孔浩 薛文奎

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722152

摘要：利用DP总线完成对S7200/300/400 PLC的硬件配置，实现系统中实验和WinCC 对控制系统的主画面、报警画面、用户权限管理和实时及历史数据记录的组态，达到PC机上对学习系统进行监控的目的。

关键词：PLC、DP总线；学习系统；画面；监控

在实践学习中，PLC实训平台相互独立，实验实训项目比较单一，直观性很差，学生学习的主动性较差和上位机的关联性不强等，学生掌握实训涉及PLC方面知识没有相互的联系，局限性较大。设计的基于WinCC软件的学习实训系统，可以帮助教师对实践学习中对学生的管理和帮助学生更好的理解工控知识的系统性，使PLC和上位机的相互关联性及实际项目的联系更加紧密。另外，上位机的动画效果提高学生的学习的积极性和主动性。

1 系统的总体设计

集散控制系统简称为DCS（Distributed Control System），结构示意图如图1所示，系统分为管理级、操作级和过程级。管理级由工业PC、数据库等组成，完成对数据信息的管理；操作级由工程师站、操作员站等组成，完成用户与设备的实时交互；过程级由PLC、智能仪表等组成，完成现场的数据的采集与控制。

本系统以DCS系统为参照所完成的学习实训平台，系统分监控层和现场设备层两层。如图2所示，监控層包括S7300/400 PLC、PC机以及HMI触摸屏等，现场设备层主要包括S7200PLC、被控对象等。

2 系统硬件设计

本实训学习系统由S7300 PLC作主站、S7200 PLC做从站、PC机或触摸屏做上位机组成，通过DP总线搭建完成。系统主站可实时对从站进行数据的传送，及时掌握下位机信息，确保系统的安全可靠运行。

2.1 现场设备层

现场设备层由S7200 PLC和变频器等设备组成，根据实训项目的不同，自由连接，另外通信协议根据需要自己可以更改。从站可对现场的开关和模拟量检测，并在上位机进行显示。S7200 PLC经DP模块EM277与S7300进行通讯，EM277的波特率在9600bit/s12Mbit/s自动转换，如图3所示。

2.2 监控层

监控层由工控PC机、HMI与S7300 PLC构成。完成对系统设备运行状态的监控、、信息报警、历史曲线的归档等。使用WinCC软件对系统进行组态与监控，可以通过PC机对系统的过程进行动态监视与控制，直观地监视统的运行情况。监控层中主站S7300 PLC可监视和控制从站，还可以做扩展性实验，对学生职业能力的提升起着极大的作用。

系统监控层的功能：

（1）数据显示。

PC机或HMI是用户操作的界面，具有显示和控制功能。

A、变量的显示。

可通过实时或历史曲线、棒图等方法，对实训对象中的过程值、控制量和设置量进行设置和显示。

B、各单元运行指示。

将画面上的元件与对应变量链接，设备的状态改变根据变量的变化而变化，通常以颜色或弹出文字等方式来表示设备的状态。

（2）报警功能。

当用户操作不当或设备突发致命异常情况，系统会产生报警。监控层对设备的监控与诊断，并产生报警，报警后，操作员及时处理报警事件，否则设备无法正常工作。

（3）历史数据记录功能。

系统的运行情况还可以以数据形式量化的显示出来，同时也可以对数据进行处理和存档，并存到数据库中，供以后的以曲线或数据报表的形式进行显示及打印。

3 系统软件设计

虚拟实训系统是将采集数据、传输数据、记录数据、监控等与DP总线相结合，实现用户通过PC机或HMI监控，可对站点发出控制指令，从站响应主站的请求，完成相应的动作。每一个站点配有PC机，学生在PC机上通过相应软件对相应站点的实训对象进行程序的编写、系统调试及监控。软件结构框图如图4所示。

系统硬件连接完后，利用STEP 7软件完成对S7300 PLC进行硬件的组态，组态信息可以通过MPI和DP端口连接通讯，下载到S7300 PLC中，主站通常设置为2，构建完成DP网络。STEP 7通过文件项目进行管理，可对系统的硬件组态、程序编写、系统参数设置、设备的监控与运行等操作。

S7200 PLC程序开发、编辑是STEP 7Micro/MIN32软件完成，在从站中，没有主站发出指令时，从站不改变设备的控制状态。当接收到控制指令时，按照要求完成对控制对象的控制。S7200 PLC在网络中指定一个唯一的地址，最大地址为126。

S7300 PLC是系统核心，被控对象的运行状态通过从站传输到主站中，然后在上位机上显示。用户通过上位机对被控对象发出控制指令，从而达到对系统进行监控。

4 结论

设计了多功能实训学习系统，学生可在平台上完成程序编写、网络的搭建及设备调试等方面的训练，使学生理论与实践进行结合，提高学生的实际动手能力。教师对实践学习中对学生的管理和帮助学生更好的理解工控知识的系统性，使PLC和上位机的相互关联性及实际项目的联系更加紧密。另外，上位机的动画效果提高学生的学习的积极性和主动性。

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[HTH]基金项目：[HT][HTK]江苏高校品牌专业建设工程资助项目（TAPP）（项目编码：PPZY2015C238）[HT]

作者简介：孔浩（1996），男，江苏泰州人，机器人专业16级学生；薛文奎（1979），男，河南驻马店人，硕士，讲师，研究方向：自动化技术、工业机器人应用技术。