磁控濺射鍍膜上位機控制系統(tǒng)設(shè)計-合肥工業(yè)大學(xué)機械設(shè)計及其自動化畢業(yè)論文

1、目錄中文摘要1abstract 21 緒論41. 1磁控濺射鍍膜的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢41.2磁控濺射鍍膜的原理 41.3設(shè)計的主要內(nèi)容41.3. 1 plc自動化程序控制41.3.2上位機組態(tài)52控制系統(tǒng)整體設(shè)計方案及碩件選型62. 1控制系統(tǒng)整體設(shè)計62. 2硬件選型83 plc與上位機控制系統(tǒng)設(shè)計 123. 1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計123. 1. 1 plc硬件組態(tài)的選擇方案123. 1.2 plc程序的設(shè)計143.2±位機控制系統(tǒng)的設(shè)計 143.2. 1上位機組態(tài)軟件概述143.2.2上位機組態(tài)軟件的通訊方案163.2.3 ±位機組態(tài)軟件變量設(shè)置與畫面組態(tài) 17結(jié)論22謝辭

2、23參考文獻24附錄24摘要：磁控濺射鍍膜是工業(yè)鍍膜生產(chǎn)中主要的技術(shù)之一，尤其適合于大面積鍍膜生產(chǎn)，具有沉積速度快、鍍件溫升低等優(yōu)點。本次設(shè)計主要是以四門 子s7-300和w1ncc為軟件開發(fā)平臺。根據(jù)系統(tǒng)的工作原理和工藝流程， 通過s7-300程序設(shè)計實現(xiàn)對整個磁控濺射鍍膜過程的電氣自動控制o運 用上位機w1ncc siemens系統(tǒng)對其過程進行遠程實時監(jiān)控。實現(xiàn)了上位 機動態(tài)顯示開關(guān)量動作、模擬量數(shù)據(jù)實時采集、遠程保護和故障報警等 功能。文中對控制系統(tǒng)軟、碩件進行詳細的選擇和配置。并利用四門子 plc和w1ncc軟件內(nèi)部提供的仿真模塊對程序和組態(tài)進行了仿真分析與 系統(tǒng)調(diào)試，完成了對磁控濺射

3、鍍膜上位機控制系統(tǒng)的動態(tài)演示。關(guān)鍵字：鍍膜機控制系統(tǒng)；plc； winccabstract：magnetron sputtering is one of the main technology in coating industrial,especially for large area deposition,with high deposition rate, low temperature rise.this design is mainly to siemens s7-300 and wincc as the software developing platform. according

4、 to the working principle and process system,we realize electrical automatic control on the magnetron sputtering coating process through the s7-300 program design.using the computer wincc siemens system for remote real-time monitoring of the process.realize the function of dynamic computer display,

5、alarm switch action of analog data real-time collection, remote protection and fault etc.in this paper we make a selection and configuration of hardware and software of he control system. and use the simulation module of siemens plc and wincc software to analyze the program and system. it achieved t

6、he dynamic demo of control system of upper monitorkey words：coating machine ； control system ； plc； wincc1緒論1.1磁控濺射鍍膜的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢磁控濺射鍍膜技術(shù)是當(dāng)前廣泛運用的沉積鍍膜技術(shù)。由于其沉積速度快、基 材溫度低、對膜層損傷小、獲得的薄膜純度高、濺射工藝可重復(fù)性好等優(yōu)點，在 微電子、光學(xué)、材料等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前，電氣控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位日益凸顯，磁控濺射鍍膜與電氣自 動化的進一步聯(lián)系是發(fā)展必然的趨勢。1.2磁控濺射鍍膜的原理磁控濺射鍍膜的工作原理是指電子在電場的作用

7、下，在飛向基片過程中與氮 原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生a"離子和二次電子；二次電子飛向基片，ar+離子在電場 作用下加速飛向陰極靶，使靶材發(fā)生濺射。中性的靶原子或分子沉積在基片上形 成薄膜，而產(chǎn)生的二次電子會受到電場和磁場作用它們的運動路徑不僅很長，而 且被束縛在靠近靶表面的等離子體區(qū)域內(nèi)，并且在該區(qū)域中電離出大量的ar+ 來轟擊靶材，從而實現(xiàn)了高的沉積速率，隨著碰撞次數(shù)的增加，最后沉積電子的 能量很低，傳遞給基片的能量很小，致使基片溫升較低。磁控濺射是入射粒子和 靶的碰撞過程。入射粒子在靶中經(jīng)歷復(fù)雜的散射過程，和靶原子碰撞，把部分動 量傳給靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成級聯(lián)過程。在

