集散控制与现场总线技术-实验指导书

集散控制与现场总线技术
实验指导书
实验一 建立工程项目
一、 实验目的：
1、了解WinCC 的特点。

2、熟悉和掌握项目管理器的结构。

3、掌握项目创建的步骤。

二、 实验设备
安装了WinCC 软件的计算机
三、 实验原理
1、 项目管理器
（1） 启动
WinCC 安装成功后，WinCC 将出现在操作系统的开始菜单上。

启动WinCC 可使用Windows Control 5.0命令，也可通过其他方式启动WinCC 项目管理器。

（2） WinCC 项目管理器的结构
使用WinCC 项目管理器，可完成以下工作：
● 创建和打开项目。

● 管理项目数据和归档。

● 打开各种编辑器。

● 激活或取消激活项目。

WinCC 项目管理器的用户界面由以下元素组成：标题栏、菜单栏、工具栏、状态栏、 浏览窗口和数据窗口，如图1-1所示。

状态栏浏览窗口数据窗口
图1-1 WinCC 项目管理器
2、项目类型
WinCC中的工程项目分为3种类型：单用户项目、多用户项目和客户机项目。

项目包括“计算机”、“变量管理器”、“编辑器”等组件。

单用户项目是一种只拥有一个操作终端的项目类型。

在此计算机上可以完成组态、操作、与过程总线的连接以及项目数据的存储。

项目的计算机既用作进行数据处理的服务器，又用作操作员的输入站。

其他计算机不能访问该计算机上的项目（通过OPC等访问的除外）。

单用户项目可与多个控制器建立连接。

在单用户项目计算机所在的自动化网络中，一般只有一台PC机。

如果有多台PC机，则PC机上的数据也是相互独立的，不可通过WinCC 进行相互访问。

如果只希望在WinCC项目中使用一台计算机进行工作，可创建单用户项目，运行WinCC。

3、创建项目的步骤
第一步：准备工作。

创建项目前应对项目的结构给出一些初步的考虑。

可从如下几个方面进行：
（1）项目类型在开始创建项目前，应清楚创建的是单用户项目，还是多用户项目。

（2）项目路径可将WinCC项目创建在一个单独的分区上，不要将WinCC项目放在系统分区上（即不要将项目建立在C盘上）。

（3）项目名称建议在创建项目前就确定合适的名
称。

因为一旦完成项目的创建，再对项目的名称进行修
改就会涉及许多步骤。

第二步：指定项目的类型。

单击WinCC 项目管理器工具栏上的按钮，或单击“文
件”菜单上的“新建”，或使用组合键“Ctrl + N”，可打开
“WinCC资源管理器”对话框，如图1-5所示。

