基于水箱液位控制系统的wincc与matlab的opc通讯系统设计.doc

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毕业设计内容分析
1.1毕业设计主要任务
a.四容水箱与控制系统的接线
b.系统硬件及网络组态
c.PLC编程下载，
d.WinCC系统设计
e.Matlab系统设计
1.2四容水箱系统概述
四容水箱系统是一个完整的控制系统模型，通过管道的耦合实现了模拟多输入多输出的过程控制系统。在学习和应用这套系统的过程中，使我对实际生产中的过程控制有了更为深入的认识。
整个水箱控制系统的结构图如下图所示：

系统的设计与说明
2.1PLC系统设计

2.1.1系统设计思路说明
本系统当中，PLC的作用是读取传感器产生实际液位的模拟信号，并通过自己相应的AI模块将其转换为数字量，并由wincc采集以备使用。而由MATLAB运算得到的控制量（驱动电机）也由PLC传给电机驱动器。所以本系统中，PLC的作用在于数据的收发。
2.1.2系统的硬件接线
a.硬件清单
SITOP电源：西门子专用电源
24V稳压电源：为水位传感器、驱动器、电机提供电压
S7-300系列PLC:CPU315-2PN/DP
AISM3318*12BIT：模拟量输入，转换成0—27648的数字量送入CPU
订货号：6ES7331-7KF02-0AB0
AOSM3328*12BIT：模拟量输出
订货号：6ES7332-5HF00-0AB0

MH-C超声波物位变送器：液位传感器
电机驱动器：接收SM332输出信号，以此为控制电压驱动电机

b.接线说明
根据PLC所选的AI、AO模块的不同，测量量和控制量的不同，测量精度的不同，所选择的接线方式也不相同。
具体到本系统，因为传感器（物位变送器）是将水位转换成4-20mA的电流信号，所以AI模块采用4线制电流接法。而电机是通过1-5V的电压信号进行驱动，所以AO模块采用2线制的电压接法。传感器与驱动器通过说明书完成对应的接线。
SM331的电流测量接法原理图

说明：根据管脚的标号进行对应的接线，采用4线制接法，即下半部分的原理图，L+和M端为传感器信号的接线端，
SM332用于两线制电压接法原理图

说明：根据管脚的标号进行对应的接线，采用2线制接法，即采用CH4的接法，系统中使用的是CH2与CH3。图中的电阻相当于输出的负载，系统中电机驱动器的相应输入端即为负载。

2.1.3STEP7硬件组态设计说明
STEP7对S7-300系列PLC的各种应用都是基于组态硬件的基础上的

a.打开simaticmanager软件，单击“新建”，输入相应的工程名称与路径，单击“确定”。

b.在新建的工程项目上右键，插入一个S7-300站，在新插入的工程站中单击hardware，进入硬件组态画面

c.在硬件组态画面中，根据系统的实际硬件情况，插入相应的CPU,AI,AO模块(根据模块的订货号查找，模块详细信息在2.1.2有所说明)。并设置CPU的相应通讯IP地址（系统采用工业以太网TCP/IP通讯方式），组态完成后的画面如下图

至此，已经完成了PLC系统的硬件与通讯组态。西门子公司对每一个模块的每一个点都设定有唯一的绝对地址，编程时可根据这个地址直接进行编程和访问。

AI模块的设置；实际中使用的是通道0、1通道，所以勾选第一组，并选择4线制（4DMU），并将区间设定为4—20mA。

AO模块的设置：实际中使用的是2、3通道，所以勾选后两组，并规定OutputRange为1—5V的输出区间。

2.1.4STEP7程序编写与说明
根据本系统的要求，PLC中编写的程序应该能够实现数据的收发，因为数据的模数，数模转换已经由AI/AO模块实现，所以程序所需要实现的目标就是将代表水位的模拟量还原成真实的水位值，并且将电机的控制量限定在合适的范围内，使得控制的灵敏度达到最好，同时避免电压过高损坏电机。
由上面所述的编程思路，在STEP7的编程软件中，使用FC105和FC106功能模块，这两个模块功能正好对应，其实质是对输入量或者输出量进行线性映射，使其对应到实际的区间当中。
例如，由AI模块SM331转换后的代表水位的数字量在0——27648的范围内，通过FC105将其与0——26的区间进行线性映射，从而反映出实际的水位值，FC106同理。

程序块说明

IN端口输入为SM331模块转换后的数字量，PIW256为SM331模块一通道的绝对地址。LO_LIM与HI_LIM为线性映射区间的范围，将映射后的数值存储在DB1.DBD0当中。

与FC105相对应，将电机控制量的值线性对应到输出量0——27648的范围上。这里LO_LIM与HI_LIM构成的范围选取详见3.5.3节。两个程序块中的BIPOLAR和RET_VAL引脚没有使用，由于编程时需要定义它们的地址，所以任意加入了两个存储