8、這種級聯(lián)過程 中某些表面附近的靶原子獲得向外運動的足夠動量，離開靶被濺射出來。1.3設(shè)計的主要內(nèi)容1.3.1plc自動化程序控制在鍍膜工藝中，plc系統(tǒng)設(shè)計正逐步取代最初的單片機設(shè)計?；趐lc系統(tǒng) 的性價比較高，我們選擇plc來設(shè)計磁控濺射鍍膜控制系統(tǒng)。其優(yōu)勢如下：系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的p1d 回路控制；能與上位機構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需 計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改 變控制方案而不拆動碩件。（3）能適應(yīng)各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強

9、，遠高于其他各種機 型。1.3.2上位機組態(tài)上位機的概念展丁計算機集散控制系統(tǒng)的概念。在計算機集散控制系統(tǒng)中， 計算機分為各個級別，與現(xiàn)場設(shè)備發(fā)生直接關(guān)系的計算機屬于下位機，用來控制 下位機，或給下位機下達新任務(wù)的計算機是下位機的“上位機”。若集散控制系 統(tǒng)較大，計算機的級別可能不止兩級，此時上位機述可能有級別更高的上位機對 其進行控制或指派任務(wù)。組態(tài)是多種工具模塊的組合，它的含義是實用工具軟件對計算機和軟件的各 種資源進行配置，是計算機或軟件按照預(yù)先設(shè)置的命令，自動執(zhí)行任務(wù)，滿足設(shè) 計者的要求。組態(tài)軟件在目前的工業(yè)環(huán)境的實際運用中扮演著越來越重要的角 色。組態(tài)軟件從碩件設(shè)計到軟件開發(fā)都具有組

10、態(tài)性，使得系統(tǒng)更可靠、開發(fā)速度 更快、開發(fā)難度卻降低。較大規(guī)模的控制系統(tǒng)，基本上都采用了這種組態(tài)系統(tǒng)。 組態(tài)軟件的一般步驟：2（1）建模：根據(jù)要求，建立數(shù)學(xué)模型（2）設(shè)計圖形界面：利用軟件提供的圖庫，適用對應(yīng)的圖形對象模擬實際控制 系統(tǒng)（3）變量管理：創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建變量表示控制對象的各種展性（4）建立動態(tài)鏈接：組態(tài)變量和圖形間的連接，模擬控制系統(tǒng)的實際運行（5）運行與調(diào)試組態(tài)軟件的特點：（1）實時多任務(wù)、接口開放、使用靈活（2）節(jié)約碩件開發(fā)時間，提高系統(tǒng)可靠性（3）縮短軟件開發(fā)時間（4）便于生產(chǎn)的組織和管理上位機組態(tài)可以實現(xiàn)對現(xiàn)場工作流程的實時監(jiān)控，直觀了解。2控制系統(tǒng)整體設(shè)計方案及硬件選型

11、2.1控制系統(tǒng)整體設(shè)計鍍膜工藝流程一程序設(shè)計流程對應(yīng)于plc編程的邏輯順序和條件控制:圖2.1程序設(shè)計方框圖工藝步驟：（1）開啟水電開關(guān)，檢查水電安全（2）啟動鍍膜按鈕（3）開機械泵、旁抽閥粗抽真空，滿足前級真空度要求時。關(guān)閉旁抽閥準(zhǔn)備精 抽（4）打開分子泵和閘板閥，精抽真空室。達到真空度要求時，打開通氣閥門， 準(zhǔn)備煉靶并鍍膜。（5）鍍膜完成后先關(guān)閉閘板閥、分子泵、電磁閥，然后關(guān)閉機械泵。（6）關(guān)閉水泵和總電源。開充氣閥，通入氣體，開門取工件。磁控濺射鍍膜工藝過程的要求如下：1. 控制系統(tǒng)上位機以w1ncc為平臺，完成對鍍膜機的plc的遠程控制，實現(xiàn)對 真空度（真空室的工作壓強為10. 001

12、 pa,前級工作壓強為100ipa。）、各靶 電源電壓、電流（工作電流20a50a;工作電壓400600v）、水溫（080°c）、氣rsi 體流量等模擬量的采集，實現(xiàn)對靶電源、流量控制計等執(zhí)行元件的自動控制。2. 利用上位機動態(tài)顯示開關(guān)量的動作狀態(tài)、模擬量的實時采集數(shù)據(jù)、濺射工藝 運行的進展情況等內(nèi)容。3. 加入遠程的控制保護功能，故障報警等功能。根據(jù)鍍膜工藝流程確定控制系統(tǒng)對象分析如下：數(shù)字量輸入15個:總電源開關(guān)、水泵開關(guān)、鍍膜啟停開關(guān)、plc模塊極性信 號、機械泵、旁抽閥、電磁閥、分子泵、閘板閥、靶電源、截止閥、氧氣閥、氮 氣閥、充氣閥、門開關(guān)數(shù)字量輸岀13個:水溫報警、氣體質(zhì)

