行设计，本实验对此不做过多地阐述。下面从生成项目开始，逐步介绍如何完成一个自动化控制项目的下位机程序设计。
（一）生成项目并组态硬件
1、双击桌面上的“SIMA TIC M anager”图标，则会启动STEP 7管理器及STEP 7新项目创建向导如图1-4所示。
并输入项目名称、设置好存储路径后，点击“OK”按键。
2、选择主菜单“Insert”的下拉菜单“Station”的“SIMATIC 300 Station”，如下图：
3、选择后，右边窗口出现“SIMATIC 300(1)”，用鼠标左键双击，右边窗口出现“Hardware”，用鼠标左键双击“Hardware”，出现新的窗口“HW Config-[SIMATIC-300(1)]”，此时在右边“standard”的“SIMATIC 300”的“RACK 300”中选择“Rail”并双击后如下图所示。
4、打开硬件配置右边窗口“Standard”的“PS-300”中的“PS 307 5A”，并双击鼠标左键，如下图所示。
5、下一步找到“CPU 300”选项中的“CPU 314C-2 DP”，型号为：6ES7 314-6CF01-0AB0，用鼠标左键双击，并设置其地址为“2”，如下图所示
6、完成第5步后，点击“DP”的“Parameters”选项，单击其内的“NEW”按钮，选择“PROFIBUS”后点击“OK”完成网络的设置。
7、下面所要进行的硬件配置是在“PROFIBUS”总线上挂所需要的模块。选择硬件配置右边的“Standard”窗口下的“CP343-1”，并配置好其IP 地址，如下图所示：
的“ET 200M”下选择：“IM153-1”并配置好其地址，如下图所示：
9、选择硬件配置右边的“Standard”窗口下的“PROFIBUS DP”，在其下面的“ET 200S”下选择：“IM151-1 Standard”并配置好其地址，如下图所示：
面的“Additional Field Devices”下选择：“PLC”并配置好其地址，如下图所示
11、选择硬件配置右边的“Standard”窗口下的“PROFIBUS DP”，在其下面的“Compatible PROFIBUS DP Slaves”下选择：“SIMOVERT”并配置好其地址，如下图所示
12、按照上面的步骤，逐一按照实际硬件排放顺序配置好所有的模块，如下图所示。
13、硬件设置好后，可以编译，编译通过后，保存所配置的硬件。点击“开始\设置\控
制面板”,鼠标左键双击控制面板中的“Set PG/PC Interface”图标，选择好你的PC机和CPU
的通讯接口部件后点击“OK”按钮退出。
14、把控制系统的电源打开，把CPU置于STOP或者RUN-P状态，回到硬件配置窗口，
点击图标，下载配置好的硬件到CPU中，把CPU置于RUN状态（如果下载程序时
CPU置于RUN-P状态，则可省略这一步），如果CPU的SF灯不亮，亮的只有绿灯，表明
硬件配置正确。
15、如果CPU的SF灯亮，则表明配置出错，点击硬件配置窗口中图标，则配置错的
模块将有红色标记，反复修改出错模块参数，保存并下载到CPU，直到CPU的SF灯不亮，亮的只有绿灯为止。
（二）、程序结构
配置好硬件之后，回到STEP 7管理器界面窗口，鼠标左键单击窗口左边的“B lock”选项，则右边窗口中会出现“OB1”图标，“OB1”是系统的主程序循环块，“OB1”里面可以写程序，也可以不写程序，根据需要确定。STEP 7中有很多功能各异的块，分别描述如下：
1、组织块（Oganization Block,简称OB）。组织块是操作系统和用户程序间的接口，它
被操作系统调用。组织块控制程序执行的循环和中断、PLC的启动、发送错误报告等。你
可以通过在组织块里编程来控制CPU的动作。
2、功能函数块（Function Block,简称FB）。功能函数块为STEP 7系统函数，每一个功能函数块完成一种特定的功能，你可以根据实际需要调用不同的功能函数块。
