組態(tài)控制技術(shù) 實驗指導(dǎo)書

1、西安郵電大學(xué)組態(tài)控制技術(shù)實驗指導(dǎo)書編制日期： 2014-3-10 實驗1 WinCC V7.0組態(tài)軟件一實驗?zāi)康?. 熟悉安裝WinCC V7.0的硬件要求和軟件要求。2. 熟悉WinCC V7.0的安裝步驟。3. 熟悉WinCC V7.0項目管理器的結(jié)構(gòu)及其各項功能。二實驗內(nèi)容及步驟實驗內(nèi)容：1按照WinCC V7.0安裝必要條件，做好WinCC V7.0安裝前準備工作。2. 安裝WinCC V7.0組態(tài)軟件，并完成軟件授權(quán)。3運行WinCC V7.0組態(tài)軟件，打開WinCC V7.0項目管理器，熟悉其結(jié)構(gòu)和其各項功能。 實驗步驟：1按照WinCC V7.0安裝必要條件，做好WinCC V7

2、.0安裝前準備工作。1) WinCC V7.0安裝的基本要求操作系統(tǒng)、用戶權(quán)限、圖形分辨率、Internet Explore、MS消息隊列、SQL Sever以及預(yù)定的完全重啟。2) WinCC V7.0安裝的硬件要求：PC平臺安裝至少需要100MB的可用內(nèi)存空間，供安裝操作系統(tǒng)的驅(qū)動器上的附加系統(tǒng)文件使用；取決于項目大小及歸檔和數(shù)據(jù)包的大小，一旦激活項目，至少必須有100MB自由內(nèi)存空間可用；WinCC項目不應(yīng)存儲在壓縮的驅(qū)動器或目錄中；在區(qū)域“用于所有驅(qū)動器的交換文件總的大小”中為“指定驅(qū)動器的交換文件的大小”使用推薦的數(shù)值，在“開始大小”及“最大值”中都輸入推薦的數(shù)值；WinCC需要Wi

3、ndows打印機假脫機程序?qū)Υ蛴C錯誤進行檢測，不能安裝任何其他的打印機假脫機程序。3) WinCC V7.0安裝的軟件要求操作系統(tǒng)、消息隊列及Internet瀏覽器。2 WinCC V7.0安裝步驟 （為了以后實驗順利進行，系統(tǒng)需要首先安裝STEP7和PLCSIM軟件，再安裝WinCC V7.0）1) 消息隊列服務(wù)的安裝在操作系統(tǒng)的“開始”菜單中，打開“設(shè)置”下的“控制面板”，找到程序或組件的卸載，在組件安裝中添加“消息隊列”組件。操作系統(tǒng)不同，組件名稱略有不同。2) 安裝WinCC V7.0（在安裝之前，最好關(guān)掉殺毒軟件和防火墻，并且完全重啟計算機）啟動WinCC V7.0產(chǎn)品光盤，按照屏

4、幕說明操作，選擇希望安裝的語言和安裝模式，安裝完成后重新啟動計算機，以便結(jié)束安裝。3. WinCC V7.0項目管理器1) WinCC項目管理器啟動WinCC進入到項目管理器，熟悉項目管理器的主界面組成結(jié)構(gòu)。實際操作點擊查看幫助文件，熟悉項目管理器中各個部分的功能。2) 創(chuàng)建項目并并設(shè)置項目屬性創(chuàng)建一個新的單用戶項目（自己名稱拼音為項目名稱），并組態(tài)項目屬性。在項目屬性選項卡中，組態(tài)更新周期為有變化時更新，自定義組態(tài)用戶登陸和退出熱鍵，以及自定義用戶界面和設(shè)計。3) 組態(tài)計算機屬性創(chuàng)建項目時，必須設(shè)置將在其上激活項目的計算機的屬性。在項目管理器窗口中的“計算機”中進行屬性設(shè)置。關(guān)鍵是選擇需要啟

