基于WinCC的液體混合仿真系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計說明書

1、吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書基于wincc的液體混合仿真系統(tǒng)設(shè)計liquid hybrid simulation system design based on wincc吉 林 化 工 學(xué) 院jilin institute of chemical technology畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集

2、體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 摘 要在工業(yè)生產(chǎn)中飲料生產(chǎn)、酒廠配液等等都離不開液體混合。傳統(tǒng)的液體混合裝置完全由人工操作，無論在配料、混料等階段都存在諸多不確定因素，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證，廢品多、人工投入

3、大，抗干擾能力差以及系統(tǒng)升級改造困難等等，對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率也難于提高。利用仿真系統(tǒng)對所需要操作的系統(tǒng)進行仿真操作，這樣可以提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的弊病，可以進行及時的調(diào)整與改進，可以避免一些故障的發(fā)生，減少不必要的損失。本文詳細介紹了基于西門子plc的液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計。采用組態(tài)軟件wincc 控制系統(tǒng)方案，并利用觸摸屏的手動控制，設(shè)計了液體混合控制系統(tǒng)畫面、實況模擬、變量記錄、報警記錄等界面，實現(xiàn)了基于wincc的液體混合控制系統(tǒng)的仿真。該控制系統(tǒng)配置靈活、控制可靠、維修方便，提高了生產(chǎn)效率，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定運行。關(guān)鍵詞：plc ；組態(tài)軟件wincc；觸摸屏；液體混合控制系統(tǒng)abstractin

4、the industrial production, the production of drink and the burdening in winery can not live without the fluid mixing. the traditional device of fluid mixing has been operated by man, there were many uncertain factors at the moment when it is burdening and mixing. it can not make sure of the quality

5、of production ,it has a mass of discard and artificial input ,and the ability of anti-jamming is bad, and the upgrade of the system is difficult and so on. it is difficult to improving the quality of production and the production efficiency.using of the simulation system to proceed simulate operate

6、for the system that needed to operate, it will be find the malady of the system beforehand, and proceed adjusting and improving, it can avoid the emergence of some fault and decrease the unnecessary lose.this text introduces the liquid hybrid system design based on siemens plc. make use of wincc and

7、 the manual control of touch panel to design the menu of the liquid hybrid control, live simulation, tag logging, alarm logging and so on. it achieves the liquid hybrid simulation system design based on wincc. the allocation of this control system is flexible, and it has reliable control, and it is

8、easy to maintain, it improves the production efficiency, and make sure of the steady operation of the system. key words：plc；wincc；touch panel；the control system of the liquid hybrid目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 選題的目的及意義11.2 液體混合生產(chǎn)的現(xiàn)狀及發(fā)展21.2.1 現(xiàn)狀21.2.2 發(fā)展21.3 本課題設(shè)計的主要內(nèi)容3第2章 工藝及控制方案的設(shè)計52.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖52.2 液體混

9、合控制系統(tǒng)工藝流程簡介62.3 控制方案6第3章 下位機軟件編程83.1 s7-300概述83.2 s7-300的組成部件83.3 本次設(shè)計的s7-300硬件選擇93.4 本次設(shè)計的下位機控制要求93.5 下位機程序分析11第4章 上位機wincc軟件組態(tài)144.1 wincc組態(tài)軟件簡介144.2 wincc系統(tǒng)構(gòu)成144.3 本設(shè)計中wincc的組態(tài)過程154.3.1 創(chuàng)建項目154.3.2 創(chuàng)建主畫面164.3.3 創(chuàng)建登錄畫面194.3.4 創(chuàng)建變量214.3.5 主畫面上的變量鏈接224.3.6 創(chuàng)建報警畫面23第5章 觸摸屏軟件265.1 wincc flexible簡介265.2

10、 建立項目265.3 創(chuàng)建變量275.4 創(chuàng)建觸摸屏畫面295.4.1 創(chuàng)建登錄畫面295.4.2 創(chuàng)建啟動畫面305.4.3 創(chuàng)建配方畫面305.4.4 創(chuàng)建調(diào)速畫面315.5 觸摸屏與下位機的連接32第6章 變頻器控制336.1 西門子micromaster 4 變頻器概述336.1.1 mm440變頻器特點336.1.2 mm440變頻器按鈕操作336.2 變頻器與plc實現(xiàn)固定頻率控制過程356.2.1 目的356.2.2 操作步驟36第7章 上位機與plcsim的仿真387.1 s7-plcsim簡介387.1.1 s7-plcsim的主要功能387.1.2 s7-plcsim與實際

11、plc的區(qū)別387.2 plcsim調(diào)試程序的步驟387.3 plcsim與wincc仿真結(jié)果407.4 plcsim與觸摸屏仿真結(jié)果417.5 觸摸屏與wincc的仿真結(jié)果42結(jié) 論44參考文獻45附 錄a46附 錄b58致 謝61第1章 緒論1.1 選題的目的及意義隨著科技的日新月異，在工業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法已不能滿足人們的需要。許多生產(chǎn)過程都離不開液體混合。尤其在煉油、化工、制藥等行業(yè)中，液體混合是必不可少的工序，而且也是其生產(chǎn)過程中十分重要的組成部分。傳統(tǒng)的液體混合裝置完全由人工操作，無論在配料、混料等階段都存在諸多不確定因素，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證，廢品多、人工投入大?？垢蓴_能力差以及