选择所需要的项目类型，并单击“确定”按钮，即打开
图1-2 指定项目的类型
“创建新项目”对话框，如图1-6所示。

图1-3 “创建新项目”对话框
第三步：指定项目名称和项目存放的文件夹。

在图1-6所示的“创建新项目”对话框中输入项目名称和完整的项目存放路径，然后单击“创建”按钮。

第四步：更改项目的属性。

单击WinCC项目管理器浏览窗口中的项目名称，并在快捷菜单中选择“属性”菜单项。

打开“项目属性”对话框，如图1-7所示。

图1-4 “项目属性”对话框
●在“项目属性”对话框中，可修改项目的类型、修改者及版本等内容。

●在“更新周期”选项卡上，可选择更新周期，并可定义五个用户周期。

用户周期的时间为可选择。

●在“热键”选项卡上，可为WinCC用户登录和退出定义热键。

第五步：更改计算机的属性。

●打开“计算机属性”对话框。

●在“常规”选项卡上，检查“计算机名称”输入框中是否输入了正确的计算机名称。

此名称应与Windows的计算机名称相同。

●如果创建了一个多用户项目，则“计算机类型”可指示此计算机组态是服务器还是客户机。

单击“确定”按钮，关闭对话框。

如果对项目中的计算机名称进行了修改，则必须关闭再重新打开项目才能生效。

四、实验内容
创建一个项目名称为Qckstart的项目；在图形编辑器（名称为START.pdl）中，编辑如
下所示图形，并使用变量模拟器进行模拟。

五、实验报告要求
1、实验报告应字迹清晰、正确无误。

2、截取组态图形打印并粘贴到实验报告上。

3、
对组态过程中所遇到的问题进行讨论。

实验二WinCC变量及变量的组态
一、实验目的：
1、掌握WinCC变量的创建。

2、熟悉掌握按钮的直接连接、库元件的创建、创建和动态化I/O域、创建和动态化滚动条等。

3、熟悉DDE连接方式，掌握WinCC与Excel的本地DDE通信。

二、实验设备
安装了WinCC软件的计算机
三、实验原理
1、WinCC变量、
要在变量管理器中创建WinCC变量，首先必须组态一个与PLC的连接。

但是，不必安装硬件，安装所期望的通信驱动程序并组态期望的连接就足够了。

创建变量组与变量的具体过程如下：
（1）安装新的驱动程序。

这可以通过鼠标右键单击变量管理器，并从弹出式菜单中选择添加驱动程序来完成，如图2－1所示。

（2）选择所期望的驱动程序。

从所显示
的对话框中，通过单击“打开”按钮将驱动程
序插入WinCC项目中，WinCC资源管理器即
可将驱动程序条目显示在变量管理器中，而不
是仅显示内部变量。

例如建立S7 PLC与
图2－1 创建新的驱动程序
WinCC的连接，如图2-2所示。

图2-2 创建S7 PLC的驱动程序
（3）通过鼠标右键单击“新驱动程序”连接条目，可显示一个或几个子条目（所谓
的通道单元）。

接下来就可以创建一个连接，这通过鼠标右键单击“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完成，如图2-3所示。

图2-3 新建驱动程序连接
在图2-3所显示的对话框中，在常规信息标签内为连接分配一个名称。

连接参数可通过单击“属性”按钮来进行设置。

（4）通过鼠标右键单击“新添加的连接”条目，可按上面所描述的方式添加变量组或变量。

在创建WinCC变量时，除定义内部变量所需的设置外，还必须定义地址和格式调整设置，地址需要参考PLC中变量地址。

2．DDE连接、
WinCC作为DDE的客户端，Excel作为DDE的服务器
（1）在WinCC项目管理器右键单击“变量管理”选择“添加新的驱动程序：windows dde.chn”建立“WINDOWS DDE”通道，建立新的驱动程序连接NewConnection，连接属性如图2-4所示。

其中，“计算机名称”为空，“应用程序”为“Excel”，“主题”为“[Excel文件名]工作表名”，如[aaa.xls]Sheet1中aaa.xls为Excel文件名，Sheet1为工作表名。

图2-4 NewConnection属性
（2）建立新变量，在变量属性对话框中单击“选择”按钮，在“条目名称”输入：r行数c列数，如r1c1表示第一行第一列的单元格，如图2-5所示。

单击确定完成一个变量的组态。

图2-5 新建变量
四、实验内容
（1）如图2-6所示建立包含四个元素结构类型motor，并建立三个结构变量motor1、motor2和motor3
图2-6 结构变量
（2）
（3）组态如图2-7所示画面，要求监考乙烯裂解气出口温度(T)、气态丙烯流量(F1)、液态丙烯流量(F2)和气态丙烯出口阀门状态(V)。

T范围（-50~100℃）、F1范围（0-50m3/s）、F2范围（ 0-400m3/s ）和V范围（开和关两个状态）。

用DDE方式创建连接，用Excel单元格数据模拟现场设备参数，可以结合变量模拟器进行仿真。

五、实验报告要求
1、实验报告应字迹清晰、正确无误。

2、截取组态图形打印并粘贴到实验报告上。

3、对组态过程中所遇到的问题进行讨论。

实验三画面制作1
一、实验目的：
1、熟悉WinCC图形编辑器
2、熟悉WinCC画面布局的方法
3、掌握画面的基本操作：导入与导出功能；对象的基本静态操作；状态显示对象；按钮对象的组态。

4、组态对话框和动态向导的使用。

二、实验设备
安装了WinCC软件的计算机
三、实验原理
1、WinCC项目管理器中的图形编辑
（1）浏览窗口的快捷菜单
右击WinCC项目管理器的图形编辑器，将弹出快捷菜单。

（2）画面名称的快捷菜单
选择WinCC项目管理器的图形编辑器，在它的右边数据窗口显示该项目下的所有画面名称，右击任一画面，弹出的快捷菜单包含的菜单项有：“打开画面”、“重命名画面”、“删除画面”、“定义画面为启动画面”和“属性”。

2、图形编辑器的布局
图形编辑器由图形程序和各种各样的工具组成。

基于Windows标准，图形编辑器具有创建和动态修改过程画面的功能；与AutoCAD等图形软件相似的程序界面和操作方法可以很容易地使用WinCC的图形编辑器；直接帮助提供了对问题的快速问答；用户还可以自定义工作环境。

