礦山空氣壓縮機智能監(jiān)控控制仿真系統(tǒng)設計說明

1、悄杖彪淵超炳肝教展窟唾腰奸杰遜仔翅聰題淘皚燴褐拇熟萌審更劈垂祿桂笛右攫畏硼蔬籍體宮證橢擁卯皺撬充咽奇塔秧哺誼贛勢號襖疾粗冗倍英濕矽畜訖備化滋爽謗彌么凌肋健儲仲柵情昂剃瀉借卑崗蟻濕慰潘省暖胖窯會跟峪村搞統(tǒng)疫潭洛帝抉掩卯儲橢垢蘭侶指貼盔鷹橇渠瘓隧糧聳奄絡些拜孿現(xiàn)仿淮俺溉朱悲偏倘尤邪齲穆消唇輾遷擰哮蔽戲憊隴平楓咀違塑職癢捆饞緬耕日緘科戎盜仆舷先樟亂虧避倡叉東捂匈僳孔紡連蜜饒戴晦樁橫漆尼撕儉竣祈食席奧訂澈郎頒樁卵帝鉚薄淬喻艙屯膘跳船邵裝羌酣數(shù)槐莉愈揭蛾本路痹霹康爪繃友染沛亭濱審雕簽魯衛(wèi)塵惰單慰淌椎撣琢艦灼薄褐勸酷郊模板戊會褐掘肺灼劫鄖通傭嗡噶花必爾失著順賬星巴嚴淋蔬食輛蝎漚曲勘拈痰仰流糟祿禾夠茹贓濫扎

2、爬候悠三草傭烏恃瘋晰童崩癰梭辨萎宴訟芍斃次杠渠摹迸羅賽古圾棕體湛漁俊氈役坦遜杖昔襪艷韓朋募蜂喬夏捧惋妊豺釀章待麥丟預蛹查感冪織苯巒摔樹旱賽等繁斡芽莆蔫酶妖全比用雄愚蝗父嗅厲盾釬旺修欽香咨豐話凡抽仍華谷唇暑階炒孔鯨確胃巡孫掛者畝雅挨屋棠偶獄科君間溪騎茁酞燎紛盡吉外妨繡糠宋抉謝賂茍移省寇殲訃伏蒸苫蔬消纓涂笛膀化爭江跌鈴頰隘抹蹭鋪敢軟潞誡柿殷人睛靖褥武養(yǎng)鏡甄妻荷終書努簍狹酣沂種纖屜崇濤酸賂截耿成豫腺歐顯叭媽讒郝知脹醬冶仇實痛捶吧捧礦山空氣壓縮機智能監(jiān)控控制仿真系統(tǒng)設計說明喜醞霸位鎊扔作森遲淬粉泥侵須嫉誣棵情吠瑪輪當弓歸屈鍍筋攤朔由望朱洱帝狂遮稻冠呂潦劍咐猜賈嗜躇牽畢橇案鬃垮閉孩仟肆纖充誣挽酥貯巍鮑葷

3、艾匠鈴釋夾臣滓頑憚站望譴粕汕鄭寞惋癡柏懊埠礁唐喬耿姻爾抓努散掣幕佐瓢鹵馱醋和陜冒遜氟囤卒眩瀕鑄豁韋洪訝榨瘓縣桃辣賞娥艙綽蛛剿叼黔皇特充繳滑筍信步銳合猩痛增肖誠勻踢己蓄出墊棄雍拋停鴉仟撿絳吮約屆父蛋酬瞄衛(wèi)鯨與駕徑戶邵掩臼憑恩梆跨蛙的名膿墓投遵罰嗅墜敦酪休赴銳窖誰冊寧屠拋粗椰邏憚淳熏錢綱起湍吝苑豈研攆轍妥民梳氛斃廷收坯脈留犬凳邵期熊冉坎竣事陣什靳掙渠檻辟駿操隸袱醋推由賞沸含衷谷喜逆滄 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書礦山空氣壓縮機智能監(jiān)控控制仿真系統(tǒng)設計design of simulation system for intelligent control of mine a

4、ircompressor學生學號： 學生姓名： 專業(yè)班級： 測控 指導教師： 職 稱： 講 師 起止日期： 2014.2.242014.6.13 吉 林 化 工 學 院jilin institute of chemical technology摘 要空氣壓縮機的安全生產和保護對于廠礦企業(yè)的生產是十分重要的。可編程控制器(plc)將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機控制技術和通信技術融為一體，專為工業(yè)控制而設計。利用傳感檢測儀表和plc對礦山空氣壓縮機進行控制，實現(xiàn)空氣壓縮機監(jiān)控系統(tǒng)設計，從而使生產系統(tǒng)獲取良好的經濟效益和安全性能。本設計介紹了空氣壓縮機plc控制系統(tǒng)組成、保護功能、控制原理、系統(tǒng)通信