12、系統(tǒng)升級改造困難等等，對產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率也難于提高7。本文給出基于wincc的液體混合仿真系統(tǒng)的設(shè)計，其主要著力點在于液體混料比例的精確性和均勻性，這同樣也是產(chǎn)品品質(zhì)一致性的保障。wincc（windows control center）是西門子開發(fā)的在windows 環(huán)境下解決生產(chǎn)和過程自動化、可視化信息、顯示和實現(xiàn)控制策略，即實現(xiàn)scada 系統(tǒng)人機接口（hmi-human machine interface）的組態(tài)軟件。它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的各種功能模板，能實現(xiàn)高性能的過程耦合、快速的畫面更新和可靠的資料處理，具有較高的實用性。它在windows nt 或w

13、indows 2000 標(biāo)準(zhǔn)壞境中提供確?？煽康乜刂粕a(chǎn)過程的所有功能。wincc的顯著特性是全面開放，很容易結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的或用戶的程序建立人機接口，精確地滿足生產(chǎn)實際要求。系統(tǒng)集成商可應(yīng)用wincc作為其系統(tǒng)擴展的基礎(chǔ)，通過開放接口開發(fā)自己的應(yīng)用軟件。wincc是基于32 位的應(yīng)用軟件windows 32 位操作系統(tǒng)的搶先多任務(wù)的特性確保了對過程事件的快速反應(yīng)，并提供了多種防止資料丟失的保護，wincc使用了面向?qū)ο蟮能浖幊碳夹g(shù)，將所有工程工具的組態(tài)功能集成在一起，提供用于過程可視化和操作的全部基本功能。此外，提供寬范圍的編輯功能接口，使用戶為其獨特的應(yīng)用單獨組態(tài)。wincc組態(tài)軟件提供了適用

14、于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的各種功能模板，能實現(xiàn)高性能的過程偶合、快速的畫面更新和可靠的資料處理，具有較高的實用性13。采用plc對容器中的液位進行監(jiān)控控制，其電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備投資少，監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動化程度高還具有在線修改功能，靈活性強等優(yōu)點，適用于多段液位控制的監(jiān)控場合。并且plc作為新一代的工業(yè)控制器，具有體積小、編程簡單、使用方便，抗干擾能力強、可靠性高等一系列優(yōu)點，易于實現(xiàn)機電一體化1。1.2 液體混合生產(chǎn)的現(xiàn)狀及發(fā)展1.2.1 現(xiàn)狀目前國內(nèi)外此類控制系統(tǒng)主要是采用dcs，這是由于液位控制系統(tǒng)的儀表信號較多，采用此系統(tǒng)性價比相對較好。plc和dcs由于在早期開發(fā)時，是由兩種

15、技術(shù)人員開發(fā)的，面向不同的控制對象。plc主要針對于汽車制造，模擬量極少甚至沒有，開發(fā)人員主要是電氣技術(shù)人員，它用計算機的邏輯運算代替繼電器邏輯。稍晚一點推向市場的是dcs，它是由原來的儀表技術(shù)人員開發(fā)的，它在運算放大器的基礎(chǔ)上用計算機的模擬運算代替原來的模擬運算。這兩者所研究的內(nèi)容不同，dcs首先應(yīng)用在石化系統(tǒng)，后來兩者都想占有市場，plc增加了模擬量的運算，dcs開發(fā)了邏輯運算。但兩者在新開發(fā)的部分都存在有一些缺陷，plc開發(fā)的模擬量運算功能塊少，編程較為復(fù)雜，價格也比較昂貴。每一個回路大概要2300美金左右，dcs開發(fā)的邏輯運算一個與非門的運算需要幾十毫秒，而plc只要零點幾毫秒。但是d

16、cs的維護費用高，對接地電阻要求嚴(yán)格，經(jīng)常會由于接地電阻不能滿足要求而燒壞模件。plc對接地電阻要求不嚴(yán)格，所以維護費用比較低。高檔plc如a-b公司的plc-5c系列等，有專門的冗余產(chǎn)品系列，也有專門的模擬量過程控制模塊。以高檔次plc系列產(chǎn)品代替dcs，一般情況下可以節(jié)約資金。plc一般應(yīng)用在小型自控場所，比如設(shè)備的控制或少量的模擬量的控制及聯(lián)鎖，而大型的應(yīng)用一般都是dcs。本次設(shè)計中，用到的點數(shù)較少，可以利用plc進行編程及仿真。1.2.2 發(fā)展plc于60年代末期在美國首先出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。1976年正式命名，并給予定

17、義：plc是一種數(shù)字控制專用電子計算機，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各種機械或工作程序。經(jīng)過30多年的發(fā)展，plc已十分成熟與完善，并開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能。并且隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，plc在儀表控制方面的功能已經(jīng)不斷強化1。用于回路調(diào)節(jié)和組態(tài)畫面的功能不斷完善，而且plc的抗干擾的能力也非常強，對電源的質(zhì)量要求比較低。目前已有許多企業(yè)采用先進控制器對傳統(tǒng)接觸控制進行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障，所以plc在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了良好的應(yīng)用2。以往常采用傳統(tǒng)的繼電

18、器接觸器控制，使用硬連接電器多，可靠性差，自動化程度不高。當(dāng)前國內(nèi)許多地方的此類控制系統(tǒng)主要是采用dcs，這是由于液位控制系統(tǒng)的儀表信號較多，采用此系統(tǒng)性價比相對較好，但隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，plc在儀表控制方面的功能已經(jīng)不斷強化。用于回路調(diào)節(jié)和組態(tài)畫面的功能不斷完善，而且plc的抗干擾的能力也非常強，對電源的質(zhì)量要求比較低。目前已有許多企業(yè)采用先進控制器對傳統(tǒng)接觸控制進行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障，所以plc在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了良好的應(yīng)用。目前廣泛使用的檢測方法有plc控制，繼電器控制，單片機控制等。其中plc檢測控制系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。因為其