图形编辑器的画面布局如图3-1所示。

图3-1 图形编辑器构成
图形编辑器包括以下元素：
（1）绘图区
绘图区位于图形编辑器的中央。

在绘图区中，水平方向为z轴，垂直方向为Y轴。

画面的左上角为画面的坐标原点，其坐标为z一0，y一0。

坐标以像素为单位。

绘图区中的对象原点位于包围对象的矩形的左上角。

（2）标题栏
显示当前编辑的画面名称。

（3）菜单栏
操作方法与标准Windows操作类似。

单击菜单栏上的菜单“查看”>“工具栏”菜单项，打开“工具栏”对话框。

在此对话框中可以设置显示或隐藏画面编辑器中的各种工具栏。

（4）标准工具栏
位于图形“编辑”菜单栏下的标准工具栏是缺省设置，包括常用的Windows命令按钮。

按住<Alt>键并双击工具栏，“自定义工具栏”对话框打开。

在这里，用户可以添加和删除按钮，并改变标准工具栏上的按钮顺序。

如要恢复缺省设置的工具栏，可单击“重置”按钮。

（5）“对象选项板”
“对象选项板”包含在过程画面中频繁使用的不同类型的对象。

它包括“标准”和“控件”两个选项卡。

“标准”选项卡包括“标准对象”、“智能对象”和“窗口对象”。

“控件”选项卡上默认是WinCC提供的最常用的ActiveX控件，如有需要可以链接其他控件。

（6）“样式选项板”
“样式选项板”允许快速更改线型、线粗细、线端样式和填充图案。

（7）“动态向导”
默认情况下，“动态向导”工具栏没有显示在图形编辑器中。

“动态向导”提供了大量预定义的C动作，以支持频繁重复出现的过程组态。

各种动作按“动态向导”的各选项卡中的主题排序。

各个选项卡的内容可根据所选对象类型的不同而改变。

（8）“对齐选项板”
“对齐选项板”工具栏包括“对齐”、“居中”、“问距等同”、“匹配宽度”和“高度”等按钮。

（9）“图层选项板”
为了简化在复杂的过程画面中处理单个对象，图形编辑器允许使用图层。

WinCC画面编辑器横向最多可以分配为32个图层。

这些图层可以单个显示或隐藏；缺省情况下，当前图层是图层0。

所有图层都可选择可见或不可见。

（10）“变量选项板”
“变量选项板”默认情况下为隐藏。

“变量选项板”允许快速链接变量到对象的某个属性上。

操作方法如下：
打开对象的“对象属性”窗口，在“变量选项板”上选择一变量，拖动变量到“对象属性”窗口的某一属性上，释放。

此外，还有缩放选项板、调色板、字体选项板和状态栏等。

四、实验内容
1. 如图3-2建立picture1.pdl编辑三角形的状态显示画面，要求如下：
（1） I/O域和选项框中进行输入，显示相应的图像；
（2）画面切换按钮可以切换到picture2；
（3）并且组态退出激活按钮。

图3-2 三角形状态显示画面图3-3 按钮的组态画面
2. 如图3-3建立picture2.pdl中编辑瞬态按钮和启停切换按钮，要求如下：
（1）组态瞬态按钮；
（2）组态启动和停止按钮的切换，按下一个按钮，此按钮隐藏，显示另外一个按钮；
（3）组态画面切换到picture3和退出激活按钮
3. 如图3-4建立picture3.pdl中编辑温度监控画面，要求如下：
（1）组态温度控件,滚动条和文本列表；
（2）组态复位按钮，点击回复到初始状态（变量为0）；
（3）组态报警灯，变量在[0 25]之间显示绿色，超过25显示红色。