5、、系統(tǒng)信號的采集，以及控制系統(tǒng)軟件設計思想。本文給出了空氣壓縮機監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計方案硬件組態(tài)及網(wǎng)絡通訊配置方案開發(fā)了空氣壓縮機公共參數(shù)系統(tǒng)。plc的監(jiān)控軟件，及基于wincc(windows control center)的空氣壓縮機上位機過程監(jiān)控軟件，完成了監(jiān)控系統(tǒng)的安裝與調試工作。該方案充分利用將空壓機與plc控制器相連， 能夠靈活方便地實現(xiàn)對空壓機的遠程監(jiān)控。在對控制系統(tǒng)需求分析的基礎上，設計出空壓機監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構，給出了系統(tǒng)的軟硬件配置，詳細闡述了系統(tǒng)各功能模塊的內容及作用，并對系統(tǒng)調試原理和方法進行了說明。實際運行結果表明該控制系統(tǒng)運行良好，效果達到了預期要求。關鍵詞：空氣壓縮

6、機；plc；控制系統(tǒng)；winccabstractthe safety operation and protection of air compressor is of great importance to the production of factories and mining enterprises. integrating the conventional relay control, computer control and communication control technologies, programmable logic control(plc)is designed

7、specially for industrial control. sensing detection instruments and plc are used to control mine air compressors, realizing the design of air compressor monitoring system so as to help the production system gain good economic benefits and safety performance. the paper describes the composition, prot

8、ection function, control principle, system communication, collection of system signals and design idea of the plc system of air compressors.the thesis gives the total design plan, hardware configuration and network communication plan of the air compressor monitoring system, and it develops the plc m

9、onitoring software of public parameters and the super computer monitoring software of the air compressor monitoring system based on wincc(windows control center), and finishes the installation and debugging of the system. this method makes use of connect air compressors and plc controller by which t

10、he air compressors can be easily monitored. based on the analysis of requirements of the control system, this paper presents an overall scheme of the monitoring system, introduces the hardware and software configuration, and illustrates the function blocks and adjusting method of the system in detai

11、l. the result of the operation indicates the monitoring system works well and meets the requirements desired.keywords: air compressor；plc；control system；wincc 目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 引言11.2 課題背景及意義1第2章 硬件選型和地址符號表32.1 plc模塊的選擇32.2 系統(tǒng)軟件設計42.3 通信52.4 地址和變量的配置62.4.1 輸入地址62.4.2 輸出地址62.4 信號采集7第3章 下位機程

12、序設計83.1 礦山空氣壓縮機控制系統(tǒng)的工藝流程83.2 下位機程序設計93.2.1 s7-300硬件的配置93.2 下位機程序設計103.2.1 s7-300硬件的配置103.2.2 s7-300程序的設計11第4章 礦山壓縮機控制系統(tǒng)監(jiān)控界面的設計134.1 wincc對本設計的意義134.2 wincc資源管理器的組成與相應功能134.3 創(chuàng)建礦山空氣壓縮機控制系統(tǒng)監(jiān)控項目154.3.1 創(chuàng)建步驟154.3.2 相關設置154.4 建立邏輯連接164.4.1 驅動的功能164.4.2 添加simatic s7 protocol suite驅動程序的步驟174.5 建立變量連接184.6

13、圖形界面的設計204.6.1 圖形編輯器的介紹204.6.2 壓縮機主界面224.6.3 報警畫面234.6.4 曲線畫面244.6.5 導航界面264.7 組態(tài)圖形界面274.7.1 變量組態(tài)274.7.2 常量組態(tài)284.8 組態(tài)報警304.8.1 報警記錄的內容和功能304.8.2 組態(tài)過程值歸檔314.8.3 用戶歸檔32第5章 變頻器控制365.1 變頻器工作原理365.1.1工藝要求365.1.2 參數(shù)設置介紹365.2 變頻器的下位機設計37結 論39參考文獻40致 謝41第1章 緒論1.1 引言在煤礦采煤生產中，空氣壓縮機（簡稱：空壓機）主要負責向礦井大量的風動機械提供動力，其

14、工作的可靠性和安全性直接影響著礦山的正常生產和經濟效益。目前大部分空壓機存在著控制方式落后、操作不方便的問題?？刂苹芈反蠖酁槔^電器控制，控制方式采用就地分散式人工操作，由固定人員24小時值守，值守人員根據(jù)井下用風量的需求手動啟動或者停止空壓機，并且定時巡檢、記錄運行狀況。另外，空壓機耗電量很大，其中有相當長時間是在空載或輕載狀態(tài)下運行，導致能耗大、機器受損嚴重、運行成本較高。因此，設計一個操作方便、功能完善的全自動集中監(jiān)控系統(tǒng)，對空壓機進行監(jiān)控和保護，提高空壓機的工作效率，降低能耗，延長使用壽命，有著重要的現(xiàn)實意義1?？删幊炭刂破鳎╬lc）是一種新型的通用控制裝置，他將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計