13、量流量報警、機械泵、旁抽閥、電磁閥、 分子泵、閘板閥、靶電源、截止閥、氧氣閥、氮氣閥、充氣閥、門開關(guān)模擬量輸入7個：前級真空度、真空度、回水溫度、氧氣質(zhì)量流量、氮氣 質(zhì)量流量、靶電源電壓、靶電源電流模擬量輸出7個：前級真空度、真空度、回水溫度、氧氣質(zhì)量流量、氮氣質(zhì) 量流量、靶電源電壓、靶電源電流2. 2硬件選型控制方案的選擇:控制方案 比較項r單片機工控機plc可靠性最不穩(wěn)定不穩(wěn)定穩(wěn)定可擴展性開發(fā)成本高、周期長開發(fā)成本高、周期長開發(fā)成本高、周期長維護困難困難簡單（自診斷）抗干擾性專門設(shè)計專門設(shè)計無需專門設(shè)計功能用戶可以實現(xiàn)各種 復(fù)雜控制、功能較強用戶可以實現(xiàn)各種 復(fù)雜控制、功能較強用戶可以實現(xiàn)

14、各種 復(fù)雜功能特點不可靠、便宜可靠性改善、便宜可靠、略貴操作人機對話不友善類似通用計算機觸摸式操作終端表2.1控制方案的比較單片機系統(tǒng)就是采用目前市場上的單片機cpu及其外圍芯片，根據(jù)不同系統(tǒng) 設(shè)計的電路板，最終設(shè)計成為一臺建議的計算機系統(tǒng)，然后編輯程序完成所需要 的控制要求。所謂工控機就是工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計程序達到控制要求。 plc即可編程控制器，是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電 子裝置。在其基礎(chǔ)上，設(shè)計程序達到控制要求。這種形式在目前的工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用 最廣泛。在自動控制中，plc、單片機、工控機承擔(dān)著重要角色，是實現(xiàn)控制功能的 重要載體，三者在功能上即有交叉

15、又有不同，這樣在應(yīng)用上三者就會出現(xiàn)相同與 不同之處，不同的方案就會有不同的最佳選用方法。木次設(shè)計，根據(jù)上表選用可4靠、穩(wěn)定、性價比較高的plc。plc類型的選擇:品牌 比較項目三菱西門子日本德國編程直觀易懂、指令多比較抽象、指令較少優(yōu)勢在于離散控制和運動控 制、有專用的定位指令、 可實現(xiàn)某些復(fù)雜控制在于過程控制和通信控 制、模擬量模塊便宜且程 序簡單不足模擬量模塊昂貴且復(fù)雜、 通訊功能相對薄弱無專用指令、程序復(fù)雜、 控制精度不高適用側(cè)重于動作控制和某些有 伺服或步進要進行定位控 制的設(shè)備等溫度、電流等較多模擬量 需要處理的設(shè)備、現(xiàn)場有 很多儀表的數(shù)據(jù)要用通信 進行采集的設(shè)備等表2. 2三菱與西

16、門子plc比較從三十多年前plc研制成功到當(dāng)前,其應(yīng)用己在控制系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。 而且形成了一個巨大的市場。各種plc具有不同的特點，美國與歐洲的plc技術(shù) 差別性較大，fi本plc技術(shù)是從美國引進，對美國的plc技術(shù)具有一定的繼承。 上表對國內(nèi)市場占有率比較高的兩種plc進行了比較，基于本次設(shè)計的控制工藝 流程中需要處理模擬量輸入輸出，因此選用西門子的s7-300系列plcplc通訊方式的選擇通訊方式 比較項目mpiprofibus工業(yè)以太網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)總線型邏輯拓撲環(huán)星型、線型、環(huán)型應(yīng)用場合通信速率：默認187.5kbps； 數(shù)據(jù)包w122字節(jié)dp：現(xiàn)場級pa：過程自動化fms：車間級監(jiān)通