（4）组态画面切换到picture1和退出激活按钮
图3-4 温度监控画面
五、实验报告要求
1、实验报告应字迹清晰、正确无误。

2、截取组态图形打印并粘贴到实验报告上。

3、对组态过程中所遇到的问题进行讨论。

实验四画面制作2
一、实验目的：
1、熟悉WinCC图形编辑器
2、掌握画面组态的方法：组态对话框，动态向导；动态对话框；直接连接。

3、掌握库和控件的使用。

二、实验设备
安装了WinCC软件的计算机
三、实验原理
（1）对象的事件
对象的事件是由系统或操作员给对象发送的。

如果在对象的事件中组态了一个动作，那么当有事件产生时，相应的动作将被执行。

可组态事件的动作包括C动作、VBS动作和直接连接。

事件中组态不同的动作有不同的图标表示。

白色灯泡：事件没有组态动作。

蓝色灯泡：事件组态为直接连接的动作。

带“C”缩写的绿色闪电：事件组态为C动作。

带“C”缩写的黄色闪电：事件组态为c动作，但C动作还没有通过编译。

带“VB”缩写的浅蓝色闪电：事件组态为VBS动作。

例在PropAndEvent.pdl画面中增加一个按钮，将其“文本”属性改为清零。

它的作用是在单击此按钮时将变量cycle_pos赋值为0。

在分别用3种动作实现此按钮的功能前，先完成如下的共同步骤：
·右击此按钮，从快捷菜单中选择“属性”菜单项，打开“对象属性”窗口。

·选择“事件”选项卡上的“鼠标”事件，在右边窗口中选择“按左键”行，“动作”列，右击白色闪电图标，弹出快捷菜单，结果如图4-1所示。

（2）事件组态为直接连接
·从快捷菜单中选择“直接连接”菜单项，打开“直接连接”对话框。

·在“源”框中选择单选项“常数”，并在编辑框中输入数值0。

·在“目标”框中选择单选项“变量”，单击旁边的按钮，打开“变量选择”对话框，选择变量cycle_pos。

·单击“确定”按钮确认，如图4-2所示。

·单击“确定”按钮，关闭“直接连接”对话框。

·单击图形编辑器工具栏上的图标，保存画面。

·单击图形编辑器工具栏上的图标，单击“清零”按钮，测试效果。

图4-1 组态对象事件的动作
图4-2 事件的“直接连接”对话框
四、实验内容及步骤
在图形编辑器中完成如图4-3所示图形的创建。

要求如下：
（1）对象的组态，包括执行器、风机、火焰、天然气、助燃气、加热口；
（2）控制按钮组态，其中“打开1”为显示和隐藏助燃风机；“打开2”为显示和隐藏
火焰；手动/自动功能的切换。

（3）温度显示组态，显示温度按钮实现华氏和摄氏转换；L1和L2用静态文本方式显示华氏和摄氏温度；K1和K2用I/O域显示对应华氏和摄氏温度。

图4-3 加热炉温度控制系统
五、实验报告要求
1、实验报告应字迹清晰、正确无误。

2、截取组态图形打印并粘贴到实验报告上。

3、对组态过程中所遇到的问题进行讨论。

实验五液位控制系统
一、实验目的：
1、进行一步熟悉WINCC软件的使用方法。

2、了解基于WINCC的液位控制系统构建方法。

二、实验设备
1、安装了WINCC软件的计算机
2、A3000高等过程控制系统
三、实验原理
系统结构构成如图5-1所示。

上位机安装有WINCC软件，使用WINCC软件构建系统控制用HMI人机界面。

水箱液位通过液位传感器将液位信号传送到PLC中，S7-300 PLC输出的控制量传送到FV101电动调节阀的控制端，通过控制FV101电动调节阀的开度控制水流的速度，从而控制液位的高低使液位保持在设定值。

当水箱液位高于设定值时，调节阀开度减小，反之则增大。

图中带箭头的细线表示信号流向，粗线表示管道的流向和构成。

图5-1 液位控制系统工作原理
四、实验内容
1、首先安装S7-300协议，包括通讯驱动程序建立和通道的选择。

2、构建如下图所示的上位机人机界面并建立相应的变量和变量组态，并建立对应的内
部变量便于模拟运行。

各输入/输出域及变量的类型、对应的存储器位置
3、画面的编辑，其中LICA为报警功能的液位控制器；P102为水泵；V103为下水箱；
LT103为液位传感器；FV101为电动调节阀；V104为蓄水罐；QV102、QV105和QV116
为阀门。

4、画面的组态，最终组态画面如图5-2所示，要求如下：
（1）建立变量与V103液位关联（0-100），假设给定值是50，根据液位实际值来关联阀门QV116和QV105的开关（红色为关，绿色为开）。

（2）通过画中画的按钮切换，显示图5-3，由刻度盘显示V103液位当前值。

（3）按下水箱液位、蓄水池液位和流量按钮，在下方的I/O域中能够显示变量名称和对应的数值。

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图5-2 液位控制系统组态画面
图5-3 液位显示画中画
五、 实验报告要求
1、 实验前应充分预习实验指导书的内容，明确实验内容及要求。

2、 实验报告应字迹清晰，内容正确。

3、 思考题：若不安装S7-300协议，会是怎样的实验结果？。