5、動的運行系統(tǒng)、運行語言和運行起始畫面。三實驗報告要求本次實驗為學(xué)生第一次實驗，實驗類型為驗證實驗，實驗過程中重點是熟悉WinCC V7.0組態(tài)軟件，熟悉安裝步驟、組態(tài)開發(fā)環(huán)境以及項目屬性的設(shè)置等。本次實驗報告的內(nèi)容主要是：1. 實驗?zāi)康模罕敬螌嶒炛饕_到的要求及目的。2. 實驗設(shè)備：本次實驗的主要設(shè)備。3. 實驗內(nèi)容：結(jié)合西門子官方網(wǎng)站，熟悉軟件安裝步驟及項目管理器。4. 實驗步驟：安裝前準備工作、實際安裝過程、安裝后進行項目的創(chuàng)建和組態(tài)。5. 實驗總結(jié)：本次實驗中遇到的問題、解決方法及收獲。四、實驗思考1. WinCC安裝中建議關(guān)閉殺毒軟件和防火墻，在系統(tǒng)安裝后，WinCC應(yīng)該如何與殺毒軟件

6、和防火墻在PC中共存。2. WinCC項目自啟動以及項目復(fù)制的實現(xiàn)方法。實驗2 電動機組態(tài)控制實驗一實驗?zāi)康?1. 熟悉WinCC 變量管理器。2. 熟悉WinCC 變量類型。3. 掌握WinCC與SIMATIC S7 PLC的MPI通信。4. 掌握創(chuàng)建過程變量的方法。二實驗內(nèi)容及步驟實驗內(nèi)容：電動機正反轉(zhuǎn)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)。系統(tǒng)共有三個輸入信號，正轉(zhuǎn)開關(guān)I0.0，反轉(zhuǎn)開關(guān)I0.1，關(guān)斷I0.3。兩個輸出狀態(tài)信號，正轉(zhuǎn)Q0.0，反轉(zhuǎn)Q0.1?？刂茖硬捎梦鏖T子S7 300系列產(chǎn)品： S7-315CPU、S7-DI321和S7-D0322。WinCC與PLC通過MPI連接。實驗步驟： 1建立WinCC與

7、SIMATIC S7 PLC的MPI通信1) 創(chuàng)建項目并組態(tài)項目創(chuàng)建單用戶項目，自定義項目名稱和項目屬性。2) 添加SIMATIC S7 PLC的驅(qū)動程序PLC采用S7 300系列產(chǎn)品，因此在WinCC的變量管理器中添加SIMATIC S7 PLC的驅(qū)動程序“SIMATIC S7 Protocol S”。3) 設(shè)置MPI通道單元屬性在驅(qū)動程序下設(shè)置MPI屬性，在其“單元”選項中，設(shè)置“邏輯設(shè)備名稱”，與連接設(shè)備相一致。4) 在MPI通道單元下建立連接并設(shè)置屬性在MPI通信驅(qū)動下建立新的驅(qū)動程序的連接，每個連接只能連接一個CPU設(shè)置連接屬性，修改PLC的CPU的站地址和插槽號(2)，與實際PLC

8、或STEP7硬件組態(tài)中保持一致。2在WinCC中創(chuàng)建過程變量。在MPI連接中新建過程變量，變量類型均為二進制。變量地址與PLC以及STEP7中保持一致：正轉(zhuǎn)開關(guān)I0.0、反轉(zhuǎn)開關(guān)I0.1、關(guān)斷I0.3、正轉(zhuǎn)Q0.0、反轉(zhuǎn)Q0.1。如圖2-1所示。圖2-1 過程變量3. 在WinCC中進行監(jiān)控畫面組態(tài)，完成電動機組態(tài)控制1) 插入圖形對象在圖形編輯器中，插入圖形對象：兩個圓和三個按鈕。如圖 2-2所示。圖2-2 插入圖形對象2) 組態(tài)對象屬性分別組態(tài)圖形對象的屬性或事件，圓的動態(tài)屬性設(shè)置，當(dāng)輸出為真或假是分別進行設(shè)置不同顏色屬性來進行區(qū)分，如圖2-3所示。按鈕的事件設(shè)置，采用直接連接方式如圖2-