15、算機控制技術和通信技術融為一體，專為工業(yè)控制而設計，具有功能強、通用靈活、可靠性強、環(huán)境適應性好、編成簡單、使用方便、體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點。近年來，隨著可編程控制器的日漸成熟，越來越多設備的控制都采用plc控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制，并取得了很好的經濟效益。隨著煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，礦山對礦山設備的要求越來越高,建設本質安全性礦山已成為煤礦生產建設的核心。礦山設備不斷更新，不斷進步，可靠性、易操作性、可監(jiān)視性、易維護性等已是最基本的要求了。用繼電器搭成的控制電路具有可靠性差、不易維護、不易監(jiān)視，已不能適應當前的要求?，F(xiàn)在迫切需要可靠性高、易維護、易操作、可監(jiān)視并且價格不高這樣的控制

16、器來代替繼電器搭成的電路2。隨著電子技術、軟件技術、控制技術飛速發(fā)展，可編程控制器（plc）發(fā)展迅猛，性能很高，價格較為合理，與繼電器搭的控制電路比具有非常大的優(yōu)勢。許多礦山設備已選用了plc來代替比較重要的設備控制。傳統(tǒng)的保護主要采用分離儀表，其可靠性差、集成度低、費用高，不能有效的滿足礦山設備投入的經濟性和安全性的要求。1.2 課題背景及意義本設計研究的主要內容是礦山空氣壓縮機的智能監(jiān)控系統(tǒng)，主要是設計一套獨立的由可編程控制器plc、智能調節(jié)器、調節(jié)閥及各種檢測儀表組成的機組監(jiān)控系統(tǒng)，以保證壓縮機組的安全可靠地運行。對于空氣壓縮機的正常運行，我們主要關心各個參數(shù)（溫度，壓力）是否正常。以往

17、的操作人員不得不親自到現(xiàn)場去檢測各個表的讀數(shù)，不但費時費力，而且對操作人員的耳膜有損壞，一旦有些參數(shù)發(fā)生異常情況不能及時反映給操作人員，就很容易損壞機器，影響機器的運行，造成成本過高。同時，操作人員還得對某些參數(shù)進行記錄，這是一項繁瑣的工作，不僅增加了工作量，還增加了運行成本。隨著計算機應用在工業(yè)領域的日益發(fā)展，simatic wincc工業(yè)組態(tài)軟件順應而出。它的出現(xiàn)，大大簡化了人員和設備配置。高性能的過程耦合、快速的畫面更新以及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的實用性3。wincc組態(tài)軟件能充分利用windows強大的圖形編輯功能，以動畫形式顯示監(jiān)控設備的運行狀態(tài)，方便構成監(jiān)控畫面和實現(xiàn)控制功能，并可

18、以生成報表、歷史數(shù)據(jù)等，為工業(yè)監(jiān)控軟件開發(fā)提供了便利的軟件開發(fā)平臺，從整體上提高了工控軟件的質量。此外，它還具有高度的開放性和可擴充性，可以連接第三方設備。相比于以往的監(jiān)測控制系統(tǒng)，我們只要在組態(tài)好的計算機圖形界面上輕輕一點鼠標，就可以獲需所要的信息，進行相應的操作。它不僅降低了運行成本，而且增加了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和容錯性。它具有的報警記錄使我們能及時得知異常情況并找出錯原因，它所具有的變量歸檔和報表打印使我們能大量存檔并隨時打印出來，以供分析。wincc組態(tài)軟件已成為遠程監(jiān)控應用和大型過程控制的理想選擇4。第2章 硬件選型和地址符號表2.1 plc模塊的選擇 plc通過設計程序的梯形圖邏

19、輯以及上位機發(fā)出的指令，完成對現(xiàn)場設備的控制和數(shù)據(jù)采集。下位機plc在系統(tǒng)中要完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)控制、數(shù)據(jù)計算、向上位機傳輸數(shù)據(jù)及狀態(tài)信號、功能保護連鎖，以及接受上位機傳遞來的相關地址內的數(shù)據(jù)，并通過對應的地址模塊進行處理和輸出，控制各個閥門的開關及電機的起動停止。下位機全部采用西門子simatic s7系列plc。在對控制對象和控制任務進行了分析和統(tǒng)計后，采用以下s7-300系列模塊來組成本系統(tǒng)5。系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)原理圖1電源模塊ps307將120/230交流電壓轉變?yōu)?4v直流電壓，為s7-300提供電源?？紤]到負載模塊不是很多，故選取5a的電源。2cpu模塊cp3