3、函数（Function,简称FC）。函数是为了满足用户一种特定的功能需求而由用户自己编写的子程序，函数编写好之后，用户可对它进行调用。
4、数据块（Data Block,简称DB）。数据块是用户为了对系统数据进行存储而开辟的数据存储区域。
5、数据类型（Data Type,简称UDT）。它是用户用来对系统数据定义类型的功能模块。
6、变量标签（V ariable Table,简称V A T）。用户可以在变量标签中加入系统变量，并对这些变量加上用户易懂的注释，方便用户编写程序或进行变量监视。
如果你要加入某种块，可在右边窗口（即出现“OB1”的窗口）空白处单击鼠标右键选择“I nsert New Object”选项，在其下拉菜单中鼠标左键单击你所要的块即可。
添加好了你所要的块之后就是程序编写了，鼠标左键双击你所要编写程序的块即可编写程序了（编写程序的指令和语法可参考SIEMENS A&D网站上的《S7-300 CPU 31xc指令表》一书）。
程序写好并编译通过之后点击STEP 7管理器界面窗口中的图标，下载到CPU 中，把CPU置于RUN状态即可运行程序。
（4）实验结束
实验结束，关机，将一切复原，整个实验过程应注意爱护实验装置，养成良好实验习惯。
实训三控制网络系统组态软件的应用实验
实训目的：
（1）系统了解本控制网络系统的上位机软件SIMA TIC WINCC的安装。
（2）了解本控制系统软件WINCC的通信连接及其组态方法。
（3）教育学生爱护实验装置，养成良好实验习惯。
实训内容及步骤：
一、WINCC 认识
WINCC指的是Windows Control Center，它是在生产和过程自动化中解决可视化和控制任务的监控系统，它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板。高性能的功能耦合、快速的画面更新以及可靠的数据交换使其具有高度的实用性。
WINCC 是基于Windows NT 32位操作系统的，在Windows NT或Windows 2000标准环境中，WINCC具有控制自动化过程的强大功能，它是基于个人计算机，同时具有极高性价比的操作监视系统。WINCC的显著特性就是全面开放，它很容易结合用户的下位机程序建立人机界面，精确的满足控制系统的要求。不仅如此，WINCC还建立了像DDE、OLE 等在Windonws程序间交换数据的标准接口，因此能毫无困难的集成ActiveX控制和OPC 服务器、客户端功能。
WINCC软件是基于多语言设计的，这意味着可以在中文、德语、英语等众多语言之间进行选择。
二、WINCC的安装
把WINCC光盘放入PC机的光驱中，则系统会自动运行安装程序（如不能自动运行，则可打开光驱所在的盘，运行Setup可执行文件即可），按照安装界面所提示的步骤完成安装，重新启动系统，安装即告完毕。
一旦安装了WINCC，在开始菜单的Simatic\WiCC文件夹下就建立了几个与辅助程序的连接如图3-1所示。
图3-1 WiCC文件夹下辅助程序的连接
三、WINCC的通讯连接和画面组态方法
WINCC的通讯连接是组态上位机监控界面的第一步。在WINCC的变量管理器里添加新的驱动程序之后，你就会看到WINCC有很多种通讯连接方式，根据你的通讯硬件配置选取正确的通讯连接方式。WINCC比较常用的的通讯方式有MPI、PROFIBUS和工业以态网，本系统在上位监控机和控制器之间采用工业以太网方式通讯，在控制器和现场装置之间采用PROFIBUS方式通讯。
PROFIBUS（过程现场总线）和工业以太网都是一种用于单元级和现场级的子网。
PROFIBUS用于在少数几个通讯伙伴之间传送少量数据或中等数量的数据，通过DP（分散设备）协议，PROFIBUS可与智能型现场设备通讯，这种通讯类型具有快速、周期性传送数据的特点。
工业以太网用于许多站之间长距离、大数据量的传送。
下面详述在WINCC中建立和PLC通讯连接所必须的组态步骤。
1、通讯驱动程序
WINCC中的通讯通过使用各种通讯驱动程序来完成，对于不同总线系统上不同PLC 的连接，会有相应的通讯驱动程序可用。