9、4所示。 圖2-3 圓的動態(tài)屬性設(shè)置圖2-4 按鈕的事件設(shè)置4.WinCC與step7程序聯(lián)調(diào)在step7中按照系統(tǒng)控制要求進行硬件組態(tài)和編程（提供給學(xué)生step7程序設(shè)計），如圖2-5所示。 圖2-5 step7程序設(shè)計5.電動機WinCC組態(tài)控制運行結(jié)果 保存并激活項目，電動機正轉(zhuǎn)如圖2-6所示，電動機反轉(zhuǎn)如圖2-7所示，電動機停止如圖2-8所示。 圖2-6 電動機正轉(zhuǎn) 圖2-7 電動機反轉(zhuǎn)圖2-8 電動機停止三實驗報告要求本次實驗類型為驗證實驗，實驗過程中重點是通過電動機組態(tài)控制實驗，使學(xué)生掌握wincc與PLC的MPI通信建立方法，熟練掌握過程變量的創(chuàng)建，掌握WinCC與STEP7程序

10、聯(lián)調(diào)方法，并且預(yù)先練習(xí)圖形編輯器的應(yīng)用。本次實驗報告的內(nèi)容主要是：1. 實驗?zāi)康模罕敬螌嶒炛饕_到的要求及目的。2. 實驗設(shè)備：本次實驗的主要設(shè)備。3. 實驗內(nèi)容：電動機組態(tài)控制，包括wincc組態(tài)和step7編程。4. 實驗步驟：按照實驗過程逐步進行，保存過程畫面。5. 實驗總結(jié)：本次實驗中遇到的問題、解決方法及收獲。四、實驗思考1. WinCC與PLC系統(tǒng)聯(lián)調(diào)中，采用PLCSIM仿真實現(xiàn)過程和實際PLC系統(tǒng)實現(xiàn)過程的區(qū)別。2. 本實驗采用MPI通信，若其他通信方式該如何完成本實驗。實驗3 交通燈組態(tài)控制實驗一實驗?zāi)康?. 熟悉WinCC圖形編輯器的結(jié)構(gòu)。2. 熟悉WinCC的圖形對象及控件

11、。3. 掌握WinCC圖形對象靜態(tài)屬性組態(tài)方法。4. 掌握WinCC圖形對象動態(tài)屬性組態(tài)方法。5. 掌握WinCC圖形對象動態(tài)屬性組態(tài)方法。二實驗內(nèi)容及步驟實驗內(nèi)容：1. 熟悉圖形編輯器。2. 熟悉對象選項板中圖形對象和控件的屬性和功能。3. 交通燈組態(tài)控制控制層采用西門子S7 300系列產(chǎn)品： S7-315CPU、S7-DI321和S7-D0322。WinCC與PLC通過MPI連接，PLC程序有step7 v5.5中進行程序設(shè)計。監(jiān)控層在wincc v7.0中完成組態(tài)設(shè)計。在監(jiān)控畫面有兩個按鈕實現(xiàn)交通燈的開啟和關(guān)閉。Wincc系統(tǒng)能與PLC系統(tǒng)進行聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)十字路口交通信號燈紅黃綠燈循環(huán)控制

12、。要求在wincc監(jiān)控界面上可以實現(xiàn)對交通燈狀態(tài)的實時顯示，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對交通燈的開關(guān)控制。更新周期為實時更新，自定義靜態(tài)屬性、動態(tài)屬性和事件屬性的組態(tài)方法。 實驗步驟： 1建立WinCC與PLC的MPI通信創(chuàng)建單用戶項目，自定義項目名稱和項目屬性。在WinCC的變量管理器中添加SIMATIC S7 PLC的驅(qū)動程序“SIMATIC S7 Protocol S”。在MPI通信驅(qū)動下建立新的驅(qū)動程序的連接,并設(shè)置連接屬性，修改PLC的CPU的站地址和插槽號，與實際PLC或STEP7硬件組態(tài)中保持一致。2 創(chuàng)建過程變量在MPI連接中新建過程變量，變量類型均為二進制，變量地址與PLC以及STEP7中