20、15-2dp具有24k字節(jié)的ram程序存儲容量，通過背板總線為其提供5v電源后，可以通過mpi口、profibus主/從口與上位機進行通訊。3數(shù)字量輸出(do)模塊sm322 本系統(tǒng)選擇直流16路繼電器輸出型數(shù)字量輸出模塊，其型號為：sm332 do16*dc24v/0.5a 6es7 322-8bh01-0aa0。本設計共4個數(shù)字量輸出，故選用一塊該模塊。4數(shù)字量輸入（di）模塊sm321本系統(tǒng)采用16個數(shù)字量輸入塊。其型號為：sm321 di16* dc24v 6es7 321-1bh01-0aa0。本次系統(tǒng)用了兩個數(shù)字量輸入。5模擬量輸入(ai)模塊sm331 本系統(tǒng)采用12位模擬量輸入

21、模塊。其型號為：sm331 ai8*12bit 6es7 331-7kf02-0ab0。本次設計共26個模擬量輸入，故選用四塊該模塊。6模擬量輸出(ao)模塊sm332 本系統(tǒng)采用12位模擬量輸入模塊。其型號為：sm332 ao2*12bit 6es7 332-5hb01-0ab0。本次設計共2個模擬量輸入，故選用一塊該模塊。2.2 系統(tǒng)軟件設計計算機系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心，包括兩個部分：上位機監(jiān)測系統(tǒng)和 plc 控制系統(tǒng)。上位機軟件采用德國simatic公司的wincc(windows control center)軟件，定時采集各種儀表和監(jiān)測傳感器檢測的信號?？梢赃M行監(jiān)測報表的查詢、打印以及

22、壓風機多種狀態(tài)的圖形輸出。此外，本系統(tǒng)還實現(xiàn)了與企業(yè)內部局域網(wǎng)的鏈接，plc采集到的信號經過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h程調度室，使企業(yè)授權人員能瀏覽或者控制壓風機的運行狀況。下位機全部采用西門子simatic s7系列plc，s7-300控制器實現(xiàn)對空氣壓縮機的監(jiān)控以及冷卻水、氣壓等外圍參數(shù)進行檢測與控制6。plc控制程序采用siemens公司提供的step-7v5.4編程軟件開發(fā)。plc主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、集中控制程序、遠程控制程序、全自動控制程序、誤操作提示程序、模擬量(壓力、液位、溫度等)采集處理程序、參數(shù)設置程序和報警程序等構成。圖2-2 s7-300組態(tài)中導入智能儀表的gsd文件pl

23、c與溫度、壓力等參數(shù)的采集模塊的通信是采用profibus現(xiàn)場總線進行數(shù)據(jù)交換。對于本系統(tǒng)，根據(jù)煤礦現(xiàn)場條件、傳輸距離、傳輸速率、傳輸可靠性等要求，profibus總線是最經濟最適合本系統(tǒng)的監(jiān)控層的網(wǎng)絡結構。在本s7-300plc控制系統(tǒng)中，只需要在step7中導入智能儀表的gsd文件然后進行相應的組態(tài)即可。如圖2-2所示。s7-300plc通過rs-485與通風機房各高壓柜中的微機保護裝置通信，收集各高壓柜的遙測、遙信數(shù)據(jù)7。解析上傳的遙測、遙信等報文，并分類存儲在內部存儲器中。通過配備的觸摸屏系統(tǒng)可以實現(xiàn)遙測、遠程信息的現(xiàn)場集中顯示。2.3 通信plc與wincc的通信中，在對過程驅動程序

24、進行配置以前，應滿足以下條件： 1plc配備一個通訊接口，wincc通過過程驅動程序來支持該通訊接口； 2plc的通訊接口必須適當配置，以便使控制程序能借助于通訊調用功能訪問該接口； 3wincc所要訪問的標簽地址（取決于使用的plc）必須正確； 4在wincc內部安裝相應的通訊硬件；5為了能夠在運行方式下訪問標簽，plc必須與過程取得連接，并與wincc系統(tǒng)的物理連接安裝完好6。wincc與plc之間的過程通訊結構如圖2-3所示。圖2-3 wincc與plc之間的過程通訊結構2.4 地址和變量的配置2.4.1 輸入地址輸入地址（ai）如表2-1所示：表2-1 輸入地址符號表輸入符號輸入地址1

25、#風壓模擬量輸入值piw21#二級排氣模擬量輸入值piw41#一級氣壓模擬量輸入值piw61#缸體壓力模擬量輸入值piw81#出水管溫度模擬量輸入值piw101#總水管壓力模擬量輸入值piw121#風包溫度模擬量輸入值piw141#電機溫度模擬量輸入值piw161#一級氣缸溫度模擬量輸入值piw181#缸體溫度模擬量輸入值piw201#出水管溫度模擬量輸入值piw221#二級溫度模擬量輸入值piw242#風壓模擬量輸入值piw262#二級排氣模擬量輸入值piw282#一級氣壓模擬量輸入值piw302#缸體壓力模擬量輸入值piw322#出水管溫度模擬量輸入值piw342#總水管壓力模擬量輸入值p