17、信速率:10.100mbps、數(shù)據(jù)量 為 8kb、 iso、 tcp控網(wǎng)通訊方式gd、無需組態(tài)鏈fms、 fdciso接、需組態(tài)鏈接dp、patcp網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單元級、現(xiàn)場級單元級、現(xiàn)場級單元級、管理級適用范圍小范圍、少數(shù)站點中等規(guī)模、中小量大量數(shù)據(jù)、長距離間通訊數(shù)據(jù)通訊通訊優(yōu)勢并行規(guī)模上可伸全球數(shù)字化通信、協(xié)議開放、通信速縮性很強分布式控制 傳輸速率較低、各率高、支持冗余不足效率低、不直觀種此案長總線不實時性、可靠性較兼容差表2. 3三種通訊方式的比較s7-300的通信分三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場設(shè)備層（現(xiàn)場層）的功能是連接現(xiàn)場設(shè) 備。這一層主要使用as-1網(wǎng)絡(luò)。車間監(jiān)控層（單元層）的功能是用來完成車間

18、 主設(shè)備之間的連接，實現(xiàn)車間級設(shè)備的監(jiān)控。工廠管理層（管理層）的功能是用 來匯集各車間管理子網(wǎng)，通過網(wǎng)橋或路由器等連接的廠區(qū)骨干網(wǎng)的信息于工管理 mp1是多點接口的簡稱，s7-300集成了 mp1通信協(xié)議和mp1物理層rs-485 接口。plc通過mp1可以同時連接step7編程器、計算機、人機界面和其他s7。 mp1可以完成車間設(shè)備之間的連接。是用于車間級監(jiān)控和現(xiàn)場層的通信系統(tǒng)。s7-300/plc可以通過通信處理器或集成在cpu上的profibus-dp接口連 接到profibus-dp網(wǎng)上。帶有profibus-dp主站/從站接口的cpu能實現(xiàn)高速和 使用方便的分布式1/0控制。prof

19、ibus的物理層是rs- 485接口。最大傳輸速 率為12mbit/s,最多可以與127個節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換。pr0fibus通信網(wǎng)絡(luò)可以 用來完成車間主設(shè)備和現(xiàn)場層之間的連接工業(yè)以態(tài)網(wǎng)用于工廠管理層和單元層的通信系統(tǒng)。用于對時間要求不太嚴格，需要傳送大量數(shù)據(jù)的場合。四門子的工業(yè)以態(tài)網(wǎng)的傳輸速率為10m/100mbit/s,最多可以達到1024個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)的最大范圍為150kmo鑒于對于實時性和可靠性的考慮，在這里我們選用現(xiàn)場總線。 上位機組態(tài)軟件的選擇：軟件比較項目intouchwincccimptcity圖形及組態(tài)方案美觀性較差 粘貼位圖繁瑣控件不健全圖庫有限 不支持autocad圖形格

20、式 易于擴展功能功能最強大 圖庫豐富 支持畫面到畫面的 顏色漸變數(shù)據(jù)點管理數(shù)據(jù)型較少數(shù)據(jù)類型相對較多數(shù)據(jù)類型較少網(wǎng)絡(luò)功能基于工程基于工程基于工程通信功能擁有幾乎所有的硬件接口支持的硬件有限支持的硬件有限表2. 4組態(tài)軟件比較所謂組態(tài)軟件，是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們基于自動控 制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的 用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法。其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn) 和完成監(jiān)控層的各項功能。組態(tài)軟件支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且7提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。冃前世界上不少專業(yè)廠商包括專業(yè)軟件公司和硬件/系統(tǒng)廠商生產(chǎn)和提

21、供各 種組態(tài)軟件產(chǎn)品。上位機組態(tài)軟件的選擇有很多種，其中以國外產(chǎn)品占主導(dǎo)地位。 上表選用了國外三種上位機組態(tài)軟件進行了比較，基于軟件的功能性差異不明顯 和與plc間的配套問題，本次設(shè)計選擇西門子公司的wincc組態(tài)軟件。3 plc與上位機控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 plc控制系統(tǒng)設(shè)計3.1.1 plc硬件組態(tài)的選擇方案數(shù)字量輸入輸出模塊選型：數(shù)字量輸入信號4個:總電源開關(guān)、水泵開關(guān)、鍍膜啟停開關(guān)、plc模塊極 性信號數(shù)字量輸出信號13個:水溫報警、氣體質(zhì)量流量報警、機械泵、旁 抽 閥、電磁閥、分子泵、閘板閥、靶電源、截止閥、氧氣閥、氮氣閥、充氣閥、門 開關(guān)在控制系統(tǒng)中有4個數(shù)字量輸入信號、13個數(shù)字量