13、保持一致。2個輸入信號：啟動按鈕I0.0和停止按鈕I0.1。6個輸出信號：南北綠燈Q4.0、南北黃燈Q4.1、南北紅燈Q4.2、東西綠燈Q4.3、東西綠燈Q4.4、東西紅燈Q4.5。3 畫面設(shè)計 對系統(tǒng)進行分析，在滿足監(jiān)控需求的基礎(chǔ)上，自定義畫面布局，插入相應(yīng)圖形對象或控件，并進行靜態(tài)屬性組態(tài)，組態(tài)后效果如圖3-1所示。圖3-1 交通燈組態(tài)監(jiān)控畫面設(shè)計4 圖形對象動態(tài)化組態(tài) 對交通燈的顏色屬性進行動態(tài)化，動態(tài)化方法可任意采用動態(tài)對話框、C動作、VBS動作或變量連接來實現(xiàn)。按鈕的事件屬性動態(tài)化方法，可任意采用C動作、VBS動作或直接連接來實現(xiàn)。動態(tài)屬性設(shè)置方法如圖3-2所示，事件屬性設(shè)置方法如圖

14、3-3所示。 圖3-2 動態(tài)屬性設(shè)置 圖3-3 事件屬性設(shè)置5 PLC程序設(shè)計 控制要求：南北紅燈持續(xù)亮25s時，東西綠燈先亮20s,然后綠閃3s,緊接?xùn)|西黃燈亮2s，然后東西紅燈亮，同時南北綠燈亮。東西紅燈持續(xù)亮30s時，南北綠燈先亮25s，然后綠閃3S,緊接南北黃燈亮2s，南北紅燈亮，東西綠燈亮。周而復(fù)始地循環(huán)控制交通燈。時序圖如圖3-4所示。圖3-4 時序圖 在step7中進行硬件組態(tài)和編程設(shè)計如圖3-5所示，使系統(tǒng)控制滿足時序圖所要求控制策略。如圖3-6所示在PLCSIM中仿真調(diào)試，直到系統(tǒng)調(diào)試成功后，將wincc與plc實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 圖3-5 step7程序設(shè)計(節(jié)選) 圖3-6

15、plcsim仿真調(diào)試6 WinCC組態(tài)與PLC進行聯(lián)調(diào) 將編譯并仿真好的step7程序下載到PLC（或plcsim）中，實現(xiàn)wincc組態(tài)與PLC系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。交通燈組態(tài)控制系統(tǒng)運行狀態(tài)如圖3-7所示。 （1） （2）（3）圖3-7 組態(tài)系統(tǒng)運行結(jié)果三實驗報告要求本次實驗類型為設(shè)計實驗，實驗過程中重點是熟悉WinCC圖形編輯器基礎(chǔ)上，熟練掌握圖形對象的靜態(tài)屬性組態(tài)、動態(tài)屬性組態(tài)以及事件屬性組態(tài)方法，應(yīng)用step7進行PLC程序設(shè)計，并完成wincc與PLC的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)實現(xiàn)對交通燈組態(tài)控制。本次實驗報告的內(nèi)容主要是：1. 實驗?zāi)康模罕敬螌嶒炛饕_到的要求及目的。2. 實驗設(shè)備：本次實驗的主要設(shè)備。3.

16、 實驗內(nèi)容：熟悉圖形編輯器、熟悉圖形對象和控件、實現(xiàn)基于PLC的交通燈wincc組態(tài)控制。4. 實驗步驟：建立WinCC與PLC的MPI通信、創(chuàng)建過程變量的詳細過程、畫面設(shè)計中圖形對象的靜態(tài)屬性組態(tài)過程、圖形對象的動態(tài)屬性實現(xiàn)動態(tài)化過程以及事件屬性實現(xiàn)動態(tài)化過程。5. 實驗總結(jié)：本次實驗中遇到的問題、解決方法及收獲。四、實驗思考1. WinCC動態(tài)化過程中更新周期不同，對系統(tǒng)組態(tài)的影響。2. wincc與PLC進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，降低系統(tǒng)滯后的措施。實驗4 單容水箱液位組態(tài)控制實驗一實驗?zāi)康?. 熟悉單容水箱液位調(diào)節(jié)閥PID控制系統(tǒng)工作原理。2. 熟悉單用戶項目組態(tài)過程。3. 掌握WinCC畫面組態(tài)

