液體攪拌器裝置模擬控制系統(tǒng)設計畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)論文題 目： 液體攪拌器裝置模擬控制系統(tǒng)設計 院 系： 信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 學生姓名： 指導教師： 論文提交日期： 2010 年 6 月 25日論文答辯日期： 2010 年 6 月 30日內(nèi)容摘要隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的快速發(fā)展，液體混合的應用更加廣泛。對于液體混合控制技術的研究有著廣泛的經(jīng)濟價值。針對這一問題本畢業(yè)設計重點研究了基于PLC控制的液體混合實時監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)就是一個簡單的集散控制系統(tǒng)。借助現(xiàn)代計算機技術，實現(xiàn)對攪拌器的集中控制，分散管理。本設計通過對兩種液體的混合攪拌器控制為例，將兩種液體按一定比例混合，在電動機攪拌后要達均勻狀態(tài)將混合的液體

2、輸出容器并形成循環(huán)狀態(tài)。液體混合系統(tǒng)的控制設計考慮到其動作的連續(xù)性以及各個被控設備動作之間的相互關聯(lián)性，針對不同的工作狀態(tài)，進行相應的動作控制輸出，從而實現(xiàn)液體混合系統(tǒng)從第一種液體加入到混合完成輸出的這樣一個周期控制工作的程序?qū)崿F(xiàn)。本設計以液體混合的結(jié)構(gòu)和工藝流程的系統(tǒng)為中心，確定了合理的系統(tǒng)控制方案。選用西門子公司的S7-200PLC作為現(xiàn)場控制器，利用step7進行液體混合運作程序編寫，同時采用與之配套的WinCC組態(tài)軟件進行組態(tài)工作，建立一個人機交換界面，并實現(xiàn)PLC和組態(tài)軟件之間通訊。通過使用遠程計算機，實現(xiàn)對現(xiàn)場液體混合運行情況的實時監(jiān)控。關鍵詞 ：兩種液體；攪拌器；自動控制Abst

3、ractAlong with the rapid development of modern industrial technology, liquid mixture of more widely. For liquid mixing control technology has been widely studied the economic value. In order to solve this problem the graduation design is mainly studied based on PLC control of liquid mixing real-time

4、 monitoring system. This system is a simple distributed control system. Using the modern computer technology, realizing the centralized control of mixer, decentralized management.This design is based on the two liquids mixed mixer control, for example, two kinds of liquid mixing proportional to stir

5、 in motor of uniform state will be mixed liquid output containers and circulation. Liquid mixing system control design consideration of the accused and all the continuity of the relationship between the movement equipment, according to the different working conditions, carries on the corresponding a

6、ction control output, so as to achieve the liquid mixing system from the first kind of liquid into mixed finish such a cycle of output control work procedures. Design with liquid mixing structure and process of the system as the center, the reasonable control scheme of the system. Selection of Sieme

7、ns S7-200 PLC controller, use a site for liquid mixing step7 operation programming, at the same time with the WinCC configuration software configuration, establish a human-machine interface, and exchange PLC and communication between configuration software. By using the remote computer to realize si

8、te liquid mixing real-time monitoring of operation.Keywords: two liquids；mixer； automatic control目 錄一、 引言11.1設計的目的和意義11.2 PLC的發(fā)展狀況和發(fā)展趨勢21.2.1 PLC的發(fā)展狀況21.2.2 PLC 的發(fā)展趨勢31.3 PLC的工作原理和組成41.3.1 PLC的工作原理41.3.2 PLC的組成4二、液體混合的控制系統(tǒng)設計62.1硬件電路設計62.2 PLC的選擇72.3 PLC輸人、輸出口分配72.4 液體混合裝置輸人/輸出接線82.5電氣接線92.6 軟件程序設計10

9、三、組態(tài)軟件WinCC在液體混合中的應用123.1 WinCC組態(tài)軟件簡介123.2 WinCC組態(tài)軟件特點133.3 WinCC 簡單使用步驟143.3.1變量管理143.3.2畫面生成143.3.3報警記錄設置143.3.4變量記錄143.3.5報表組態(tài)143.3.6全局腳本的應用153.3.7用戶管理器設置153.3.8交叉表索引153.4為PC Access創(chuàng)建變量153.5 將變量導入Win CC163.6 創(chuàng)建監(jiān)控畫面193.7編輯主監(jiān)控畫面203.7.1畫工藝流程圖203.7.2圖形對象的動作連接20四、調(diào)試234.1仿真234.2計算機與S7-200CPU連接234.3接口的參

10、數(shù)核實244.4建立與S7-200 CPU的在線聯(lián)系244.5修改PLC的通訊參數(shù)254.6運行Win CC25結(jié)束語29附錄32一、 引言20世紀70年代末至80年代初，隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已擴展到了幾乎所有的工業(yè)領域。當前用于工業(yè)控制的計算機可分為幾類，如基于PC總線的工業(yè)控制計算機、基于單片機的測控裝置、用于模擬量閉環(huán)控制的可編程調(diào)節(jié)器、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）、可編程控制器（PLC）等?？删幊炭刂破魇菓妹孀顝V、功能強大、使用方便的通用工業(yè)控制裝置，它已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。1.1設計的目的和意義為了提高產(chǎn)品質(zhì)