22、輸出信號，保留10%20% 的余量。數(shù)字量輸入信號：4x(1 + 15%) = 4.6(取16點)數(shù)字量輸出信號:13x(1 + 15%) = 14.95(取16點)選擇：數(shù)字量輸入模塊：1個6es7 321-1bh00-0aa0數(shù)字量輸出模塊：1個6es7 322-8bhoo-oabo模擬量輸入輸出模塊選型模擬量輸入6個：前級真空度、真空度、冋水溫度、氣體質(zhì)量流量、靶電源 電壓、電流模擬量輸出4個：前級真空度、真空度、冋水溫度、氣體質(zhì)量流量在控制系統(tǒng)中有6個模擬量輸入信號、4個模擬量輸出信號，保留 10%20% 的余量模擬量輸入信號：6x(1 + 15%) = 6.9(取8點)模擬量輸出信號

23、：4x(1 + 15%) = 4.6(取4點)選擇：模擬量輸入模塊：1個6es7 331-1kf00-0ab0roi模擬量輸出模塊：1個6es7 332-5hd00-0ab0模塊連接圖:總電源狀態(tài)信號 水泵狀態(tài)信號 很膜啟傳狀態(tài)信號 極性位信號議止閥開天 氨氣發(fā)開關(guān) 氧氣閥開關(guān) 氧氣閥開關(guān) 門開丟溫度報譬 質(zhì)里流里報警 機械泵開關(guān) 旁抽閥開關(guān) 電磁閥開關(guān) 分子泵開關(guān) 閘板閥開關(guān) 靶電源開關(guān)開關(guān)量輸入模塊原理辭圖開關(guān)量輸出模塊原理接線圖圖3.1數(shù)字量模塊連接?前級真空度真空度回水溫度氣體質(zhì)量流量8回1涌溺瞬 linla <=rnfgdcl-fpt4s施事7 雀饒6es73325hd000a

24、b0模擬量輸入模塊原理接線圖模擬量輸入模塊原理接線圖圖3.2模擬量模塊接口3.1.2 plc程序的設(shè)計磁控濺射鍍膜控制系統(tǒng)的plc設(shè)計屮，plc程序的邏輯順序按照先前擬定的 程序框圖設(shè)計，滿足控制系統(tǒng)的設(shè)計要求。(1) 數(shù)據(jù)采集磁控濺射鍍膜工藝屮需要采集真空度、回水溫度、氣體質(zhì)量流量、靶電源電 流、靶電源電壓等數(shù)據(jù)，經(jīng)過plc內(nèi)部a/d轉(zhuǎn)換處理，存儲在plc數(shù)據(jù)地址，用 于程序運行掃描過程中的調(diào)用與處理。(2) 數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)測要求：1、前級真空度與真空度的實時監(jiān)測，滿足工藝要求2、回水溫度不得超過40攝氏度，顯示報警3、氣體質(zhì)量流量要低于80sccm，顯示報警(3) 程序設(shè)計、運行與調(diào)試工藝

25、運行程序是plc控制系統(tǒng)的重點。在設(shè)計屮，采用西門子公司提供的 stcp7軟件編寫s7-300梯形圖運行程序。運行程序需要采集實時數(shù)據(jù)，控制運 行時間和回水溫度等模擬量。在外界給予設(shè)定的運行動作后，能實現(xiàn)整個流程的 自動運行，完成設(shè)計要求。由stcp7自帶的仿真系統(tǒng)，能夠在實際運行前調(diào)試整 個運行程序，方便查錯與修改。3. 2上位機控制系統(tǒng)的設(shè)計3. 2.1上位機組態(tài)軟件概述“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)(distributed control system 簡稱dcs)的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)人員所熟知的。組態(tài)軟件, 又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文scada,即sup

26、ervisory control and data acquisition (數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟 件。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中，pc (包括工控機)相比以前的專 用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。在pc技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占 據(jù)著非常特殊而ii重要的地位。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建 工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種 工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。 四門子

27、公司的wincc軟件是四門子在自動化領(lǐng)域中先進技術(shù)與microsoft的功能 相結(jié)合的產(chǎn)物。它是用于個人計算機的人機界面。w1ncc是通用的應(yīng)用程序，適 合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語言支持，全球通用；可以集成到所有自動化 解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進行組態(tài)；可基于web 持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡便；集成的historian系統(tǒng)作為it和商務(wù) 集成的平臺；可用選件和附加件進行擴展；“全集成自動化”的組成部分，適 用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。它集成了 scada、組態(tài)、腳本語言和0pc 先進技術(shù)，為用戶提供了 windows操作系統(tǒng)環(huán)境下使用各種通用軟件的功