17、設(shè)計方法。4. 掌握WinCC過程值歸檔的組態(tài)過程。5. 掌握WinCC消息系統(tǒng)的組態(tài)過程。6. 掌握WinCC報表系統(tǒng)的組態(tài)過程。二實驗內(nèi)容及步驟實驗內(nèi)容：基于A3000的單容水箱液位調(diào)節(jié)閥PID控制單容下水箱液位PID控制流程圖如圖4-1所示。水介質(zhì)由泵P101從水箱V104中加壓獲得壓頭，經(jīng)由調(diào)節(jié)閥FV101進入水箱V103，通過手閥QV-116回流至水箱V104而形成水循環(huán)；其中，水箱V103的液位有LT103測得，用調(diào)節(jié)手閥QV-116的開啟程度來模擬負載的大小。圖4-1 單容下水箱液位PID控制流程圖本實驗為定值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，F(xiàn)V101為操縱變量，LT103為被控變量，采用PID調(diào)

18、節(jié)來完成?？刂茰y點清單如表4-1所示。實驗步驟：1 組態(tài)畫面（1）規(guī)劃畫面布局，插入圖形對象或控件，并進行圖形對象的靜態(tài)屬性設(shè)置，要求組態(tài)流程圖畫面如圖4-2所示，在此基礎(chǔ)上可進行優(yōu)化畫面設(shè)計。圖4-2 組態(tài)流程圖畫面 （自定義畫面設(shè)計）（2）動態(tài)點、交互控制點清單如表4-2所示。（3）設(shè)備、管路從圖庫中選，液位變化、管路中流體流動具動畫效果。在流程圖界面中可包含實時曲線窗口，歷史記錄、操作記錄、報表界面可以從流程圖界面調(diào)出。2 組態(tài)過程值歸檔過程值歸檔包括實時曲線顯示和歷史曲線顯示。（1）在變量記錄編輯器中組態(tài)過程值歸檔。通過歸檔向?qū)?chuàng)建過程值歸檔，然后創(chuàng)建并組態(tài)歸檔變量，引入調(diào)節(jié)器PV、M

19、V、SP三個變量進行過程值歸檔。根據(jù)需要進行定時器組態(tài)，采樣周期不大于2s。（2）在圖形編輯器中進行歸檔過程值的輸出組態(tài)，可組態(tài)趨勢控件或組態(tài)表格控件。在趨勢控件中的“趨勢”選項卡進行組態(tài)趨勢控件顯示的在線數(shù)據(jù)或歷史歸檔值。在表格控件中的“數(shù)值列”選項卡進行組態(tài)表格控件顯示的在線數(shù)據(jù)或歷史歸檔值。（3）實時曲線要求：引入調(diào)節(jié)器PV、MV、SP三個變量；三條曲線顏色便于區(qū)分，對應(yīng)變量名標(biāo)示清楚；時間軸跨度兩分鐘，采樣周期不大于2s；震蕩時的幅值便于分析過渡過程，如圖4-3所示。圖4-3 實時曲線顯示（替換為WinCC的實時數(shù)據(jù)的趨勢控件）（4）歷史記錄要求：引入調(diào)節(jié)器PV、MV、SP三個變量；調(diào)用歷史趨勢曲線控件進行繪制；時間軸、數(shù)值軸的設(shè)置便于分析歷史趨勢，如圖4-4所示。圖4-4 歷史曲線顯示（替換為WinCC的歸檔數(shù)據(jù)的趨勢控件）3 組態(tài)消息系統(tǒng) 在報警記錄編輯器中組態(tài)消息，對液位值進行高、低實時報警記錄。使用系統(tǒng)向?qū)е贫ㄏ⑾到y(tǒng)的基本設(shè)置，然后根據(jù)用戶先決條件組態(tài)消息塊，添加用戶文本塊和過程值塊。組態(tài)消息類別和消息類型，選擇錯誤類別中的報警類型，組態(tài)消息進入、確認和離開的屬性。液位值可任選通過布爾型消息變量或模擬量報警，模擬量報警需要激活模擬量報警組件，設(shè)置液位的上限和下限。消息系統(tǒng)組