11、量，縮短生產(chǎn)周期，適應產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的要求，產(chǎn)品生產(chǎn)正在向縮短生產(chǎn)周期、降低成本、提高生產(chǎn)質(zhì)量等方向發(fā)展。在煉油、化工、制藥等行業(yè)中,多種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。但由于這些行業(yè)中多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質(zhì), 以致現(xiàn)場工作環(huán)境十分惡劣, 不適合人工現(xiàn)場操作。另外, 生產(chǎn)要求該系統(tǒng)要具有混合精確、控制可靠等特點, 這也是人工操作和半自動化控制所難以實現(xiàn)的。所以為了幫助相關行業(yè), 特別是其中的中小型企業(yè)實現(xiàn)多種液體混合的自動控制, 從而達到液體混合的目的，液體混合自動配料勢必就是擺在我們眼前的一大課題。借助實驗室設備熟悉工業(yè)生產(chǎn)中PLC的應用，了解

12、不同公司的可編程控制器的型號和原理，熟悉其編程方式，而多種液體混合裝置的控制更常見于工業(yè)生產(chǎn)中，適合大中型飲料生產(chǎn)廠家，尤其見于化學化工業(yè)中，便于學以致用。采用基于PLC的控制系統(tǒng)來取代原來由單片機、繼電器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可移植性和可維護性。對提高企業(yè)生產(chǎn)和管理自動水平有很大的幫助，同時又提高了生產(chǎn)線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動，因此具有廣闊的市場前景。用PLC進行開關量控制的實例很多，在冶金、機械、紡織、輕工、化工、鐵路等行業(yè)幾乎都需用到它，如燈光照明、機床電控、食品加工、印刷機械、電梯、自動化倉庫、液體混合自動配料系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線等方面的邏輯

13、控制，都廣泛應用PLC來取代傳統(tǒng)的繼電器控制。本次設計是將PLC用于多種液體混合灌裝設置的控制，對學習與實用是很好的結(jié)合。本設計的主要研究范圍及要求達到的技術參數(shù)有(1)使液體攪拌器能夠?qū)崿F(xiàn)安全、高效的攪拌；(2)滿足攪拌器的各項技術要求；(3) 具體內(nèi)容包括多種液體混合控制方案的設計、軟硬件電路的設計、常見故障分析等等。本課題應解決的主要問題是如何使PLC在液體攪拌器中實現(xiàn)控制功能，在相關的研究文獻報道中用PLC對液體攪拌器進行控制的研究尚不多見，以致人們難以根據(jù)它的具體情況，正確選用參數(shù)進行系統(tǒng)控制，也就難以滿足提高質(zhì)量和效率、降低成本的要求，本設計就是基于以上問題進行的一些探索。1.2

14、PLC的發(fā)展狀況和發(fā)展趨勢 1.2.1 PLC的發(fā)展狀況1978 1983 年,PLC 進入成熟階段。這個時期,微型計算機行業(yè)已出現(xiàn)了16 位CPU ,MCS251 系列單片機也由Intel 公司推出,使PLC 也開始朝著大規(guī)模、高速度和高性能方向發(fā)展,PLC 的生產(chǎn)量在國際上每年以30 %的遞增量迅速增長。在結(jié)構(gòu)上,PLC除了采用微處理器及EPROM,EEPROM,CMCS RAM等LSI 電路外,還向多微處理器發(fā)展,使PLC 的功能和處理速度大大提高; PLC 的功能又增加了浮點運算、平方、三角函數(shù)、相關數(shù)、查表、列表、脈寬調(diào)制變換等,初步形成了分布式可編程控制器的網(wǎng)絡系統(tǒng),具有通訊功能和

15、遠程I/ O 處理能力,編程語言較規(guī)范和標準化。此外自診斷功能及容錯技術發(fā)展迅速,使PLC 系統(tǒng)的可靠性得到了進一步提高。1984 年后,PLC 的規(guī)模更大,存儲器的容量又提高了1 個數(shù)量級(最高可達896 K) ,有的PLC 已采用了32 位微處理器,多臺PLC 可與大系統(tǒng)一起連成整體的分布式控制系統(tǒng),在軟件方面有的已與通用計算機系統(tǒng)兼容。編程語言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖語句表外,還有用于算術的BASIC 語言、用于機床控制的數(shù)控語言等。在人機接口方面,采用了現(xiàn)實信息等更多直觀的CRT ,完全代替了原來的儀表盤,使用戶的編程和操作更加方便靈活。PLC 的I/ O 模件一方面發(fā)展自帶微處理器的