28、能，它 繼承了四門子公司的全集成自動化產(chǎn)品的技術(shù)先進和無縫集成的特點。w1ncc運行于個人計算機環(huán)境，可以與多種自動化設(shè)備及控制軟件集成，具 有豐富的設(shè)置項目、可視窗口，使用方式靈活，功能齊全。用戶在友好界面下進 行組態(tài)、編程，形成所需的操作界面、監(jiān)控畫面、報警畫面和趨勢曲線等。操作 環(huán)境形象直觀、軟件設(shè)計周期短、工作效率高。wincc整體開放，可以方便的與 各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機界面，也可將wincc作為系統(tǒng) 擴展的基礎(chǔ)，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應(yīng)用系統(tǒng)會 winccexplor" xwf) wme) «b(v) xjicd 助(x)計口機紿

29、構(gòu)ss/iii已人jy一加凰尤瞬具諭齊” hixudv低9代 r;l««.;> rrtrl«支毗錄 抿enas 全文"立本分obbj 用戶sj5h力應(yīng)在線顯改冗親 用八口欄抿坤名你上次顯改a 2.1.pdl2013/5/18 上牛 09:58:46a 2.2.1.pdl2013/5/18 111:05:46a 222pdl2013/5/18 111:12:10a 22pdl2013/5/18 110:15:48a 231.pdl啟力shffl2013/5/18 下牛 09:17:12a 232pdl2013/5/19 下牛 01:18:26a 23

30、3pdl2013/5/19 下牛 0k2&17a zpdl2013/5/18 上牛 09:28:56fj-i 12013/6/3 下午 04:23:49人 coating.systerm.pdl2013/6/3 下午 04:18:08人 fore.vacuum.degre.pdl関形彌器回332013/5/31 上牛 11:49:17人 gas.mass.flow.pdl関形彌器回332013/5/30 下牛 11:12:15a nvpdll.pol関形彌器回332013/5/25 下牛 03:3x14a nexvpdlzpdl23寵»濤冃1文2013/5/23 上仔 10:

31、15:33人 totnl.trurturc.pdl23寵»濤冃|文2013/5/20 f午 05:4:45人 vncuumdcgrce.pdl23寵»濤冃|文2013/5/31 f午 03:38:54a water.tcmperature.pdl出士皿(統(tǒng)劇加2013/5/30 下午 11:12:3215®河苣理器幻見os反目*:»圖3. 3 wincc操作界面上位機組態(tài)軟件項目開發(fā)與組態(tài)環(huán)境：為了開發(fā)和組態(tài)項目，wincc提供了一組特殊編輯器，由wincc的瀏覽器訪問這些編輯器。每一個編輯器可以對wincc某一個專門的子系統(tǒng)進行組態(tài)。w1ncc主要的子

32、系統(tǒng)：(1) 圖形系統(tǒng)：用來建立顯示圖形的編輯器(2) 報警系統(tǒng)：組態(tài)報警(3) 歸檔系統(tǒng)：對指定的數(shù)據(jù)進行歸檔(4) 報告系統(tǒng)：編輯建立一個報告格式(5) 通信系統(tǒng)：能直接在w1ncc的瀏覽器中進行組態(tài)，所有的組態(tài)數(shù)據(jù)都存儲 在cs的數(shù)據(jù)庫中上位機組態(tài)軟件的實時運行任務(wù)(1) 讀取存儲在cs數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)(2) 顯示實時狀態(tài)(3) 與自動化系統(tǒng)通信(4) 對例如模擬量與報警時間等實時數(shù)據(jù)進行歸檔(5) 過程實時運行3. 2.2上位機組態(tài)軟件的通訊方案w1ncc使用變量管理器來處理變量的集中管理，此變量管理器不為用戶所見。 它處理w1ncc項目產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和存儲在項目數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。 在winc

33、c運行系統(tǒng)中，它管理wincc變量。w1ncc的所有應(yīng)用程序必須以w1ncc 變址的形式從變址管理器中請求數(shù)據(jù)，這些w1ncc應(yīng)用程序包括圖形運行系統(tǒng)、 報警記錄運行系統(tǒng)和變量記錄運行系統(tǒng)等。w1ncc變量管理器管理運行時的w1ncc變量。它的任務(wù)是從過程中取出請求 的變量值。這個過程通過集成在wincc項目中的通訊驅(qū)動程序來完成。通訊驅(qū)動 程序利用其通道單元構(gòu)成w1ncc與過程處理之間的接口。在大多數(shù)情況下，到過 程處理的基于碩件的連接是利用通訊處理器來實現(xiàn)的。wincc通訊驅(qū)動程序使用 通訊處理器來向plc發(fā)送請求消息。然后，通訊處理器將回答相應(yīng)消息請求的過121程值返回到w1ncc管理器