19、具有以下特點3：1可靠性plc不需要大量的活動元件和連線電子元件。它的連線打打減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。plc采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計。例如：冗余的設(shè)計。斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復(fù)。plc有較高的易操作性。它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不容易發(fā)生操作的錯誤。plc是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言。編程出錯率大大降低。2易操作性對plc的操作包括程序輸入和程序更改的操作。程序的輸入直接可接顯示，更改程序的操作也可以直接根據(jù)所需要的地址編號或接點號進行搜索或程

20、序?qū)ふ?，然后進行更改。plc有多種程序設(shè)計語言可供使用。用于梯形圖與電氣原理圖較為接近。容易掌握和理解。plc具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快找到故障的部位。3靈活性plc采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、應(yīng)用而拓展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。以上特點使用plc控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序設(shè)計方便靈活，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定等諸多優(yōu)點今后plc控制系統(tǒng)還會得到更廣泛的使用。1.3 本課題設(shè)計的主要內(nèi)容本文介紹了基于wincc的液體混合系統(tǒng)仿真

21、設(shè)計。采用組態(tài)軟件wincc 控制系統(tǒng)方案，利用step7-300編程，并結(jié)合了wincc flexible觸摸屏的手動控制，設(shè)計了液體混合控制系統(tǒng)仿真畫面、實況模擬、變量記錄、報警記錄等界面，實現(xiàn)了液體混合控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計。該控制系統(tǒng)配置靈活、控制可靠、維修方便，提高了生產(chǎn)效率，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定運行。設(shè)計任務(wù)圖如圖1-1所示。圖1-1 設(shè)計任務(wù)圖根據(jù)設(shè)計任務(wù)圖，本次設(shè)計在以上面的幾個方面都完成了任務(wù)。在運行此項目時，首先是通過觸摸屏的按鈕對plc程序進行操作的，然后利用step7-300程序通過與wincc的通訊對上位機畫面進行操作。通過以上操作，才能實現(xiàn)本次設(shè)計的內(nèi)容，即基于wincc的液

22、體混合系統(tǒng)的仿真設(shè)計。第2章 工藝及控制方案的設(shè)計2.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖系統(tǒng)構(gòu)成框圖是指，系統(tǒng)在投入使用的工作環(huán)境下的硬件組成。我們的設(shè)計主要是針對于軟件部分進行仿真，但實際上是需要靠硬件來實現(xiàn)對設(shè)計的控制要求。所以現(xiàn)場的硬件組成部分，是實現(xiàn)對設(shè)計的控制要求的必要組成部分。如果在硬件方面沒有進行正確的構(gòu)造，則軟件部分將無法實現(xiàn)對設(shè)計的控制要求。本次設(shè)計硬件系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖在圖2-1中，第一行wincc以及觸摸屏是上位機的組成部分；第二行s7-300是下位機部分；第三行是所連接的現(xiàn)場所需參數(shù)。本次設(shè)計是根據(jù)上位機與下位機通訊，來實現(xiàn)對設(shè)計的控制要求。上位機wincc

23、與觸摸屏通過tcp/ip協(xié)議，與下位機經(jīng)過以太網(wǎng)卡cp343-1與下位機進行通訊。并且能夠利用這樣的通訊來實現(xiàn)觸摸屏對wincc的動畫控制。在系統(tǒng)構(gòu)成框圖中的最后一行，就是本次設(shè)計所要控制的主要現(xiàn)場參數(shù)。本次設(shè)計主要現(xiàn)場參數(shù)由數(shù)字量輸入，數(shù)字量輸出以及模擬量輸入為主。通過下位機的變量與實際現(xiàn)場參數(shù)的連接，來實現(xiàn)下位機對現(xiàn)場系統(tǒng)的控制。并且通過上位機與下位機的通訊，可以實現(xiàn)上位機對現(xiàn)場系統(tǒng)的控制。最終，達到實現(xiàn)使用觸摸屏來控制現(xiàn)場系統(tǒng)的目的。2.2 液體混合控制系統(tǒng)工藝流程簡介液體混合控制系統(tǒng)如圖2-2所示：在生產(chǎn)現(xiàn)場，有兩個進料罐，裝載2種不同液體。根據(jù)生產(chǎn)要求不同，按照不同的配方進行注料，由

24、于兩個進料罐與其管道是相同的，即可近似為同一時刻內(nèi)，進料流量相同，所以根據(jù)注入的定時時間不同，即可達到配方要求。完成液體注入后，下方的混合罐開始工作，利用變頻器的控制，使電機的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，進行一次快攪拌，一次慢攪拌，如此交替?；旌蠒r間到達所要求的定時時間后，閥門c打開，使混合后的產(chǎn)品進入儲物罐。并循環(huán)如此。系統(tǒng)工藝流程圖如圖2-2所示。圖2-2 液體混合控制系統(tǒng)工藝流程圖2.3 控制方案“手動”控制方式：在該方式下，控制人員利用觸摸屏上的控制按鈕，對系統(tǒng)進行操作，進行配方的選擇，以及實現(xiàn)電機調(diào)速，其它動作將是系統(tǒng)自動進行。工藝過程與控制要求： 1初始狀態(tài)各電磁閥門y1、y2、y3和攪拌機m均