16、智能I/ O 模件,另一方面也注意增大I/ O 點數(shù),以適應控制范圍的增大和在系統(tǒng)中使用A/ D ,D/ A 通訊及其他特殊功能模件的需要。同時,各PLC 生產(chǎn)廠家還注意提高I/ O的密集度,生產(chǎn)高密度的I/ O 模件,以節(jié)省空間,降低系統(tǒng)的成本。據(jù)統(tǒng)計,在世界范圍內(nèi),PLC 平均5 a更新?lián)Q代1次1 。1.2.2 PLC 的發(fā)展趨勢1) 技術發(fā)展迅速,產(chǎn)品更新?lián)Q代快隨著微電子技術、計算機技術和通訊技術的不斷發(fā)展,PLC 的結(jié)構(gòu)和功能不斷改進,生產(chǎn)廠家不斷推出功能更強的PLC 新產(chǎn)品,平均35 a 更新?lián)Q代1 次。PLC 的發(fā)展有2 個重要趨勢: 向體積更小、速度更快、功能更強、價格更低的微型

17、化發(fā)展,以適應復雜單機、數(shù)控機床和工業(yè)機器人等領域的控制要求,實現(xiàn)機電一體化; 向大型化、復雜化、多功能、分散型、多層分布式工廠全自動網(wǎng)絡化方向發(fā)展。例如:美國GE 公司推出的Genettwo 工廠全自動化網(wǎng)絡系統(tǒng),不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)等功能,還具有數(shù)值運算、模擬量控制、監(jiān)控、計算機接口、數(shù)據(jù)傳遞等功能,而且還能進行中斷控制、智能控制、過程控制、遠程控制等。該系統(tǒng)配置了GE/ BASIC 語言,向上能與上位計算機進行數(shù)據(jù)通訊,向下不僅能直接控制CNC數(shù)控機床、機器人,還可通過下級PLC 去控制執(zhí)行機構(gòu)。在操作臺上如果配備該公司的FactoryMaster 數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng),Viewa

18、ster 彩色圖像系統(tǒng),則管理、控制整個工廠十分方便。 2) 開發(fā)各種智能模塊,增強過程控制功能智能I/ O 模塊是以微處理器為基礎的功能部件。它們的CPU 與PLC 的主CPU 并行工作,占用主機CPU的時間很少,有利于提高PLC 的掃描速度。智能模塊主要有模擬量I/ O、PID 回路控制、通信控制、機械運動控制等,高速計數(shù)、中斷輸入、BASIC 和C 語言組件等。智能I/ O 的應用,使過程控制功能增強。某些PLC 的過程控制還具有自適應、參數(shù)自整定功能,使調(diào)試時間減少,控制精度提高。3) 與個人計算機相結(jié)合目前,個人計算機主要用作PLC 的編程器、操作站或人/ 機接口終端,其發(fā)展是使PL

19、C 具備計算機的功能。大型PLC 采用功能很強的微處理器和大容量存貯器,將邏輯控制、模擬量控制、數(shù)學運算和通訊功能緊密結(jié)合在一起。這樣,PLC 個人計算機、工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng)在功能和應用方面相互滲透,使控制系統(tǒng)的性能價格比不斷提高。4) 通訊聯(lián)網(wǎng)功能不斷增強PLC 的通訊聯(lián)網(wǎng)功能使PLC 與PLC 之間,PLC 與計算機之間交換信息,形成一個統(tǒng)一的整體,實現(xiàn)分散集中控制。5) 發(fā)展新的編程語言,增加容錯功能改善和發(fā)展新的編程語言、高性能的外部設備和圖形監(jiān)控技術構(gòu)成的人/ 機對話技術,除梯形圖、流程圖、專用語言指令外,還增加了BASIC 語言的編程功能和容錯功能。如:雙機熱備、自動切換

20、I/ O、雙機表決(當輸入狀態(tài)與PLC 邏輯狀態(tài)比較出錯時,自動斷開該輸出) 、I/ O 三重決(對I/ O 狀態(tài)進行軟硬件表決,取2 臺相同的) 等,以滿足極高可靠性要求2。6) 不斷規(guī)范化、標準化PLC 廠家在對硬件與編程工具不斷升級的同時,日益向制造自動化協(xié)議(MAP) 靠攏,并使PLC 的基本部件(如輸入輸出模_塊、接線端子、通訊協(xié)議、編程語言和編程工具等) 的技術規(guī)范化、標準化,使不同產(chǎn)品互相兼容、易于組網(wǎng),以真正方便用戶,實現(xiàn)工廠生產(chǎn)的自動化。1.3 PLC的工作原理和組成1.3.1 PLC的工作原理PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式1每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。

21、集中對輸出信號進行刷新。2輸入刷新過程。當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。3一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。4元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。5掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)6由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應延遲。1.3.2 PLC的組成PLC的一般結(jié)構(gòu)主要有6個部分組成，包括CPU(中央處理器)、存儲器、輸入/輸出接口電路、電源、外設接口、I/O擴展接口。（1）中央處理單元（C