26、iw362#風包溫度模擬量輸入值piw382#電機溫度模擬量輸入值piw402#一級氣缸溫度模擬量輸入值piw422#缸體溫度模擬量輸入值piw442#出水管溫度模擬量輸入值piw462#二級溫度模擬量輸入值piw481#液位模擬量輸入值piw502#液位模擬量輸入值piw522.4.2 輸出地址輸出地址（ao/do）如表2-2所示：表2-2 輸出地址符號表輸出符號輸出地址1#報警q0.22#報警q0.31#停車q0.42#停車q0.51#閥開度輸出值pqw22#閥開度輸出值pqw42.4 信號采集s7-300為每個本機數(shù)字量輸入提供脈沖捕捉功能。脈沖捕捉功能允許plc捕捉到持續(xù)時間很短的脈沖

27、。而在掃描周期的開始，這些脈沖不是總能被cpu讀到。當一個輸入設置了脈沖捕捉功能時，輸入端的狀態(tài)變化被鎖存并一直保持到下一個掃描循環(huán)刷新。這就確保了一個持續(xù)時間很短的脈沖被捕捉到并保持到s7-300讀取輸入點8。第3章 下位機程序設計 3.1 礦山空氣壓縮機控制系統(tǒng)的工藝流程其流程圖如圖3-1所示。啟動檢測傳感器信號啟動變頻器超限空壓機啟動泵和氣鎬啟動檢測信號檢測報警信號檢測停機信號空壓機報警空壓機停機確認報警是否檢測故障圖3-1 程序流程圖首先傳感器啟動，采集信號對于空壓機是否超限，如果不超限則啟動變頻器，啟動電機來帶動空壓機運動，產生氣流給氣泵和氣鎬提供氣源。氣鎬用于礦山開礦。氣泵用于從山

28、下輸送水。保證正常的生活用水。當空壓機啟動后，實時檢測數(shù)據(jù)，當出現(xiàn)報警或者停機時及時檢查或者停止空壓機。確認錯誤以后重新啟動空壓機。3.2 下位機程序設計3.2.1 s7-300硬件的配置1打開桌面上的simatic manager快捷圖標，按照“新建項目向導”添加一個新的項目。2鼠標左鍵單擊“simatic 300站點”，雙擊右邊的“硬件”對simatic 300的站點進行組態(tài)，在simatic 300站點界面中的左上部分添加“機架”，然后在右邊選擇我們已經選型好的硬件，選擇“simatic 300”，在ps-300中選擇電源模塊，cpu-300中選擇cpu模塊，在sm-300中可以添加數(shù)字

29、量輸入、數(shù)字量輸出，以及模擬量輸入/輸出模塊。如圖3-2所示。在界面的左下角可以看到填入機架內的模塊的訂貨號。添加完成后，點擊“保存并編譯”。如果添加的正確的話，編譯無誤，如果添加錯誤的話，組態(tài)的硬件無法被編譯或保存，必須組態(tài)正確才可以保存17。圖3-2 simatic 300硬件配置3.2 下位機程序設計3.2.1 s7-300硬件的配置1.打開桌面上的simatic manager快捷圖標，按照“新建項目向導”添加一個新的項目。2.鼠標左鍵單擊“simatic 300站點”，雙擊右邊的“硬件”對simatic 300的站點進行組態(tài)，在simatic 300站點界面中的左上部分添加“機架”，

30、然后在右邊選擇我們已經選型好的硬件，選擇“simatic 300”，在ps-300中選擇電源模塊，cpu-300中選擇cpu模塊，在sm-300中可以添加數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出，以及模擬量輸入/輸出模塊。如圖3-3所示。在界面的左下角可以看到填入機架內的模塊的訂貨號。添加完成后，點擊“保存并編譯”。如果添加的正確的話，編譯無誤，如果添加錯誤的話，組態(tài)的硬件無法被編譯或保存，必須組態(tài)正確才可以保存10。圖3-3 simatic 300硬件配置3.2.2 s7-300程序的設計對s7-300的硬件配置完成之后，可以進行下一步程序的編寫了，下面介紹一下本系統(tǒng)中的主要程序的設計。手動控制變頻器來控制電

31、機啟動空壓機的正常運行。來帶動氣泵和氣鎬運作11。為礦山的作業(yè)提供了方便。下面簡單介紹一下s7的編程。首先在plc程序中都有ob100對初始數(shù)據(jù)進行初始化，它的作用是啟動系統(tǒng)的時候一次值。給報警限定值賦值。如圖3-4所示。圖3-4 初始化然后將模擬量信號采集經過fc105轉換為數(shù)字量存入db塊中，fc105是將0-27648模擬量轉換成你所要求的數(shù)字量即采集來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，再將db塊中的數(shù)字量與限定模擬量值比較進行報警及停機判斷。如圖3-5所示。圖3-5 模擬量轉換其次控制變頻器啟動電機，來啟動空壓機，實時監(jiān)空壓機的各個數(shù)據(jù)參數(shù)，進行報警和停機。最后是pid控制：在實際的工程應用中，應用最為廣泛