34、中。建立wincc與plc間通訊的步驟：(1) 、創(chuàng)建wincc站與自動化系統(tǒng)間的物理連接。(2) 、在wincc項目中添加適當(dāng)?shù)耐ǖ莉?qū)動程序。(3) 、在通道驅(qū)動程序適當(dāng)?shù)耐ǖ绬卧陆⑴c指定通訊伙伴的連接。(4) 、在連接下建立變量。本次設(shè)計米用現(xiàn)場總線連接，連接步驟如下:1、打開winccexplorer,右鍵變量管理，添加新的驅(qū)動程序2、新建一個s7連接，在驅(qū)動程序中新建一個現(xiàn)場總線連接3、設(shè)置參數(shù)，完成連接3. 2. 3上位機組態(tài)軟件變量設(shè)置與畫面組態(tài)創(chuàng)建新連接外部變量只能在與自動化系統(tǒng)連接的基礎(chǔ)上創(chuàng)建。如果述沒有需 要的連接，必須首先創(chuàng)建該連接。先決條件必須安裝所需要的通訊處理器和

35、相關(guān) 的硬件驅(qū)動程序。還必須安裝期望的通訊驅(qū)動程序創(chuàng)建于plc連接的外部變量步驟：在新建的驅(qū)動鏈接屮新建一個變量組，方便將同一個項目屮數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理（2）在新建的變量組中新建變量，設(shè)置屬性在用于通道單元的彈出菜單中選擇“新建驅(qū)動鏈接”，在“常規(guī)”標(biāo)簽中， 輸出wincc項目中唯一的連接名稱。打開“屬性”，打開“接參數(shù)”對話框，設(shè) 置連接的參數(shù)，在“常規(guī)”“名稱”域中，填寫項目中唯一的連接變量名稱。設(shè) 置變量數(shù)據(jù)的類型，單擊“選擇”打開“變量屬性對話框，在as屮設(shè)置變量的 地址區(qū)域。（3）創(chuàng)建變量完成msyx3q ju zw""io*himatic <7 protocol

36、 05"ii ms專 w*rtccr«<f»u»r«r 戸nxm”心 nao(v) h wivi<»«>tt» | profiftcjficoatii ir»«jv»<r4el ethvrrvtcli ii b.q p<.c ii tgf>/lpj. ii pnortovis an 屮 | tr«<4o*4ra«l 丄x«*w« (tl> 屮 | za*>*d var»c»

37、<tior«w ii soft pt-ci"xu pgk " ywtmwsma剛," 立口eti剛 r-v3e ono!rj*f»«=;»asnbf»twjw3- “er* - xe*r»*v» - ro<v1*»gqlrtdd /rw»o »y、p«l：«4 - v«lw ln<l««t»or*-vvvsirr*da"w5jrv» - door«eo

38、1;t 1orv<jvgrv«rom«2i ；c*!»*« *«*»*4>iftwussla«uom ui«w& 址創(chuàng)o »haa 佢mm "wo<a ittnvauftltt*u2£2a,ie <oaa ie <o»» xo <*>» a <iu»* “ <»»0n gx»2 <sij» 沁 <a«r52 <o

39、74;3? <ojek3 *o®60.0 0.1 eo.9 to.5 ao.o ao.l ao -r ao. 3 ao, ao.三 ao.«a0.7 a1.o al.l al hal.9 mw1 mw3 mw空 mwz mcq mc2 m57 mc2rme。 mc mo" *!.-« wd x圖3. 4變量表w1ncc軟件的畫面設(shè)置和組態(tài)，是為了創(chuàng)建一個操作現(xiàn)場畫面，模擬實際的 工藝流程。在wincc圖形編輯器中創(chuàng)建一個畫面，可以從軟件自帶的圖庫中選擇 適合的相應(yīng)圖形來表示實際的現(xiàn)場設(shè)備，也可以從界面里的對象調(diào)色板和樣式調(diào) 色板中選擇圖形。當(dāng)圖形界