22、PU）與通用計算機中的CPU一樣。PLC中的CPU也是整個系統(tǒng)的核心部件，主要有運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線構(gòu)成，此外還有外圍芯片、總線接口及有關電路。CPU在很大程度上決定了PLC的整體性能，如整個系統(tǒng)的控制規(guī)模、工作速度和內(nèi)存容量等。（2）存儲器存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型有RAM、EPROM、 EEPROM等。（3）I/O模塊輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系而實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)

23、場I/O裝置或設備之間的連接部件，起著PLC與外部設備之間傳遞信息的作用。通常I/O模塊上還有狀態(tài)顯示和I/O接線端子排，以便于連接和監(jiān)視。（4）電源模塊輸入、輸出接口電路是PLC與現(xiàn)場I/O設備相連接的部件。它的作用是將輸入信號轉(zhuǎn)換為PLC能夠接收和處理的信號，將CPU送來的弱電信號轉(zhuǎn)換為外部設備所需要的強電信號。二、液體混合的控制系統(tǒng)設計2.1硬件電路設計從圖2-1中可知設計的液體混合裝置主要完成二種液體的自動混合攪拌，此裝置需要控制的元件有：其中L1、L2、L3為液面?zhèn)鞲衅?，液面淹沒該點時為ON。Y1、Y2、Y3為電磁閥，M為攪拌電機。所有這些元件的控制都屬于數(shù)字量控制，可以通過引線與相

24、應的控制系統(tǒng)連接從而達到控制效果。圖2-1 液體混合攪拌器（1）初始狀態(tài)容器是空的，各個閥門Yl、Y2、Y3均為OFF，液位傳感器L1、L2、L3均為OFF，電動機M為OFF。（2）啟動操作按下啟動按扭，開始下列操作:1) Y1 =ON，液體A注人容器。當液面達到L2時，L2=ON，使Y1 =OFF，Y2=ON，即關閉Y1閥門，打開液體B的閥門Y2。2) 液面達到L1時，Y2=OFF，M=ON，即關閉閥門Y2，攪拌機M啟動，開始攪拌。3) 經(jīng)4s鐘攪勻后，M=OFF，停止攪動。Y3=ON，開始釋放液體。4) 液面低于L3時，L3從ON到OFF,再經(jīng)過2s，停止放入液體，使Y3=OFF，開始下一

25、周期。（3）停止操作按下停止鍵，無論處于什么狀態(tài)均停止。2.2 PLC的選擇采用西門子公司的S7-200系列整體式PLC實現(xiàn)液體攪拌的自動控制。CPU模塊采用CPU224（AC/DC/繼電器）模塊，該模塊采用交流220V供電。根據(jù)對液體攪拌器的控制系統(tǒng)的分析，這個控制系統(tǒng)的輸入有啟動按鈕，停止按鈕，水位開關（高水位，中水位，低水位）等5個輸入點，輸出有進水電磁閥，排水電磁閥，攪拌電機等4個輸出點。因此CPU224自帶的14個數(shù)字量輸入點和10個數(shù)字量輸出點完全能滿足液體攪拌的控制系統(tǒng)的要求，所以不需要另外的電源模塊，數(shù)字量輸入和輸出模塊3。2.3 PLC輸人、輸出口分配I/O分配采用自動分配方

26、式，模塊上的輸入端子對應的輸入地址和輸出端子對應的輸出地址如表1所示。表1 液體混合裝置輸入/輸出地址分配輸入地址 對應的外部設備 輸出地址 對應的外部設備I0.0 啟動按鈕 Q0.1 進水電磁閥Y1I0.1 L1液位傳感器 Q0.2 進水電磁閥Y2I0.2 L2液位傳感器 Q0.3 出水電磁閥Y3I0.3 L3液位傳感器 Q0.4 攪拌電機I0.4 停止按鈕2.4 液體混合裝置輸人/輸出接線輸人/輸出接線圖如圖2-2（1）兩種液體的進人當PLC接通電源后，按下啟動按鈕SB后，觸點I0.0接通，使該路只接通一掃描周期，通過保持指令KP使Y1輸出繼電器線圈得電并保持，分別與之相接的Y1電磁閥帶電

27、接通，流進液體。（2）第二種液體的進人當液體達到L2液位傳感器的位置時，I0.2輸人繼電器接通使Y1關閉，同時Y2電磁閥得電接通，第2種液體流進液罐。圖2-2 液體混合裝置輸人/輸出接線圖（3）攪拌機工作當液位到達L1液位傳感器的位置時，該傳感器檢測到該信息，使I0.1輸人繼電器線圈得電，在梯形圖中它的I0.1常開觸點接通，通過KP指令復位端，使輸出繼電器Y2關閉，與之相連的硯電磁閥關閉，使代表攪拌機Y4的輸出繼電器接通。（4）混合液體開始排出經(jīng)過4S，Y3電磁閥打開，排出攪拌均勻后的混合液體。當液位低于L3液位傳感器的位置時，L3液位傳感器由通到斷，并接通定時器TMY1定時，大約2s時間。（