25、為off，容器為空的，液面?zhèn)鞲衅鱨1、l2為off。2啟動操作按下啟動按鈕，開始下列操作：1) 在觸摸屏上選擇所需配方。電磁閥y1閉合（y1為on），開始注入液體a，電磁閥y2閉合（y2為on），開始注入液體b。按配方所需，達到定時時間后，電磁閥y1，y2打開（y1，y2為off）。注料部分完畢；2) 當(dāng)液體a，b注入結(jié)束后，m為on，開始攪拌；3) 利用變頻器調(diào)節(jié)電機速度，使其對液體進行一次慢攪拌，一次快攪拌；4) 混合液體攪拌混合時間為6s，m為off，停止攪動；5) 電磁閥閉合（y3為on），將混合后的液體注入儲物罐；6) 當(dāng)液面下降到l2時，再經(jīng)過5s，容器放空，完成一次操作；3停止操

26、作按下停止按鈕，在當(dāng)前的混合操作處理完畢后，才使系統(tǒng)停止于初始狀態(tài)。4故障信號故障信號部分主要處理控制系統(tǒng)運行過程中的故障。在此系統(tǒng)運行時，可能出現(xiàn)如下幾種故障：1) 電磁閥門y1、y2、y3出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運作；2) 電機m出現(xiàn)故障，不能實時的對液體進行混合攪拌；3) 在注料之前，混合罐并非是空罐，此時要利用液面?zhèn)鞲衅鬟M行檢測，若混合罐確實不為空的狀態(tài)，則要停止注料動作，打開閥門c，將液體排進儲物罐內(nèi)；以上幾種故障信號，均為實際生產(chǎn)中所遇到的常規(guī)性故障，當(dāng)出現(xiàn)故障時，應(yīng)立即停車檢測，對故障進行檢修，以免遭成不必要的浪費與損失，確保系統(tǒng)可進行安全性生產(chǎn)。第3章 下位機軟件編程3.

27、1 s7-300概述s7-300是模塊化的中小型plc，適用于中等性能的控制要求。品種繁多的cpu模塊，信號模塊和功能模塊滿足各種領(lǐng)域的自動控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時更換模塊很方便。s7-300的每個cpu都有一個使用mpi（多點接口）通信協(xié)議的rs-485接口。有的cpu還帶有集成的現(xiàn)場總線profibus-dp接口，profinet接口或ptp（點對點）串行通信接口。s7-300不需要附加任何硬件，軟件和編程，就可以建立一個mpi網(wǎng)絡(luò)。使用cpu集成的profibus-dp接口或通信處理器，s7-300可以作dp網(wǎng)絡(luò)上的主站或從站。s7-300有350多條指

28、令，其編程軟件step7功能強大，使用方便。step7的功能塊圖和梯形圖編程語言符合iec61131標(biāo)準(zhǔn)，語句表編程語言與iec標(biāo)準(zhǔn)稍有不同，以保證與step5的兼容，3種編程語言可以互相轉(zhuǎn)換。s7-300已將hmi（人機接口）服務(wù)集成到操作系統(tǒng)內(nèi)，大大減少了人機對話的編程要求。s7-300按指定的刷新速度自動地將數(shù)據(jù)傳送給simatic人機界面。3.2 s7-300的組成部件s7-300plc是模塊式的plc，它由以下幾部分組成4：1中央處理單元（cpu）cpu用于存儲和處理用戶程序，控制集中式i/o和分布式i/o。各種cpu有不同的性能，有的cpu集成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點，有的cp

29、u集成有profibus-dp等通信接口。cpu前面板上有狀態(tài)故障指示燈，模式選擇開關(guān)，24v電源端子和微存儲卡插槽。2電源模塊（ps）電源模塊用于將ac 220v的電源轉(zhuǎn)換為dc24v電源，供cpu模塊和i/o模塊使用。電源模塊和額定輸出電流由2a，5a和10a3種，過載時模塊上的led閃爍。 3信號模塊（sm）信號模塊是數(shù)字量輸入/輸出模塊（簡稱為di/do）和模擬量輸入/輸出模塊（簡稱為ai/ao）的總稱，它們使不同的過程信號電壓或電流與plc內(nèi)部的信號電平匹配。4功能模塊（fm）功能模塊式智能的信號處理模塊，它們不占用cpu的資源，對來自現(xiàn)場設(shè)備的信號進行控制和處理，并將信息傳送給cp

30、u。5通信處理器（cp）通信處理器用于plc之間，plc與計算機和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將plc接入profibus-dp，as-i和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實現(xiàn)點對點通信。通信處理器可以減輕cpu處理通信的負(fù)擔(dān)，并減少用戶對通信的編程工作。6接口模塊（im）接口模塊用于多機架配置時連接主機架和擴展機架。7導(dǎo)軌鋁質(zhì)導(dǎo)軌用來固定和安裝s7-300上述的各種模塊。3.3 本次設(shè)計的s7-300硬件選擇本次設(shè)計硬件選擇中，選擇訂貨號為：6es7 315-2af00-0ab0的cpu 315（1），該cpu功能強大，可滿足大部分控制要求，且性價比較好，所以選擇該cpu。根據(jù)本次工藝流程可知，共有12個

31、數(shù)字輸入點，所以在硬件選擇中，選擇訂貨號為：6es7 321-1bh00-0aa0的16路開關(guān)量輸入卡；共有17個數(shù)字量輸出點，所以在硬件選擇中，選擇訂貨號為：6es7 322-1bl00-0aa0的32路開關(guān)量輸出卡；共有高液位與低液位2個模擬量輸入點，且模擬量信號為420ma。所以在硬件選擇中，選擇訂貨號為：6es7 331-7kb00-0ab0的2路模擬量輸入卡。詳細i/o點表見附錄a。詳細端子圖見附錄b。3.4 本次設(shè)計的下位機控制要求本次設(shè)計主要利用s7-300編程，實現(xiàn)系統(tǒng)功能如下：1系統(tǒng)啟動及停止；23種不同配料方式；3利用變頻器，進行調(diào)速；4手動控制故障信號，使系統(tǒng)進行故障仿真

