基于西门子工业软件的仿真系统设计-一阶惯性加纯滞后对象 - 百度（精）

据此进行试验或定量分析,以获得正确决策所需的各种信息。近年来,随着仿真技术的发展,中国仿真市场增长异

常迅猛,在某些方面达到了国际先进水平。但总体技术水平,特别是应用水平与发达国家相比还有差距。

通过本次课题的设计,将使我对自动控制技术的理解,更加深刻的熟悉了可编程控制器PLC的应用技术,还了解和熟悉了step7和WinCC 软件,并且培养了理论联系实际,思考问题,分析问题,解决问题的能力,对今后的工作和学习都会有很大的帮助。

1.3本课题研究的主要任务

本课题的任务是基于西门子工业软件,对于一阶惯性加纯滞后的对象进行仿真实验,建立一套仿真控制系统。主要内容包括:

(1绘制仿真实验画面;

(2仿真实验系统STEP7程序开发; (3绘制实验室控制柜接线图(见附图; (4一阶惯性典型环节仿真。 2 PLC介绍及西门子工业软件介绍 2.1 PLC介绍 2.1.1 PLC的基本概念

随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞快发展,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作出迅速的反映,生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一要求,生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性。可编程控制器(Programmable Logic Controller正是顺应这一要求出现的,它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。

可编程控制器简称为PLC,它的应用面广、功能强大、使用方便,已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中,PLC在其他领域,例如在民用家庭自动化设备中的应用也得到了迅速的发展[2]。

2.1.2 西门子PLC的简介

西门子公司的PLC产品有SIMATIC S7、M7和C7等几大系列。S7系列是传统意义的PLC产品,其中的S7-200是针对低性能要求的小型PLC。

S7-200是美国德州仪器公司的小型PLC的基础上发展起来的,其编程软件为STEP7-Mico/WIN32。S7-300/400的前身是西门子公司的S5系列PLC,其编程软件为STEP7。S7-200和S7-300/400虽然有许多共同之处,但是在指令系统、程序结构等方面均有相当大的差异。

S7-300是模块化中小型PLC系统,它能满足中等性能要求的应用。模块化,无排风扇结构,易于实现分布,易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。

S7-400是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。模块化及无风扇的设计,坚固耐用,容易扩展和广泛的通讯能力,容易实现的分布式结构以及用户友好的操作使SIMATIC S7-400成为中、高档性能控制领域中首选的理想解决方案[3]。

2.2 西门子软件介绍 2.2.1 STEP 7编程软件介绍

STEP 7 是西门子SIMATIC工业软件中的一员,它是用于对SIMATIC 可编程逻辑控制器(PLC进行组态和编程的软件包。

(1STEP7概述

STEP 7编程软件用于对S7-300/400、M7-300/400、C7等系统的编程和开发。

STEP 7是通过项目的方式来管理自动化系统,其功能包括硬件组态(配置、参数设置、网络组态、通信连接、创建符号、编程、组态消息和操作员监控变量、启动和运行维护、监视、诊断、文档创建和归档等。

(2STEP 7标准软件包[4]

STEP 7 标准软件包符合面向图形和对象的Windows 操作原则,可运行在Windows 2000、Windows XP、Windows Server2003下,为适应不同的应用对象,可选择不同的版本。STEP 7标准软件包的功能和组成如图2-1 所示。

S T E P7标准软件包

符号编辑器SIMATIC管理器NETPRO 通讯组态 硬件组态 编程语言 LAD/FBD/STL

硬件诊断图2-1 STEP 7标准软件包的组成 (3STEP 7的编程功能[5]

STEP 7标准软件包配备三种基本编程语言,即梯形图LAD(Ladder Logic Programming Language、语句表STL(Statement List Programming Language和功能块图FBD(Function Block Diagram Programming Language。这三种编程语言在STEP 7中可以有条件地相互转换。

LAD:梯形图是STEP 7编程语言的图形方式,与继电器控制电路图相似,可跟踪能流的流动。它是一种融逻辑操作、控制于一体,面向对象的、实时的、图形化的编程语言。

STL:语句表是STEP 7编程语言的文本方式,用助记符来表达PLC的各种控制功能的。为便于编程,语句表作了扩展,可调用一些高级语言结构(如结构化数据访问和块参数。

FBD:功能块图是STEP 7编程语言的另一种图形表示,类似于普通逻辑功能图,它沿用了半导体逻辑电路的逻辑框图表达方式。用逻辑框表示逻辑功能。复杂功能(如

算术功能可直接结合逻辑框表示,功能块图通过软连接的方式把所需的功能块图连接起来,实现系统的控制。功能块图的表达格式有利于程序流的跟踪。

2.2.2 WinCC软件介绍[6]

西门子公司的WinCC是Windows Control Center(视窗控制中心的简称。它集成了SCADA、组态、脚本(Script语言和OPC等先进技术,为用户提供了Windows操作系统(Windows2000或XP环境下使用各种通用软件的功能。它继承了西门子公司的全集成自动化(TIA产品的先进技术和无缝集成的特点。

WinCC运行于个人计算机环境,可以于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,使用方法灵活,功能齐全。用户在其友好的界面下组态、编程和数据管理,可形成所需的操作画面、监控画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境,不仅缩短了软件设计的周期,而且提高了工作效率。WinCC的另一个特点在于其整体开放性,它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起,建立友好的人机界面,满足实际需求。用户也可将WinCC作为系统扩展的基础,通过开放式接口,开发其自身需要的应用系统。

WinCC因其具有独特的设计思想而具有广阔的应用前景。借助于模块化的设计,能以灵活的方式对其扩展。它不仅能用于单用户系统,而且能构成多用户系统,甚至包括多个服务器和客户机在内的分布式系统。这也意味着WinCC不是孤立的软件系统,它时刻与以下系统集成在一起。