28、5）重復液體混合過程2s后Y3電磁閥閉合，重復液體混合的過程。2.5電氣接線額定電壓為220V，額定頻率為50Hz，采用三角形接法，所以硬件接線如圖2-3。 圖2-3 電氣接線2.6 軟件程序設計圖2-4 程序截圖如圖2-4所示，此段程序是整個程序的核心，它主要是一個順序控制，在M10.1變成1時，移位寄存器（SHRB）會移出一個1，使M10.1變?yōu)?，我們可以控制M20.0的導通，當M20.0 導通時，移位寄存器又會移出一個1，依次類推將程序進行下去。程序框圖如圖5啟動Y1開，進液體A到L2, Y1關、Y2開 進液體B 到L1,Y2關、Y4開，即開始攪拌接通定時器4s后，Y3開到L3時，接通

29、定時器2S后Y3關按止按鈕結(jié)束圖5 程序框圖三、組態(tài)軟件WinCC在液體混合中的應用3.1 WinCC組態(tài)軟件簡介WinCC是在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務的工藝技術中性系統(tǒng)。具有控制自動化過程的強大功能，是基于個人計算機的操作監(jiān)視系統(tǒng)，它很容易結(jié)合標準的和用戶的程序建立人機界面精確的滿足生產(chǎn)實際要求。西門子公司的WinCC是Windows Control Conter(視窗控制中心)的簡稱。 它集成了SCADA、組態(tài)、腳本(Script)語言和OPC等先進技術，為用戶提供了Windows操作系統(tǒng)(Windows 2000或XP)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。WinCC繼承了西門子公

30、司的全集成自動化(TIA)產(chǎn)品的技術先進和無縫集成的特點。WinCC運行于個人計算機環(huán)境，可以與多種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設計周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一個特點在于其整體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機界面，滿足實際需要。用戶也可將WinCC作為系統(tǒng)擴展的基礎，通過開放式接口，開發(fā)其自

31、身需要的應用系統(tǒng)。WinCC因其具有獨特的設計思想而具有廣闊的應用前景。借助于模塊化的設計，能以靈活的方式對其加以擴展。它不僅能用于單用戶系統(tǒng)，而且能構(gòu)成多用戶系統(tǒng)，甚至包括多個服務器和客戶機在內(nèi)的分布式系統(tǒng)。WinCC集生產(chǎn)過程和自動化于一體，實現(xiàn)了相互間的集成。海納百川，有容乃大。HMI/SCADA軟件系統(tǒng)的發(fā)展史，就是近30年來氣勢恢弘的工業(yè)自動化系統(tǒng)、軟件工業(yè)及IT技術發(fā)展史的縮影。無論是平臺的變遷，還是技術的更迭，現(xiàn)代HMI/SCADA系統(tǒng)都折射出同時代工業(yè)自動化系統(tǒng)和軟件工業(yè)的最先進技術。從工業(yè)自動化系統(tǒng)的發(fā)展來看，PLC技術、總線和通訊技術、診斷技術等，早已成為HMI/SCADA

32、軟件的核心技術；從軟件工業(yè)和IT技術的發(fā)展來看，客戶機/服務器系統(tǒng)、受客戶機、Web技術、組件技術、數(shù)據(jù)庫技術、軟件冗余技術乃至方興未艾的XML和.NET技術等，都已深深地滲透到HMI/SCADA軟件開發(fā)、工程實施及運行的各個階段。西門子公司的HMI/SCADA軟件系統(tǒng)WinCC，正是這樣的系統(tǒng)。 它幫助我們站在了自動化技術與軟件和IT技術融合的峰頂浪尖上，讓我們同時享受到二者的無限風光。3.2 WinCC組態(tài)軟件特點WinCC不是孤立的軟件系統(tǒng)，它時刻與以下系統(tǒng)集成在一起： 與自動化系統(tǒng)的無縫集成。西門子公司的PLC產(chǎn)品，經(jīng)歷了從早期致力于提高運行速度，到增強系統(tǒng)通信和聯(lián)網(wǎng)能力，再到融合了運

33、動控制技術等諸多技術的T系列產(chǎn)品以及故障安全型的F系統(tǒng)的發(fā)展階段。在這樣的背景下，Wincc與相應的硬件系統(tǒng)緊密結(jié)合，通過統(tǒng)一的組態(tài)和編程、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理及統(tǒng)一的通訊，極大地降低了用戶軟硬件組態(tài)的工程量，實現(xiàn)了整個產(chǎn)品范圍內(nèi)的高度集成4 。 與自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)的集成。從現(xiàn)場總線PROFIBUS到工業(yè)以太網(wǎng)，再到PROFINET技術和基于組件的自動化技術CBA(Component-Based Automation)，以及無線通訊解決方案，由于WinCC內(nèi)置了基于S5/S7協(xié)議的通訊系統(tǒng)，并提供了大量面向這些系統(tǒng)和技術的組件，從而為WinCC和這些系統(tǒng)的最優(yōu)化通訊和良好的互操作性提供了保證。至于在W