32、。在下位機編程的過程中，要有清晰的思路，才能進行正確的編程。程序流程圖是編程之前必須做的一項工作。本次設(shè)計，下位機程序較為簡單，具體實現(xiàn)步驟如下：1) 啟動系統(tǒng)；2) 判斷儲物罐中的液位是否為高液位，如果是高液位，則需打開閥門c進行排放，直到排放結(jié)束后，在進行注料；若不為高液位，則進行配方的選擇；3) 判斷一下閥門a，b是否故障，如果發(fā)生故障，則需停車檢修。若無故障，則進行注料；4) 判斷電機是否故障，如果發(fā)生故障，則需停車檢修。若無故障，則進行電機的調(diào)速；5) 電機運行結(jié)束后，閥門c將自動打開，此時需判斷閥門c是否出故障，如果出故障，則需停車檢修。若無故障，則向成品罐中注入生成的產(chǎn)品，并進行

33、5s的排空；6) 此次動作結(jié)束。下位機程序流程圖如圖3-1所示。圖3-1 程序流程圖3.5 下位機程序分析1進入step7軟件，進行硬件選擇，如圖3-2所示。 圖3-2系統(tǒng)硬件選擇2打開符號編輯器，在編輯器中添加程序所需變量，如圖3-3所示。圖3-3 符號編輯器中的符號設(shè)置3打開ob1塊，進行程序編寫。程序段1，2分析如下：程序段1，2為系統(tǒng)啟停程序段。系統(tǒng)的啟動利用點i0.0手動控制，對中間變量m0.0進行置位，使以下每段程序運行之前，都必須滿足點m0.0的導(dǎo)通，才能進行工作。系統(tǒng)的停止利用點i0.1手動控制，對中間變量m0.0進行復(fù)位，一旦啟用停止按鈕，則m0.0被復(fù)位，達到系統(tǒng)停車的目的

34、。當(dāng)系統(tǒng)運行時，a、b、c閥門以及電機出現(xiàn)故障，或在注料動作發(fā)生時，傳感器檢測到儲物罐內(nèi)液體為高液面，則中間變量m0.0被復(fù)位，系統(tǒng)停止運行。程序段36分析如下：通過定時器對閥門打開時間的定時，對液體混合比例進行控制。通過對閥門a打開的時間定時為5s，對閥門b打開的時間定時為8s，即可設(shè)置配方a的比例為5:8。程序段710分析如下：通過定時器對閥門打開時間的定時，對液體混合比例進行控制。通過對閥門a打開的時間定時為3s，對閥門b打開的時間定時為4s，即可設(shè)置配方a的比例為3:4。程序段1114分析如下：通過定時器對閥門打開時間的定時，對液體混合比例進行控制。通過對閥門a打開的時間定時為6s，對

35、閥門b打開的時間定時為5s，即可設(shè)置配方a的比例為6:5。程序段314為配方選擇程序段。配方選擇是液體混合控制系統(tǒng)的主要組成部分，根據(jù)不同配方，生產(chǎn)不同產(chǎn)品。利用定時器進行閥門定時，對液體混合比例進行控制。手動i1.0，i0.1，i0.2進行3種配方的控制，手動控制按鈕可以避免3種配方混合出錯，使每個配方都獨立的進行操作。這種方法，簡單易行，操作可靠。操作人員能夠很容易的掌握操作方法5。程序段1520分析如下：程序段1520為電機運行程序段。在液體混合控制設(shè)計中，電機攪拌是生成產(chǎn)品的主要工序，3種配方中的任意一種運行結(jié)束后，電機開始運行，使液體混合充分，達到產(chǎn)品質(zhì)量要求。在本次設(shè)計中，根據(jù)控制

36、要求，利用變頻器的調(diào)節(jié)去調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，首先使電機進行5s的慢速攪拌，然后再進行5s的快速攪拌。程序段21分析如下：程序段21為停止電機運行程序段。程序段22為儲物罐注料程序段。液體混合攪拌完成之后，要使新生成的產(chǎn)品注入儲物罐。當(dāng)電機快速運行結(jié)束時，閥門c打開，使產(chǎn)品注入到儲物罐。程序段23，24分析如下：程序段23，24為控制排空程序段。在混合罐內(nèi)的最低處，有液面?zhèn)鞲衅鱨2，當(dāng)l2檢測到液位到達最低處，并且是在液體排放的過程中，開始進行5s的排空。利用中間變量m11.2來區(qū)分處在2種不同情況下的液位最低狀態(tài)，當(dāng)進料罐開始進行注料時，為一種液位最低狀態(tài)，但此時，并不能打開c閥進行排空；當(dāng)液體進入

37、儲物罐時，又會達到液位最低狀態(tài)，此時，則需打開閥c進行排空，所以用中間變量m11.2來區(qū)分開這兩種狀況下的液位最低狀態(tài)，以免發(fā)生浪費原料的現(xiàn)象6。程序段2528分析如下：程序段2528程序段為變量規(guī)整程序段。此次變量規(guī)整利于上位機組態(tài)與變量連接，在3種配方下的a，b閥門狀態(tài)，在上位機中，統(tǒng)一規(guī)整為一種a，b閥門狀態(tài)，將電機的慢速運行，快速運行統(tǒng)一規(guī)整為電機運行。這樣規(guī)整有利于上位機的畫面運行，以及畫面觀察。在step7的仿真中，可以明晰的觀察到各個變量的狀態(tài)。程序段2932程序段分析如下：程序段2932程序段為手動故障控制程序段。本次設(shè)計主要是液體混合控制的仿真設(shè)計，所以不能夠進行實時故障的檢

