SIMATIC S1-300/400 PLC的设计应用实例
3个实际控制系统为例，说明Profibus控制系统的组成和基本应用。包括硬件结构，组态编程软件STEP7、监控软件WinCC的使用；基于PC的PLC控制系统软件WinAC的使用；基于Profibus的现场总线控制系统组成。
第一节 Profibus现场总线控制网络
一．实验室控制网络组成
如图1-1所示，实验室控制网络以工业以太网为界分为两层，即监控层和控制层。监控层主要包括工程师站（工业PC）、监控站和服务器等二类主站；控制层包括一类主站（3台S7400，2台S7300）、各个从站（分布式I/O ET200、变频器等）和现场设备等，他们之间构成了现场总线控制系统。通过以太网，S7300、S7400等一类主站与监控站、工程师站及服务器等二类主站连接。
二．系统硬件组成
1．一类主站
图7-1 现场总线控制网络组成
选用德国西门子公司生产的SIMATIC S1-300/400可编程控制器。SIMATIC S1-300/400可编程控制器采用模块化设计，在一块机架底板上可安装电源、CPU、各种信号模板、通信处理器等模块，其中CPU
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上有一个标准化MPI接口，它既是编程接口，又是数据通信接口，使用S7协议，通过此接口，PLC之间或者与上位机之间都可以进行通信，从而组成多点MPI接口网络。S1-300/400可编程控制器通过I／O模块采集相关数据和发出控制信号，I／O模块与S1-300/400可编程控制器之间通过PROFIBUS现场总线通信。
2．二类主站
PC计算机或工控机都可以作为二类主站。二类主站主要用于控制系统程序的编写和系统运行过程中的实时监控，如工程师站和监控站等。通常工程师站装有SIMATIC STEP7 组态编程软件和SIMATIC WINCC监控组态软件。
3．从站
系统从站包括分布式I/O ET200，变频器和通过DP/PA LINK连接的智能从站等。 4.被控对象
主要有三容水箱液位控制实验装置；双输入双输出电加热炉温度控制实验装置；模拟锅炉过程控制实验装置；带式链条输送机等。
第二节 基于Profibus的三容水箱液位控制系统设计
一．QXLTT三容水箱实验装置介绍
QXLTT三容水箱液位控制实验装置是一台具有多个输入和多个输出的非线性耦合被控物理模型，它的主体是用透明的有机玻璃制成的三个圆形容器罐和一个蓄水池，并配以相应的执行机构和传感器组成。如图1-2所示，有二个水泵P1和P2，六个手动阀V1～V6,二个PWM（脉宽调制）型线性比例调节阀V7和V8；三个反压式液位传感器LT1、LT2和LT3 以及两个旁路阀V9、V10 组成。
（a） 三容水箱控制实验装置容器罐和蓄水池 (b) 三容水箱控制实验装置组成结构
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图1-2 三容水箱实验装置
三个圆柱型容器为串联连接，蓄水池中的液体由泵P1和P2 抽出注入容器T1、T2 以改变T1和T2 的液位，液体经手动阀V3 再流向蓄水池形成循环。改变手动调节阀V1和V2 的开度，便可改变三个容器T1、T2和T3 液位的关联关系（即改变三个容器中液位的耦合程度）。而调节手动阀V4、V5和V6 则可模拟系统的扰动，改变系统的传递函数。系统输入参数有三个，分别是三个容器的液位值；系统的输出参数有两个，是两个电磁阀的开度。
设计一个双容液位控制系统，即蓄水池中的液体由泵P1抽出注入容器T1，液体经手动阀V1流到容器T2，再经过手动阀V5流向蓄水池形成循环，受控的是容器T2的液位。
二、双容水箱液位控制系统组成及原理
该系统中用到的S1-300PLC由CPU模块（集成有输入输出模块）、机架、CP模块组成。S1-300PLC的CPU集成有24点DI（数字量输入）、16点DO（数字量输出）、5路AI（模拟量输入）和2路AO（模拟量输出）。
如图1-3所示，液位控制系统的工作过程为：
图1-3 液位控制系统原理图
1．信号采集
将三支反压式液位传感器的变送信号接至AI模块的模拟输入通道1、通道2和通道3，在AI内部经A/D转换成一定范围的十进制数据。如4mA～20mA电流输入在标称范围内对应的转换结果是0～27648，用户程序可以根据输入通道对应的端口地址获取转换结果。
2．信号处理
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在控制器模块中对实际采样信号进行量程转换，根据该液位值和设定液位值，应用某种控制算法得到控制量，并进行相应的反量程转换后输出。
3．控制信号输出
AO模块可以输出电压和电流两种类型的信号，在本例中选用输出电流信号。AO模块的模拟量输出通道1和通道2接至线性比例电磁式调节阀，使阀门随输出的控制量连续变化，最终实现液位的闭环控制。
图1-4为液位单回路控制方块图，被控量为2#容器的液位T2。控制量是1通道的电磁阀开度。控制器采用PID算法实现。
图1-4 液位单回路控制系统方块图
三、系统网络及硬件组态
1．通信端口设置
打开控制面板，双击Set PG/PC Interface，设置编程设备和控制器的通信接口，如图1-5所示。
图1-5 通信端口设置
控制面板中设置： Set PG/PC Interface 中选中 S7 Online（STEP7）→ISO and Ethernet。这样，工程师站和S7300间就可以通过工业以太网进行通信连接。
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2．网络及硬件组态 （1）创建项目
进入STEP-7，弹出创建向导，创建一个项目并命名“液位控制”。 然后插入一个S7300站，如图1-6所示，并进入硬件组态 “Configuring Hardware”界面。
图1-6 创建项目
（2）配置机架
点开右侧的硬件资源，从RACK-300中选择机架。如图1-7所示。 （3）配置模块
分别从SIMATIC300的CPU和通信信号（CP）模块中选择相应的模块插入机架的相应槽中。各模块型号如下：
① CPU314C-2DP 6ES7 314-6CF00-0AB0
集成有 DI 8×DC24V，AI5/AO2×12Bit，DI16/DO16×DC24V。 地址：DI I124.0～126.7； DO Q124.0～125.7； AI PIW752～761； AO PQW752～755；
设置AI、AO模块特性为电流4～20mA。 ② CP343 6ES7 343-1EX11-0XE0
设置MAC地址（按标签上的物理地址）为08-00-06-71-49-25，如图1-8所示。 （4）保存硬件配置：点击保存并编译。配置好的网络如图1-9所示。 （5）下载硬件配置到PLC。
点击下载到S7300 CPU观察机柜上各个模块的指示灯是否显示正确。如果被组态的模块的指示灯点亮绿灯，证明组态配置正确；如果被组态的模块的指示灯点亮红灯，证明组态存在错误，请检查模块型号、订货号、主站和从站的地址等是否选择和设置正确。
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