34、inCC平臺上實現(xiàn)基于PROFIBUS的診斷功能，以及基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡管理功能等，更是錦上添花之筆。 與MES系統(tǒng)的集成。制造執(zhí)行系統(tǒng)MES(Manufacturing Execution Systems)，作為連接企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)的橋梁，包含了生產(chǎn)訂單管理、原材料管理、生產(chǎn)運營記錄、設備管理、工廠信息管理、生產(chǎn)規(guī)范管理系統(tǒng)和實驗室信息管理等系統(tǒng)，代表著現(xiàn)代化智能工廠發(fā)展的最新潮流。來自西門子公司的MES系統(tǒng)SIMATIC IT正是代表這一潮流的優(yōu)秀系統(tǒng)。通過適當?shù)倪m配系統(tǒng)，WinCC可以輕松地集成在該系統(tǒng)下。換言之，實施了基于WinCC的HMI/SCADA系統(tǒng)，就為實施MES系統(tǒng)打下了

35、堅實的基礎。 與相應的軟硬件系統(tǒng)一起，實現(xiàn)系統(tǒng)級的診斷功能。診斷功能包括產(chǎn)品和系統(tǒng)的層次，貫穿于工程實施階段、調(diào)試階段和運行階段。 WinCC不僅是可以獨立使用的HMI/SCADA系統(tǒng)，而且是西門子公司眾多軟件系統(tǒng)的重要組件。3.3 WinCC 簡單使用步驟3.3.1變量管理首先確定通訊方式安裝驅(qū)動程序，然后定義內(nèi)部變量和外部變量；外部變量受所買的WinCC軟件授權限制的最大授權64K字節(jié)，內(nèi)部變量沒有限制。3.3.2畫面生成進入圖形編輯器，圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過程畫面的面向矢量的作圖程序；也可以使用包含在對象和樣式庫中的眾多的圖形對象來創(chuàng)建復雜的過程畫面；還可以通過動作編程將動態(tài)添加到單

36、個圖形對象上5 。3.3.3報警記錄設置 報警記錄提供了顯示和操作選項來獲取和歸檔結(jié)果。可以任意地選擇消息塊、消息級別、消息類型、消息顯示以及報表。為了在運行中顯示消息，可以使用包含在圖形編輯器中的對象庫中的報警控件。3.3.4變量記錄變量記錄是用來從運行過程中采集數(shù)據(jù)并準備將它們顯示和歸檔。3.3.5報表組態(tài)報表組態(tài)是通過報表編輯器來實現(xiàn)的，為消息、操作、歸檔內(nèi)容和當前或已歸檔的數(shù)據(jù)定時器或事件控制文檔的集成的報表系統(tǒng)，可以自由選擇用戶報表的形式。3.3.6全局腳本的應用全局腳本就是C語言函數(shù)和動作的通稱，根據(jù)不同的類型腳本被用于給對象組態(tài)動作并通過系統(tǒng)內(nèi)部C語言編譯器來處理。全局腳本動作用

37、于過程執(zhí)行的運行中。一個觸發(fā)可以開始這些動作的執(zhí)行。3.3.7用戶管理器設置用戶管理器用于分配和控制用戶的單個組態(tài)和運行系統(tǒng)編輯器的訪問權限，建立一個用戶，就設置了WinCC功能的訪問權利并獨立的分配給此用戶。至多可分配999個不同的授權。3.3.8交叉表索引交叉索引用于為對象尋找和顯示所有使用處，例如變量、畫面和函數(shù)等。使用“鏈接”功能。3.4為PC Access創(chuàng)建變量雙擊PC Access打開程序，對創(chuàng)建的PLC右鍵，在彈出的對話框選新（N） 項目，在項目屬性中定義名稱以及地址。 如圖3-1所示。 圖3-1 PC Access3.5 將變量導入Win CC首先在Win CC 中添加OPC

38、驅(qū)動，對變量管理右鍵，選擇“添加新的驅(qū)動程序”如圖3-2所示。圖3-2在驅(qū)動程序選中對話框中選擇OPC.chn，如圖3-3所示。圖3-3對OPC驅(qū)動程序右鍵，選擇系統(tǒng)參數(shù)，如圖3-4所示。圖3-4在OPC條目管理的中，選擇“S7-200.OPCServer”,如圖3-5所示。圖3-5點擊“瀏覽服務器”，然后點擊“下一步”，就可以在以下目錄中看到在PC Access中的項目變量，選中條目，單擊“條目”，此時系統(tǒng)會提示建立一個連接，點擊“YES”，輸入新的連接名稱，確定，如圖3-6圖3-6點擊完成，此時可以在OPC驅(qū)動器的目錄下看到導入的條目。如圖3-7：圖3-73.6 創(chuàng)建監(jiān)控畫面瀏覽窗口的快捷