38、測，所以在下位機程序中，需要進行手動故障的控制，a、b、c3個閥門以及電機是本次設(shè)計的主要故障點，一旦以上四個故障點中的任意一個發(fā)生故障，則系統(tǒng)停止運行，需要工作人員進行檢修。檢修結(jié)束后，要進行報警復(fù)位。詳細下位機程序見附錄a。程序段33分析如下：報警復(fù)位。4利用step仿真器，對下位機程序進行仿真，如圖3-4所示。圖3-4 系統(tǒng)仿真畫面第4章 上位機wincc軟件組態(tài)4.1 wincc組態(tài)軟件簡介西門子視窗控制中心simatic wincc（windows control center）是hmi/scada軟件中的后起之秀，1996年進入世界工控組態(tài)軟件市場，當(dāng)年就被美國control en

39、gineering 雜志評為最佳hmi軟件，以最短的時間發(fā)展成第三個在世界范圍內(nèi)成功的scada系統(tǒng)；而在歐洲，它無可爭議的成為第一。wincc v6.0采用標(biāo)準(zhǔn)microsoft sql server 2000(wincc v6.0以前版本采用sybase)數(shù)據(jù)庫進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔，同時具有web瀏覽器功能。作為simatic全集成自動化系統(tǒng)的重要組成部分，wincc確保與simatic s5，s7和505系列的plc連接的方便和通訊的高效；wincc與step7編程軟件的緊密結(jié)合縮短了項目開發(fā)的周期。此外，wincc還有對simatic plc 進行系統(tǒng)診斷的選項，給硬件維護提供了方便。4

40、.2 wincc系統(tǒng)構(gòu)成wincc基本系統(tǒng)是很多應(yīng)用程序的核心。它包含以下九大部件：1變量管理器 變量管理器（tag management）管理wincc中所使用的外部變量，內(nèi)部變量和通訊驅(qū)動程序。2圖形編輯器 圖形編輯器（graphics designer）用于設(shè)計各種圖形畫面。3報警記錄報警記錄（alarm logging）負(fù)責(zé)采集和歸檔報警消息。4變量歸檔變量歸檔（tag logging）負(fù)責(zé)處理測量值，并長期存儲所記錄的過程值。5報表編輯器報表編輯器（report designer）提供許多標(biāo)準(zhǔn)的報表，也可以設(shè)計各種格式的報表，并可按照預(yù)定的時間進行打印。6全局腳本全局腳本（globa

41、l script）是系統(tǒng)設(shè)計人員用ansi-c及visual basic 編寫的代碼，以滿足項目的需要。7文本庫文本庫（text library）編輯不同語言版本下的文本消息。8用戶管理器用戶管理器（user administrator）用來分配，管理和監(jiān)控用戶對組態(tài)和運行系統(tǒng)的訪問權(quán)限。9交叉引用表交叉引用表（cross-reference）負(fù)責(zé)搜索在畫面，函數(shù)，歸檔和消息中所使用的變量，函數(shù)，ole對象和activex控件。4.3 本設(shè)計中wincc的組態(tài)過程4.3.1 創(chuàng)建項目打開wincc后，在文件中點擊新建，將出現(xiàn)wincc項目管理器畫面，選擇單用戶項目后點擊確定后出現(xiàn)創(chuàng)建新畫面對話

42、框，在項目名稱欄里添加好項目名稱后點擊創(chuàng)建即可完成，如圖4-1，4-2所示。 圖4-1 項目管理器 圖4-2 創(chuàng)建新項目 4.3.2 創(chuàng)建主畫面單擊圖形編輯器，在屏幕右側(cè)單擊右鍵，點擊新建畫面，在所得新畫面之后，點擊右鍵，進行重命名，如圖4-3所示。 圖4-3 主畫面創(chuàng)建在創(chuàng)建主畫面之后，點擊進入，開始畫面的編輯，將本次設(shè)計的工藝流程圖編輯到主畫面，編輯過程如圖4-4，4-5所示。 圖4-4 打開圖庫 圖4-5 畫面編輯在主畫面創(chuàng)建過程中，需要將每個部件進行編組，便于對部件的編輯，對于詳細的畫面編輯過程，本文不予一一解釋，按照以上編輯過程，得主畫面如圖4-6所示。 圖4-6 主畫面流程圖在主畫

43、面中，添加按鈕是一項非常重要的工作，在系統(tǒng)運行時，可以通過按鈕去改變所處界面，添加按鈕過程如圖4-7所示。 圖4-7 按鈕組態(tài)過程在右側(cè)對象選項板內(nèi)選擇窗口對象，點擊按鈕，在畫面上用鼠標(biāo)拖動，則出現(xiàn)按鈕，點擊右鍵屬性對按鈕進行文本設(shè)置，之后點擊右鍵組態(tài)對話框，在最下方，單擊鼠標(biāo)改變畫面一欄中，點擊后面圖標(biāo)，選擇要點擊按鈕需進入的畫面即可。4.3.3 創(chuàng)建登錄畫面在工業(yè)生產(chǎn)中，系統(tǒng)的操作并不是每個人都可以進行操作，需要有專門的技術(shù)員進行操作，以免發(fā)生操作不當(dāng)，或機密泄露的問題，所以本次設(shè)計在上位機組態(tài)中，添加了登錄畫，添加過程，如圖4-8所示。 圖4-8 用戶管理點擊用戶管理器，在授權(quán)欄里選中改

