论文总字数：18692字

摘 要

近年来，学生的专业实践教学被弱化，很大原因是由于相关实验教学设备的局限。而过程控制是自动化专业一个重要的方向，检测、智能仪表控制、PLC控制以及工业网络技术都是过程自动化的核心内容，因此这些技术的实践操作是自动化学生的必备技能。针对以上问题，本文开发了一种低成本、高集成、网络化的小型锅炉过程控制实践装置，装置以实验室小型锅炉为对象，集成了主要工业参数的检测、智能仪表控制、PLC模拟量和数字量控制，以及网络化控制等功能，使学生能够通过对同一过程对象的不断强化深入掌握过程自动化的核心知识。

具体方案为设计基于S7-1200控制器的小型锅炉监控系统，实现对小型锅炉内液体的液位、温度的控制，并采用WINCC组态软件对小型锅炉内液体的液位、温度值的变化进行实时监控。 设计基于PROFIBUS网络架构的S7-1200、S7-300、触摸屏小型锅炉网络控制方案，开发相应的监控系统。从而开发一套高集成、网络化的PLC实践装置。

关键词：实践装置 锅炉控制 S7-1200 WINCC PROFIBUS网络

The development of monitoring and control system for the small boiler based on Siemens S7-1200

ABSTRACT

In recent years, practice has been ignored in universities, which is mostly due to the limitation of teaching devices. As we all know, the control of process is an important direction of automation and process control, and detection, the control of intelligent sensor and PLC and industrial network technology are all the core content of process automation, so all of these technologies are necessary for students of automation. Because of the former question,this paper developes a kind of low-cost, highly integrated, networked process control device, which is based on small boiler . The device can finish lots of tasks,such as detecting the major industrial parameters, controling intelligent sensors and PLC and so on.With the help of this device, students can further their knowledge of process automation.

The main task is to finish the design based on S7-1200, which can control the level and temperature of small boiler and monitor the change based on WINCC. In the end, this paper build PROFIBUS network of S7-1200, S7-300 and HMI.

Key Words: Practical equipment; Boiler control; S7-1200; WINCC; PROFIBUS network

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 PLC实验教学设备发展现状 2

1.3 本文主要内容 3

1.3.1 研究思路 3

1.3.2 具体内容 4

第二章 小型锅炉PLC控制系统设计 5

2.1 SIMATIC STEP 7 Basic软件 5

2.1.1 S7-1200 5

2.1.2 STEP 7 Basic软件简介 5

2.1.3 STEP 7 Basic软件的使用 6

2.2 硬件设计 9

2.2.1 锅炉工艺流程简介 9

2.2.2 PLC控制方案设计 10

2.2.3 S7-1200硬件组态 11

2.3 控制程序设计 12

2.3.1 锅炉控制流程 12

2.3.2 I/O点分配及符号表创建 12

2.3.3 S7-1200外部接线 13

2.3.4 控制程序编写 13

2.4 控制程序与S7-1200通信及调试 17

第三章 监控画面组态 18

3.1 HMI监控系统开发 18

3.1.1 画面组态 18

3.1.2 HMI与STEP 7 Basic的通信及调试 23

3.2 上位机监控 25

3.2.1 Wincc介绍 25

3.2.2 Wincc的功能与特点 26

3.2.3 Wincc的绘图 26

3.2.4 Wincc的通信 31

第四章 PROFIBUS网络创建 34

4.1 PROFIBUS简介 34

4.2 西门子S7-1200与S7-300之间的PROFIBUS通信 34

4.2.1 网络化架构组态 34

4.2.2 智能从站传输区设置 37

4.2.3 编写程序及调试 38

第五章 结语 40

参考文献 42

致谢 44

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

自动化专业作为一个涉及领域广泛的工科专业，更加强调培养学生的动手能力和实践能力，包括实验技能、工程设计、技术协调和项目管理等。这就要求学生能够根据项目性能要求和用户需要，设计相应的控制方案，并且能够对给定的控制系统进行调试、运行、操作及系统性能评估^[1]。为了培养本科生的这些能力，主要依靠大学教学阶段的项目实践。然而近年来，学生的专业实践教学被弱化，很大原因是由于相关的实验教学设备的局限。而过程控制是自动化专业一个重要的方向，检测、智能仪表控制、PLC控制以及工业网络技术都是过程自动化的核心内容，因此这些技术的实践操作是自动化学生的必备技能，也是学生创新实践和学科竞赛的基础能力。先进而适用的教学实验设备是培养高素质技术人才的需要，因此，为了适应实验教学的需要，使学生更好的掌握PLC控制在现代工业生产中的实际应用，需要开发相应的PLC实验教学设备^[2]。

近几年来，PLC控制系统普遍应用在工业现场并且得到了迅速的发展，它相比于其他控制方式具有很大的优点，比如体积小、操作简单、功能齐全等等，因此广泛地使用在各个工业现场^[3]。为了紧跟工业4.0的时代，我们应该熟练掌握常用型号PLC的结构特点及其使用。

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