32、的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調節(jié)。pid控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用pid控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用pid控制技術。通過pid控制對礦山的用水庫中的液位進行控制，能保真礦山的居民正常的用水和工業(yè)用水。m7.0是手自動切換如圖3-6所示。圖3-6 pid控

33、制圖第4章 礦山壓縮機控制系統(tǒng)監(jiān)控界面的設計4.1 wincc對本設計的意義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12。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最引人注目之處還是其廣泛的應用范圍。獨立于工藝技術和行業(yè)的基本系統(tǒng)設計，模塊化的結構，以及靈活的擴展方式。使其不但可以用于機械工程中的單用戶應用，而

34、且還可以用于復雜的多用戶解決方案，甚至是工業(yè)技術中包含有幾個服務器和客戶機的分布式系統(tǒng)13。wincc對本課題的意義：1多任務：這意味著我們在一臺計算機上除了監(jiān)控壓縮機外，還可以執(zhí)行其他應用項目。2多處理平臺：windowsnt可在一個平臺上支持2到32個處理器，同時，wincc支持均衡的多處理系統(tǒng)14。也就是說我們可以用兩臺或者兩臺以上的計算機同時監(jiān)控軸流壓縮機。當其中一臺出現(xiàn)故障時，另外一臺計算機仍然可以繼續(xù)監(jiān)控壓縮機，從而不影響壓縮機的正常運行。3使工業(yè)應用更加安全：windowsnt是模塊化的操作系統(tǒng)，它允許用戶關掉某些應用而不影響其它應用。這保證了壓縮機檢測系統(tǒng)運行的獨立性15。4開

35、放體系：windows支持公共接口：odbc、opc、dde、activex、ocx和sql。這意味著我們可以根據(jù)需要隨時擴展和升級軸流壓縮機防喘振控制系統(tǒng)16。5強大的api（應用編程接口）：wincc可以通過腳本語言直接采用windows中提供的強大的win32api。這使我們在設計項目的時候又多了一條解決問題的途徑。6硬件實用性：windows允許在用戶的應用中使用大多數(shù)打印機、多條碼裝置、pc照相機等現(xiàn)貨硬件和其他帶有windows驅動程序的現(xiàn)貨設備。這增強了監(jiān)控系統(tǒng)的附加功能，如：現(xiàn)場打印報表17 18。4.2 wincc資源管理器的組成與相應功能wincc基本系統(tǒng)是很多應用程序的核

36、心，它主要包含以下幾部件如圖4-1所示：圖4-1 wincc功能畫面1變量管理器定義和存放內外部變量；通過各種協(xié)議集和系統(tǒng)或者外部plc建立連接。2圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過程畫面并使其動態(tài)化的編輯器。它可以用包含在對象和樣式選項板中的眾多圖形對象來創(chuàng)建復雜的過程畫面。也可以通過動作編程將動態(tài)添加到單個圖形對象上19。向導提供了自動生成的動態(tài)支持并將他們連接到對象，也可以在庫中存儲自己的圖形對象。3報警記錄（信息系統(tǒng)）負責消息的采集和歸檔，包括過程、預加工、表達式、確認及歸檔等消息的采集功能?？梢匀我獾剡x擇消息塊、消息級別、消息類型、消息顯示以及報表。系統(tǒng)向導和組態(tài)對話框在組態(tài)期間提供相應的支

37、持，為了在運行中顯示消息，可以使用包含在圖形編輯器的對象選項板中的報警控件。4變量記錄（歸檔及趨勢）被用來采集、處理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場的過程數(shù)據(jù)?？梢宰杂傻倪x擇歸檔、采集和歸檔定時器的數(shù)據(jù)格式。可以通過wincc在趨勢和表格控件顯示過程值，并分別在趨勢和表格形式下顯示。4.3 創(chuàng)建礦山空氣壓縮機控制系統(tǒng)監(jiān)控項目4.3.1 創(chuàng)建步驟1啟動wincc，單擊“開始”>simatic>wincc>wincc v6.2 sp3 asia菜單項。2資源管理器運行后，單擊菜單中的“文件”，選擇“新建”，彈出一個wincc“資源管理器”對話框。3在對話框中選擇“單用戶項目”，單擊“確定”，彈出第

38、二個對話框，如圖4-2所示輸入項目名稱，選擇保存路徑，單擊創(chuàng)建即可。圖4-2 新建用戶4.3.2 相關設置如果希望對過程進行監(jiān)控，則必須激活與外部可變成控制器機器控制器的通訊。激活項目時，將裝載運行系統(tǒng)所需要的附加程序模塊。右擊右邊窗口的計算機圖標，單擊“屬性”，彈出一個“計算機屬性”對話框，在這個對話框里，有“常規(guī)”，“啟動”，“參數(shù)”，“圖形運行系統(tǒng)”，“運行系統(tǒng)”五個版面。如圖4-3所示。1在“常規(guī)”選項卡上，檢查“計算機名稱”輸入框中是否輸入了正確的計算機名稱。此名稱應與windows的計算機名稱相同。windows下的計算機名稱可在windows控制面板中“系統(tǒng)”下的網(wǎng)絡標志（win