将通讯驱动程序添加到WINCC资源管理器内的变量管理器中。具体做法是鼠标右键单击变量管理器，从弹出式菜单中选择“添加新驱动程序”来完成该添加过程。该动作将在对
话框内显示计算机上安装的所有通讯驱动程序。通讯驱动程序是具有.chn扩展名的文件，计算机上安装的通讯驱动程序位于WINCC BIN子文件夹内，每个通讯驱动程序只能被添加到变量管理器中一次，添加通讯驱动程序的界面如上图所示，将通讯驱动程序添加到WINCC 项目中之后，就会在WINCC资源管理器中列出在变量管理器下与内部变量相邻的子条目。
2、通道单元
变量管理器中的通讯驱动程序条目包含一些子条目，这就是通常所说的通讯驱动程序的通道单元，每个通道单元构成一个确定的从属硬件驱动程序,PC通讯模块的接口必须对通道单元寻址的通讯模块进行定义。
在系统参数对话框中定义通讯模块。通过右键单击相应的通讯连接条目，从弹出式菜单中选择“系统参数”来打开对话框，其操作如下图所示。
通常，在此处打开的对话框中指定通道单元使用的模块，少数情况下，可能需要指定附加的通讯参数。
3、连接
通道单元要读写PLC的过程值，必须建立与该PLC的连接。通过右键单击相应的通道单元条目，并从弹出式菜单中选择“新建驱动程序连接”来建立WINCC与PLC之间的连
接。
4、WINCC变量
要获得PLC中的某个数据，必须组态WINCC变量，相对于没有过程驱动程序连接的内部变量，我们称这些变量为外部变量。
要创建新的WINCC变量，可通过右键单击相应的条目，从弹出式菜单中选择“新建变量”。
在WINCC变量属性对话框中，可以定义不同的变量属性，其操作界面如下图所示。
图1-10 新建变量
在WINCC中建立了通讯连接和WINCC变量之后，接下来重要的一步就是画面组态了。
用鼠标左键单击WINCC变量管理器窗口中的“图形编辑器”条目，再在右边窗口空白处右键单击，选择“新建画面”条目，右边窗口就会出现新建的画面，鼠标左键双击，进入图形编辑器。
图形编辑器具有如下特点：
带有工具和图形选项板的用户界面；
具有组态好的集成对象和图库；
开放的图形导入方式；
可动态提示画面组态；
通过脚本组态可链接附加的函数；
可以与创建的图形对象链接。
在图形编辑器中组态好画面，并把画面中的对象和WINCC变量相连接，保存组态好的画面，进入WINCC资源管理器，点击即可进入运行环境。
WINCC组态举例如下：
1．打开WINCC组态环境
点击菜单“开始”->“Simatic”->“WINCC”->“Windows Control Center 5.0”，打开的
WINCC组态画面如下图（系统会默认打开上次编辑的工程）所示。
图WINCC组态画面
2．新建一工程
点击菜单“文件”->“新建”，打开如图3-2所示窗口。在打开的窗口中，选择“单用户项目”，点击确定按钮，打开图3-3所示窗口。在项目名称中输入“winccproject”。
图3-2 创建新项目向导图3-3 输入新项目名称
点击图3-3 界面的“创建”按钮打开如图3-4所示画面。
图3-4 WINCC资源管理器界面
3．组态变量
选中变量管理器，单击鼠标右键，在弹出的对话框中选择“添加新的驱动程序”，在弹出的对话框中，选择“SIMA TIC S7 Protocol Suite.CHN”项，单击“OPEN”按钮，打开如图3-5所示窗口。
图3-5添加新的驱动程序
在图3-5所示的窗口中，选中“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE”，图3-5右侧窗口改变成图3-6所示的窗口。
图3-6 显示通道单元
在图3-6所示的窗口中，选中“TCP/IP”项，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“新建驱动程序连接”项，打开如图3-7所示的窗口。
图3-7 新建驱动程序连接
在名称项中输入“S7”，点击图3-7 “OK”按钮。返回图3-6所示的窗口，双击“TCP/IP”项，打开如图3-8所示的窗口。
图3-8 选择通道单元