40、面創(chuàng)建完成后，需要將設(shè)置的圖形與先前建立的外部變量組態(tài)在一 起。已設(shè)置的外部變量是與plc的控制對象對應(yīng)的，反應(yīng)了 plc對現(xiàn)場實際操作 的工藝流程的控制。將圖形界面與外部變量建立連接，磁控濺射鍍膜的整體工藝 就以直接、形象的畫面呈現(xiàn)在上位機上，便于操作人員的觀察和對鍍膜過程的監(jiān) 控。本次設(shè)計建立了主界面與5個子界面共6個畫面的組態(tài)。 以下是磁控濺射鍍膜主界面與鍍膜設(shè)備子界面的設(shè)置：主界面:令(change.toulpdll% batangu -j jxiiijj nc-:dy釦釦4卸呂鍍膜啟停氨氣閥閘板閥0 12 3 4 5 61宅）1080 xc - 800400100磁控濺射鍍膜系統(tǒng)|

41、ffifu i0 |0.00000.0000i0.0000卜"嚴。07 8 9 10 11 12 13 u is »t s j s總電源靶電源i水泵分子泵機械泵i旁抽閥* 23-bj耘誹 /«.務(wù)3； 3x盼bakc顯 3k走形囚rxtaetfrsi滅線技曰wad汁湘駝曲i文銅 ««e) «fim 靜3 st) se(v)麗(h)圖35主界面靜態(tài)顯示圖3. 6主界面動態(tài)顯示上面是鍍膜主顯示界面在靜態(tài)和動態(tài)情況下的狀態(tài)。主界面中主要分為兩個 模塊，界面左半邊為模擬量報警設(shè)置，界面的右半邊主要是開關(guān)量控制動態(tài)顯示 的設(shè)置。當(dāng)程序運行吋，鍍

42、膜主界面反應(yīng)了現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況：開關(guān)量的開閉 狀態(tài)，實時工藝流程與數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控報警等，使得操作人員對工藝過程有一個 直觀的了解。例如：當(dāng)設(shè)備界面中與圖像建立組態(tài)連接的plc控制的對象開始動 作時，設(shè)備界面中圖形也同時跟著顯示顏色的動態(tài)變化，主界面和對應(yīng)的顯示也 發(fā)牛同步動作。鍍膜設(shè)備子界面:圖3. 7鍍膜靜態(tài)顯示圖3. 8鍍膜動態(tài)顯示鍍膜設(shè)備界面是對鍍膜系統(tǒng)的設(shè)備模擬，界面中圖形與plc控制對象間建立 了連接，實時動態(tài)的反應(yīng)控制對象的動作狀態(tài)。當(dāng)控制對象，例如，閥門或者泵 工作吋，對應(yīng)的圖像會動態(tài)閃爍或發(fā)生顏色變化以顯示狀態(tài)的改變。如圖3. 8, 各個閥門開啟工作，顏色由口色變?yōu)樗{色；機械

43、泵、水泵等閃爍。與靜態(tài)顯示對 比，直觀的反應(yīng)了自動控制的過程。測量與報警了界面的設(shè)置:1 o rw“ j " i 4 * z .p:廠 e a»oo w> tof；二二mi wa/e圖3. 9前級真空度數(shù)據(jù)采集心1 ocx)1 0-1.6 i圖3. 9真空度數(shù)據(jù)采集圖3. 9回水溫度數(shù)據(jù)采集圖3. 9氣體質(zhì)量流量數(shù)據(jù)采集上位機報警與監(jiān)控界面為4個子界面，分別對應(yīng)的控制對彖為前級真空度、 真空度、回水溫度、氣體質(zhì)量流量。在每個子界面中都設(shè)置了一個棒圖、一個實 時曲線圖和一個輸入輸出域，他們連接同一個變量。運行時，共同顯示該模擬量 的變化。棒圖為不同范圍的輸入數(shù)據(jù)數(shù)值組態(tài)

44、了不同的表示顏色，以區(qū)分工藝流 程的階段。在界面的左上角有一個返回按鈕，點擊回到主界面。上位機界面由wincc主界面與5個子界面組成，共同顯示plc的電氣自動化 的控制過程屮的各個部分的狀態(tài)，對流程屮的控制對彖做了具體的圖形或數(shù)據(jù)顯 示組態(tài)，使得整個顯示界面能夠直觀、形象的反應(yīng)控制系統(tǒng)。結(jié)論本次設(shè)計是對磁控濺射鍍膜上位機控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計。編輯梯形圖程序， 選擇西門子s7-300plc對工藝現(xiàn)場進行控制，并選用與其配套的西門子wincc 組態(tài)軟件進行上位機組態(tài)，實現(xiàn)了實時監(jiān)控整個操作流程的控制要求。設(shè)置了模 擬量報警和動態(tài)曲線顯示等功能，使得操作人員能夠更加方便、直接的觀察到鍍 膜過程的進行。設(shè)計的理論重點是對整