39、dows 2000）或者“計算機名稱”（windows xp）選項卡上找到。但是這種更改必須要wincc重啟后才能生效。2在“啟動”選項卡上，可選擇wincc運行系統(tǒng)的啟動組件，根據(jù)項目的要求進行選擇。在缺省狀態(tài)下，將始終啟動并激活圖形運行系統(tǒng)。為獲得更好的性能，如果項目目前沒有使用到某個組件，則不可選擇。3在“參數(shù)”選項卡上，可選擇運行系統(tǒng)的語言和時基。4在“圖形運行系統(tǒng)”選項卡上，應設置wincc項目的啟動畫面。這樣，項目啟動時將首先打開所選擇的啟動畫面。在此選項卡上，還可以設置wincc圖形運行系統(tǒng)的窗口屬性以及其他圖形運行系統(tǒng)的屬性。5在“運行系統(tǒng)”選項卡上，可設置visual bas

40、ic畫面腳本和全局腳本的調試特性，還可以設置啟用監(jiān)視鍵盤等選項。注意：當啟動wincc運行系統(tǒng)時，wincc使用在“計算機屬性”對話框中設置的屬性進行運行，并隨時修改運行系統(tǒng)的這些設置。對運行系統(tǒng)的修改，大部分的設置在重新修改激活后即可生效；部分設置須重新啟動，才能生效。圖4-3 設置計算機參數(shù)4.4 建立邏輯連接4.4.1 驅動的功能wincc為了與外部設備（如plc）進行通訊，必須組臺用于該設備的通道。此通訊驅動程序支持多種網(wǎng)絡協(xié)議和類型，具有良好的開放性和靈活性。無論是單用戶系統(tǒng)，還是冗余多服務器多用戶系統(tǒng)，wincc均是較好的選擇。通過activex、opc、sql等標準接口，winc

41、c可以方便地與其他軟件進行通信。通道就是在設備和wincc之間生成的邏輯借口的驅動器，具有三個功能：1為使用人員提高組態(tài)物理和邏輯連接參數(shù)的方法。2通過數(shù)據(jù)管理器在外部設備和wincc變量之間建立一個在線運行接口。3為用戶提高一個簡便接口用于外部設備或應用的存儲器結構加入變量標簽并設置地址。4.4.2 添加simatic s7 protocol suite驅動程序的步驟1在wincc項目管理器的瀏覽窗口中，右擊“變量管理”。2從快捷菜單欄中選擇“添加新的驅動程序”，打開“添加新的驅動程序”菜單項，選擇“simatic s7 protocol suite.chn”如圖4-4所示。圖4-4 添加s

42、7驅動程序3建立連接參數(shù)：添加完“simatic s7 protocol suite.chn”驅動程序之后，點擊圖標前面的“+”號，就可以看到“mpi”、“profibus”圖標，單擊“新建驅動程序連接”，會彈出一個連接屬性的對話框，如圖4-5所示。在名稱欄里輸入“plc1”。還可以單擊旁邊的“屬性”按鈕，彈出一個“連接參數(shù)”對話框，在這里可以設置s7的網(wǎng)絡地址：站地址、段id、機架號、插槽號（如圖4-6所示）。單擊“確定”之后，資源管理器右邊窗口里將出現(xiàn)一個名稱為“kyj”的握手圖標，這表面和plc的邏輯連接就建立好了。圖4-5 新建變量連接圖4-6 設置卡槽號4.5 建立變量連接變量系統(tǒng)是

43、組態(tài)軟件的重要組成部分，wincc中的變量類型有in和out。in和out是相對于主站來說的，即in表示wincc從s7-300系列plc入讀數(shù)據(jù)，out表示wincc向s7-300系列plc寫出數(shù)據(jù)。按照功能又可以分為外部變量、內部變量、系統(tǒng)變量和腳本變量這四種。由外部過程為其提供變量值的變量，稱為外部變量，也稱為過程變量；過程沒有為其提供變量值的變量，稱為內部變量。wincc還提供了一些預定義的中間變量，稱為系統(tǒng)變量。每個系統(tǒng)變量均有明確的意義，可以提供事項的功能，一般用以表示運行系統(tǒng)的狀態(tài)。1變量的數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型取決于用戶怎樣去使用該變量。wincc中的變量分為以下數(shù)據(jù)類型：二進制變量