39、菜單，右擊WinCC項目管理器的圖形編輯器，將彈出快捷菜單。它包含以下菜單項： （1）“打開”打開圖形編輯器，并新建一個畫面。 （2）“新建畫面”新建一個畫面，但不打開圖形編輯器。進入圖形編輯器，圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過程畫面的面向矢量的作圖程序；也可以使用包含在對象和樣式庫中的眾多的圖形對象來創(chuàng)建復雜的過程畫面；還可以通過動作編程將動態(tài)添加到單個圖形對象上。創(chuàng)建此畫面的目的是可以快速找到想打開的已編輯的圖形，免除了一個個打開圖形尋找，節(jié)省了時間。有了這個畫面，我們只需選擇WinCC項目管理器的圖形編輯器，在它的右邊數(shù)據(jù)窗口顯示該項目下的所有畫面名稱，右擊你想打開的畫面，彈出的快捷菜單包含的

40、菜單項有：“打開畫面”、“重命名畫面”、“刪除畫面”、“定義畫面為啟動畫面”和“屬性”。3.7編輯主監(jiān)控畫面3.7.1畫工藝流程圖運行系統(tǒng)位于“文件”菜單下，在圖形編輯器中激活運行系統(tǒng)時，在運行系統(tǒng)中也將使圖形編輯器的當前畫面打開；在此畫面中利用所提供的工具、控件等畫要求的工藝流程圖。在圖形編輯器中，畫面由32個可放置對象的圖層組成，對象總是添加到激活的圖層中，但是可以快速移動到其他圖層上；對象的圖層分配可以使用“對象屬性”窗口中的“圖層”屬性來改變6 。WinCC的對象包括標準對象、智能對象和Windows對象，它們位于對象選項板上；通過這些對象來組織所需要的器件，至此，整個工藝流程圖建立完

41、成。如圖3-8所示。圖3-83.7.2圖形對象的動作連接通過圖形編輯器，可鏈接屬于圖形對象的帶有屬性的動作。使用的函數(shù)帶有返回值，控制與其鏈接的對象屬性。在定義動作并將其鏈接到對象之前，進行下列準備工作：1 使用WinCC控制中心打開已組態(tài)的畫面?？墒褂脛討B(tài)向?qū)?，它將支持定義自己的動作。如果希望自定義動作，需要下列步驟：2 為期望的對象打開“對象屬性”框。3 如果希望使對象的屬性動態(tài)化，選擇“屬性”。4 如果希望用一個動作對與所選擇的對象連接的事件作出反映，選擇“事件”。（1）對象屬性動態(tài)化對Y1 電磁閥進行屬性設置，需要進行一下幾個步驟：1 單擊左鍵選中Y1電磁閥后點擊右鍵，在“對象屬性”框

42、內(nèi)選擇“屬性”欄。2 對于橢圓，選擇閃爍和激活背景。3 在“激活背景”行內(nèi)“動態(tài)”列中的白色燈泡上單擊鼠標右鍵，選擇“使用動態(tài)對話框”。打開“動態(tài)值范圍”對話框。4 在數(shù)據(jù)類型列選擇“布爾量”在“”表達式/格式結(jié)果列表內(nèi)可在“是/真”的屬性改為閃紅色?！胺?假”的屬性改為綠色。如圖3-9所示。圖3-9（2）對象事件動態(tài)化對按鈕“開始”進行事件設置，需要進行一下幾個步驟：1.單擊左鍵選中“開始”按鈕后點擊右鍵，在“對象屬性”框內(nèi)選擇“事件”欄。2.對于鼠標，選擇“按左鍵”。3.在 “動態(tài)”列中的白色箭頭上單擊鼠標右鍵，選擇“使用C動作”。打開“編輯動作”對話框。4.在”標準函數(shù)”內(nèi)雙擊選擇“Se

43、tTagBit”，打開對話框，為此函數(shù)分配參數(shù)，選擇“液體啟動”，并在后面加上數(shù)字1。5.單擊“確定”按鈕，如圖3-10所示。圖3-10 依次類推，所有的對象均可以進行動態(tài)化處理。四、調(diào)試4.1仿真 將程序?qū)敕抡孳浖?，我們按照設計要求進行模擬實驗，這樣我們就可以通過仿真軟件知道我們的程序是否正確。如圖4-1所示。圖4-14.2計算機與S7-200CPU連接按照下面的步驟在幾個部件之間建立通訊：1. 設置PC/PPI電纜上的DIP開關，選擇計算機所支持的波特率。如果PC/PPI電纜支持這些選項，也要選擇11位和DCE。2. 把PC/PPI電纜的RS-232段（標著PC）連接點計算機的通訊口，是

