基于PLC的智能炉温网络控制系统与实现 二

基于PLC的智能炉温网络控制系统

摘 要: 本设计是在原有智能炉温控制系统的基础上进行硬件、软件等方面的改造，温度控制系统是一个一阶纯滞后惯性系统，它具有明显的滞后特性，温度控制电路广泛应用干社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，对于需要快速准确的获取和控制事实温度的场合（如制药、化工、石油、食品加工等）采用一般的控制方法很难获得满意的控制效果。

本文首先介绍了几类比较流行的现场总线及其特点，其中重点介绍了PROFIBUS的特点和发展前景，并阐述了本课题的意义和发展趋势；接着对硬件进行了设计，给出了拓扑结构图，选出了所需的硬件部件并详细介绍了其功能，还给出了炉温控制硬件接线图及硬件配置表；然后提出了基于PROFIBUS现场总线网络的通信网络方案和通信原理，介绍了PROFIBUS的协议结构和存储协议，详细阐述了帧的结构、系统行为、数据通信及扩展功能等；最后详述了系统工作方式，并设计出系统的主要程序。

关键词  :  现场总线     PROFIBUS         炉温控制系统 

目   录

摘  要   ……………………………………………………………………………………I

Abstract ……………………………………………………………………………………II

第1章 现场总线………………………………………………………………………1

1.1 现场总线的发展现状 ……………………………………………………………1

1.2 现场总线的特点 …………………………………………………………………2

1.3 现场总线的发展趋势 ……………………………………………………………2

1.4 课题的研究意义 …………………………………………………………………3

第2章 系统的网络结构和硬件配置…………………………………………………4

2.1 网络结构 …………………………………………………………………………4

2.2 硬件选择 …………………………………………………………………………5

2.2.1 S7—300 ………………… …………………………………………………5

2.2.2 S7—400 ……………………………………………………………………11

2.2.3其他元件……………………………………………………………………12

2.2.4网线电缆及部件……………………………………………………………13

2.2.5 PROFIBUS-DP 网总线电缆…………………………………………………13

2.3 网络构成元件表…………………………………………………………………13

2.4 西门子工业以太网通讯…………………………………………………………15

2.4.1  SIEMENS   工业以太网的硬件结构 …………………………………16

2.4.2 SIEMENS工业以太网的软件支持 ……………………………16

2.4.3 西门子工业以太网网络连接………………………………………………16

2.4.4 关于 OPC …………………………………………………………………16

2.4.5 西门子工业以太网通讯方式………………………………………………17

2.5  PROFIBUS-DP现场总线………………………………………………………18

2.5.1 DP总述………………………………………………………………………18

2.5.2 S7400、S7300 的 DP 支持………………………………………………18

2.5.3本系统的 DP拓扑结构……………………………………………………19

2.6  晶闸管智能调功器 ……………………………………………………………20

第3章 PROFIBUS 的通讯原理…………………………………………………………21

3.1  PROFIBUS 概述………………………………………………………………21

3.2  PROFIBUS 的协议结构………………………………………………………21

3.3  PROFIBUS传输技术…………………………………………………………21

3.4  PROFIBUS 总线存取协议 …………………………………………………23

3.4.1令牌的传递 ………………………………………………………………24

3.4.2 逻辑环的建立 ……………………………………………………………24

3.4.3 站的增减 …………………………………………………………………24

3.4.4 主从方式的优先级调度 …………………………………………………25

3.5 FDL 帧的结构……………………………………………………………………25

3.6 系统行为…………………………………………………………………………28

3.6.1  DPM1与 DP间的周期性数据传输………………………………………29

3.6.2  DPM1 组态设备间的循环数据传输 …………………………………29

3.6.3  DPM2与 DP间的非循环的数据传输…………………………………29

3.6.4  同步和锁定模式…………………………………………………………29

3.6.5  保护机制…………………………………………………………………30

3.7 扩展功能…………………………………………………………………………30

3.8 主站与从站之间的数据通信……………………………………………………30

3.9 S7—400.S7---300的数据变换…………………………………………………30

3.10 数据链路层的传输服务以及报文结构………………………………………31

3.10.1 数据链路层的传输服务…………………………………………………31

3.10.2 报文结构…………………………………………………………………32

3.11 站的加入和退出以及从站的状态机…………………………………………33

第4章  软件设计…………………………………………………………………………34

4.1 电子设备数据文库（GSD）…………………………………………………34

4.2 PLC 和存储器点的I/O地址配…………………………………………………34

4.3 STEP7 软件及特点………………………………………………………………34

4.4 程序设计…………………………………………………………………………36

4.5 温度控制的算法和流程图………………………………………………………38

结束语………………………………………………………………………………………40

参考文献……………………………………………………………………………………41

致谢……………………………………………………………………………………42

附录……………………………………………………………………………………43