44、變畫面，進行登錄名，密碼的設(shè)置，然后進入已新建的登錄畫面中。在右側(cè)的對象選項板中選擇窗口對象中的按鈕，然后對按鈕進行組態(tài)，點擊右鍵對象屬性，選擇事件，點擊按鈕中的鼠標(biāo)動作，單擊右鍵進入c動作，對于用戶登錄及進入畫面需要輸入不同的腳本程序，點擊確定，即可完成對按鈕的組態(tài)。 用于用戶登錄按鈕的添加程序如下：#pragma code(useadmin.dll)#include pwrt_api.h#pragma code()pwrtlogin(1);settagbit(denglu，1);用于進入系統(tǒng)按鈕的添加程序入下：settagbit(denglu，0); openpicture(液體混合控制系

45、統(tǒng).pdl);組態(tài)過程如圖4-9,4-10所示。圖4-9 設(shè)置對象屬性 圖4-10 添加腳本程序在登錄畫面中，也可插入圖片，點擊對象選項板中的智能對象，點擊圖形對象，即可在圖庫里添加圖片。系統(tǒng)登錄畫面如圖4-11所示。 圖4-11系統(tǒng)登錄畫面4.3.4 創(chuàng)建變量在上位機組態(tài)中，變量的創(chuàng)建是實現(xiàn)動畫的主要步驟，創(chuàng)建過程如圖4-12，4-13所示。 圖4-12 添加驅(qū)動程序 圖4-13變量創(chuàng)建點擊變量管理右鍵，添加新的驅(qū)動程序，選擇simatic s7 protocol suite.chn項，點擊確認(rèn)，將在變量管理欄中出現(xiàn)這一項，選擇mpi，在其右側(cè)區(qū)域，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇新程序驅(qū)動鏈接，要注意，

46、在屬性中，需將插槽號改為2，否則會導(dǎo)致上位機與下位機無法通訊。在其內(nèi)部即可新建所需變量。本設(shè)計在上位機組態(tài)中，所需變量主要由以下變量組成：1控制開關(guān)變量：astart,bstart,cstart,motorstart;2手動故障變量：afault,bfault,cfault,motorfault;3報警變量：a-alarm,b-alarm,c-alarm,m-alarm，level-alarm;4液位檢測變量：hh,hl.4.3.5 主畫面上的變量鏈接變量鏈接是上位機與下位機通訊的重要步驟，如果不能夠進行正確的變量鏈接，則會導(dǎo)致上位機與下位機通訊出錯。打開主畫面后，選中所需鏈接的對象，點擊右鍵

47、屬性，在背景顏色后的動態(tài)欄中點擊右鍵，選擇動態(tài)對話框項，在表達式中選擇所要鏈接的變量，選擇合適的數(shù)據(jù)類型與背景顏色，即可完成變量的鏈接。變量鏈接主要步驟如圖4-14，4-15所示。圖4-14 設(shè)置對象屬性圖4-15 變量鏈接4.3.6 創(chuàng)建報警畫面在所有工業(yè)生產(chǎn)中，都會不可避免的發(fā)生一些隨機的故障，所以在控制系統(tǒng)中，需要對報警進行實時的顯示，才能對故障進行實時的維修，盡可能減少損失。本次設(shè)計中，在上位機中添加了報警畫面，以便對故障進行實時報警。在編輯報警畫面之前，要進行報警記錄以及變量記錄的編輯，才能使報警畫面在系統(tǒng)運行時進行動態(tài)顯示。在報警記錄頁面中，如有模擬量報警，則需添加模擬量報警，并要

48、在變量記錄里面新建一個模擬量變量，才能在報警記錄頁面中添加上這個模擬量報警，二進制報警則在消息變量里進行直接添加，雙擊消息變量列，將出現(xiàn)變量管理，此時，就可把所需的報警變量按編號添加到報警記錄列表里。編輯報警記錄，變量記錄如圖4-16，4-17所示。圖4-16 報警記錄編輯圖4-17 變量記錄編輯在變量記錄頁面中，在左上方的歸檔處，點擊右鍵，選擇歸檔向?qū)?，點擊下一步，創(chuàng)建一個英文名，再點擊下一步，將出現(xiàn)打開變量管理器一欄，此時就可添加在變量管理內(nèi)所創(chuàng)建的需要進行報警顯示的變量。此時完成報警畫面之前所需進行的工作。報警畫面創(chuàng)建如圖4-18所示。圖4-18 報警畫面在報警畫面中，在對象選項版中選擇

49、控件，單擊 wincc alarm control項，在畫面上拖動，即可得到所示報警畫面。按鈕添加步驟及組態(tài)，在創(chuàng)建主畫面中已詳細表述，在這里就不再贅述。第5章 觸摸屏軟件5.1 wincc flexible簡介西門子視窗控制中心simatic（windows control center）是hmi/scada軟件中的后起之秀，1996年進入世界工控組態(tài)軟件市場，當(dāng)年就被美國control engineering雜志評為最佳hmi軟件，以最短的時間發(fā)展成第三個在世界范圍內(nèi)成功的scada系統(tǒng)；而在歐洲，他無可爭議地成為第一8。在過程日趨復(fù)雜、對機器和設(shè)備功能的要求不斷增加的環(huán)境中，獲得最大的透