44、COM1或者COM2，并擰緊連接螺絲。3. 把PC/PPI電纜的RS-485端（標著PPI）連接到CPU的通訊口，并擰緊連接螺絲。4.3接口的參數(shù)核實按照下面的步驟可以為你的接口核實缺省的參數(shù)：1 在STEP 7-Micro/WIN 32下，單擊通訊圖標，后從菜單中選擇ViewCommunications，于是出現(xiàn)一個通訊設定對話框。2 在通訊設定對話框中，雙擊PC/PPI電纜的圖標。將出現(xiàn)設定PG/PC接口的對話框見圖3-11圖4-23 選擇“屬性”鈕將出現(xiàn)接口屬性的對話框，檢查有關屬性，確保正確。通訊速率缺省值為9600波特。4.4建立與S7-200 CPU的在線聯(lián)系當計算機已經(jīng)安裝STE

45、P7-WIN 32軟件，并且用PC/PPI電纜建立通訊，就可以與S7-200 CPU建立在線聯(lián)系。下面的步驟建立S7-200 CPU的聯(lián)機：1.在STEP 7Micro/WIN32下，單擊通訊圖標，或從菜單中選擇ViewCommunications將出現(xiàn)一個通訊建立對話框，顯示沒有連接CPU。2.雙擊通訊建立對話框中的刷新圖標。STEP 7-Micro/WIN32 檢查所連接的任何S7-200 CPU（站）。在通訊連接對話框中所連接的每個站顯示為一個CPU圖標。如圖3-12所示3雙擊要進行通訊的站，在建立通訊對話框中可以看到所選站的通訊參數(shù)。4現(xiàn)在可以建立與S7-200 CPU的在線聯(lián)系。圖4

46、-34.5修改PLC的通訊參數(shù)一旦和S7 -200 CPU建立在線連接，就可以核實或修改PLC的通訊參數(shù)。按照下面的步驟修改通訊參數(shù)：1 單擊導引條中的系統(tǒng)塊圖標，或從主菜單中選擇ViewSystemBlock。2 出現(xiàn)系統(tǒng)塊對話框。單擊Port（s）項，。根據(jù)缺省，站地址是2，波特率是9.6波特。3 選擇“OK”保持這些參數(shù)。如果要修改參數(shù)，先進性有關的修改，然后單擊“Apply”鈕，然后再單擊“OK”。4 單擊工具條中的下裝圖標，把修改后的裝入到PLC。4.6運行Win CC運行Win CC項目，如圖3-13。圖4-4按下起動按鈕，電磁閥Y1閉合，開始注入液體A,，如圖3-14。圖4-5

47、當液體到L2高度時，停止注入液體A，同時電磁閥Y2閉合，Y1斷開，注入液體B。如圖3-15所示。 圖4-6 當液面到達L1高度時，停止注入液體B，開啟攪拌機M，攪拌4s，停止攪拌。如圖3-16 所示。圖4-7 Y3為ON，開始放出液體至液體高度為L3，再經(jīng)2s停止放出液體。如圖3-17 所示。圖4-8 液體A注入。開始循環(huán)。按停止按扭，所有操作都停止，須重新啟動。結(jié)束語實踐證明，本設計所采用德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200型可編程控制器的硬件配置和程序設計是完全可行的，在實際控制中，由于PLC產(chǎn)品自身具有可靠性高、靈活性強、對工作環(huán)境無要求和抗干擾性能好等諸多優(yōu)點,使之完全可以將操作人員從惡劣

48、的現(xiàn)場環(huán)境中解放出來,因而深受用戶歡迎。同時采用PLC控制液體混合裝置，還能容易地隨時修改可編程控制器程序，以改變液體混合裝置的工作時間和工作狀況，滿足不同液體混合的需要。該控制系統(tǒng)可用較少的資金投入,達到很高的控制精度。本設計已通過模擬仿真檢驗,有很好的推廣價值。任何設計的控制系統(tǒng)都是要經(jīng)過實踐和時間的考驗方能不斷的完善。就如同我們做畢業(yè)設計，這畢業(yè)設計是對我們所學知識的考驗，也是對我們對知識綜合運用能力的考驗。更是對我們做一件事情態(tài)度考研。經(jīng)過設計我們應該學會認真、專心、更有毅力的做一件事情，這樣我們在以后的工作和生活中才能經(jīng)得起實踐和時間的考驗，我們才能走得更遠！致謝本論文是在指導老師的

49、悉心指導下完成的，指導老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我掌握基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。在此，我謹向指導老師表示崇高的敬意和忠心的感謝！與此同時，還要感謝同組同學的幫忙，在論文資料收集和實驗期間，不管遇到什么困難同組同學都主動給予幫助，認真討論學習，在此也感謝他們！最后向我四年大學中給予指導和幫助的老師和同學真摯地說聲謝謝！也再一次感謝我的指導老師！參 考 文 獻1魏志清. 可編程控制器應用技術M . 北京電子工業(yè)出版社,1995.2 楊暉, 張鳳言. 大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷c數(shù)字系統(tǒng)設計M .北京航空航天大學出版社, 20013 張揚 蔡春偉 孫明健，S7-200PLC原理與應