50、明性對操作員來說至關(guān)重要。人機界面(hmi)提供了這種透明性。hmi系統(tǒng)代表人(操作員)與過程(機器/設(shè)備)之間的接口。控制器是控制過程的實際單元。因此，在操作員和wincc flexible (位于hmi設(shè)備端)之間以及wincc flexible和控制器之間均存在一個接口。hmi軟件wincc flexible是用前瞻性的自動化理念，針對具有簡單高效的工程特征的機器級而設(shè)計的。wincc flexible綜合了下列優(yōu)點：直接的處理方式、透明性、靈活性。wincc flexible的組件如下：1wincc flexible工程系統(tǒng)：wincc flexible工程系統(tǒng)是用于處理所有基本組態(tài)任

51、務(wù)的軟件。wincc flexible版本決定了在simatic hmi系列中，可以組態(tài)哪種hmi設(shè)備。 2wincc flexible運行系統(tǒng)：wincc flexible運行系統(tǒng)是用于過程可視化的軟件。在運行系統(tǒng)中，您可以在過程模式下執(zhí)行項目。3wincc flexible選件：wincc flexible選件可以擴展wincc flexible的標(biāo)準(zhǔn)功能。每個選件需要一個單獨的許可證。5.2 建立項目打開wincc flexible軟件，點擊項目，利用項目向?qū)?chuàng)建一個新項目，選擇項目類型中依據(jù)本項目要求選擇小型設(shè)備，點擊下一步進入hmi設(shè)備和控制器中，hmi選擇1024*768，連接選擇

52、mpi/dp通訊，控制器選擇s7-300。點擊下一步進入畫面模板以畫面提示的選擇相應(yīng)完成畫面瀏覽、系統(tǒng)畫面、庫、項目信息等步驟。創(chuàng)建項目，創(chuàng)建畫面如圖5-1，5-2所示。圖5-1 創(chuàng)建項目圖5-2 創(chuàng)建畫面5.3 創(chuàng)建變量創(chuàng)建項目之后，點擊左側(cè)項目欄中的通訊下的變量，進行變量的創(chuàng)建，如圖5-3，5-4所示。圖 5-3 創(chuàng)建變量圖5-4 變量鏈接創(chuàng)建變量是使觸摸屏與下位機通訊的必要途徑，所以在變量的連接中，要注意正確的地址鏈接，觸摸屏變量在下位機程序中，需要在i點下并上m點。在觸摸屏變量設(shè)置中，要設(shè)置所并的m點。在變量鏈接的過程中，要注意地址正確，否則會導(dǎo)致觸摸屏不能與下位機進行通訊。5.4 創(chuàng)

53、建觸摸屏畫面在觸摸屏的設(shè)計中，創(chuàng)建過程畫面是一個很重要的部分，它所創(chuàng)建的畫面簡單易懂，人們通過它能進行直觀的操作，可以對上位機畫面進行直接控制。本設(shè)計主要創(chuàng)建5個畫面，分別是：登錄畫面、啟動畫面、配方畫面、調(diào)速畫面、報警畫面。5.4.1 創(chuàng)建登錄畫面打開已創(chuàng)建好的項目，點擊右側(cè)欄內(nèi)的畫面，單擊右鍵，選擇添加畫面，同時也可重命名畫面，如圖5-5，5-6所示。圖5-5 編輯用戶管理圖5-6 創(chuàng)建登錄畫面5.4.2 創(chuàng)建啟動畫面啟動畫面的創(chuàng)建主要涵蓋本次設(shè)計所需的主要控制部分，包括系統(tǒng)的啟動，停止，配方選擇及調(diào)速。如圖5-7所示。圖5-7 創(chuàng)建啟動畫面在啟動畫面上創(chuàng)建所需按鈕，本次設(shè)計中，在啟動畫面

54、上添加4個按鈕，點擊右側(cè)簡單對象中的按鈕，在畫面上進行拖動，即可出現(xiàn)按鈕，選擇按鈕，點擊右鍵，選擇屬性內(nèi)的事件中的按下，選擇函數(shù)activatescreen，選擇按鈕名稱所對應(yīng)的畫面，如：配方按鈕，在畫面名中應(yīng)選擇配方畫面即可。在啟動按鈕中，選擇函數(shù)時，將變量start進行置位。在退出按鈕中，選擇函數(shù)時，選擇stopruntime即可。5.4.3 創(chuàng)建配方畫面配方控制畫面，主要涵蓋3種不同的配方的按鈕，以及下一步要用到的調(diào)速按鈕。如圖5-8所示。圖5-8 創(chuàng)建配方畫面在配方畫面中進行配方的選擇，在配方按鈕中，要進行與變量的鏈接，才能實現(xiàn)配方選擇的功能，點擊屬性中的動畫，選擇可見性，與相應(yīng)的變量進行鏈接，如：配方a與變量fa鏈接。在事件中的按下中，對相應(yīng)的變量進行置位。配方選擇結(jié)束后，要進行調(diào)速，即要添加一個調(diào)速按鈕。用以進入調(diào)速畫面，進行調(diào)速。5.4.4 創(chuàng)建調(diào)速畫面調(diào)速畫面主要涵蓋低速調(diào)節(jié)，高速調(diào)節(jié)。點擊按鈕，選擇屬性中的動畫，點擊可見性，進行相應(yīng)的變量鏈接。在事件的按下中，對相應(yīng)的變量進行置位即可。調(diào)速主要是指在兩種液體混合時，利用電機的運轉(zhuǎn)速度發(fā)生改變，使兩種液體進行充分的混合。本次設(shè)計中，電機的調(diào)速是根據(jù)變頻器的調(diào)節(jié)才得以進行，變頻器的應(yīng)用將在下章進行詳細的說明。如圖5-9所示。圖5-9 創(chuàng)建調(diào)速畫面5.5 觸摸屏與下位機的連接在