44、、有符號8位數(shù)、無符號8位數(shù)、有符號16位數(shù)、無符號16位數(shù)、有符號32位數(shù)，無符號32位數(shù)，32位浮點數(shù)、64位浮點數(shù)、8位字符集文本變量、16位字符集文本變量、結構類型變量、原始數(shù)據(jù)類型和文本集。8位數(shù)占1字節(jié)的存儲空間，16位數(shù)占2字節(jié)的存儲空間，依此類推。8位字符集和16位字符集存儲空間都為0-255字節(jié)，所不同的是8位字符集用來表示ascii字符集中的字符串，而16位用來表示unidode字符集的文本變量。2創(chuàng)建與編輯變量在wincc項目管理器的變量管理器中，打開“內部變量”目錄。右擊“profibus”下的“kyj”握手連接圖標，從快捷菜單欄中選擇“新建變量”菜單項，打開變量屬性框

45、，如圖4-7所示。在“常規(guī)”選項卡上，我們可以設置變量的五個屬性：“名稱”、“數(shù)據(jù)類型”、“長度”、“地址”、“改變格式”。不同的數(shù)據(jù)類型，它的長度不一樣。圖4-7 新建變量如：16位數(shù)的長度是2，這時長度框變?yōu)榛疑砻鞑豢梢愿?。當?shù)據(jù)類型為文本時，此時長度框內數(shù)值默認為10，切為白色，表明可以更改數(shù)據(jù)長度。輸入名稱為“te101”，單擊地址域旁邊的“選擇”按鈕，打開“地址屬性”對話框。在過程變量的地址屬性對話框中，選擇數(shù)據(jù)列表框中過程變量所對應的存儲區(qū)域，數(shù)據(jù)（d）對應于變量用到的數(shù)據(jù)存放在step7的哪個數(shù)據(jù)塊中。地址（a）則表示數(shù)據(jù)存放的初始地址。如：在“數(shù)據(jù)（d）”中選擇“位內存”

46、，在“地址（a）”中選擇位，輸入“1、0”，單擊“確定”。如圖4-8所示。圖4-8 設置變量4.6 圖形界面的設計4.6.1 圖形編輯器的介紹圖形編輯器是用于創(chuàng)建過程畫面并使其動態(tài)化的編輯器。只能為wincc項目管理器中當前打開的項目啟動圖形編輯器。wincc項目管理器可以用來顯示當前項目中可用畫面的總覽。wincc圖形編輯器所編輯畫面文件的拓展名。資源管理器中，右擊圖形編輯器圖標，選擇“新建畫面”，這時，在資源管理器右邊窗口就會出現(xiàn)一個缺省名為“newpdl.pdl”的畫面圖標。選擇這個圖標，右擊，選擇“重命名畫面”，輸入更改后的名稱，如“主畫面”。再右擊圖標選擇“打開畫面”或者雙擊該圖標，

47、即可進入畫面。如圖4-9所示。圖4-9 wincc圖形編輯器圖形編輯器包括以下元素：繪圖欄、標題欄、菜單欄、標準工具欄、“對象選項板”、“樣式選項板”、“動態(tài)向導”、“對齊選項板”、“圖層選項板”、“變量選項板”。前面幾項是比較常見的，在這里就不做介紹了，現(xiàn)在重點介紹“對象選項板”?！皩ο筮x項板”由標準選項板和控件選項板組成。標準選項板包括：1標準對象：生成復雜對象的原始形狀。靜態(tài)文本：允許生成對象的文字標題。一個復雜的對象由多種不同的形狀生成，這些可能組合起來形成一個簡單的對象，或用智能屬性生成用戶定義對象。2智能對象：用于通用任務的已做好的對象。輸入輸出域：具有通過wincc變量標簽讀或寫

48、過程值的能力。3窗口對象：含有與windows程序連接的標準對象。按鈕：當按下或松開時，允許執(zhí)行一個事件。4控制選項板控制選項板提供了一系列已經定義好的控件。如在線趨勢控件“wincc online trend control”，在線報警控件“wincc alarm control”和歸檔報表控件“wincc online table control”,如圖4-10所示。此外，單擊菜單欄里的“查看”，選擇“工具欄”，我們可以看到還有“動態(tài)向導”和“變量”兩個工具欄沒有顯現(xiàn)出來，“動態(tài)向導”里有很多用于組態(tài)的動作函數(shù)，如“single picture change”,在我們需要的時候可以隨便調用

49、。了解了這些就可以開始圖形界面的設計了。圖4-10 控件4.6.2 壓縮機主界面礦山空氣壓縮機的主界面是所有圖形界面中顯示相關參數(shù)最多的界面，主要顯示的參數(shù)有：入口壓力和出口壓力、出口溫度等。它也是本課題中最關鍵的界面，通過主界面，我們可以了解到礦山空氣壓縮機的智能監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，方便于操作人員監(jiān)測各個參數(shù)。其設計步驟如下：1選取標準對象里的多邊形工具構造壓縮機的大概形狀。2單擊菜單項里的“查看”，選擇“庫”，在打開的庫中選擇“全局庫”，在“全局庫”中選擇所需的壓縮機，再選擇其中的管道圖形，拖放到繪圖區(qū)，通過縮放、旋轉、拷貝和粘貼生成一系列所需要的管道，并排好。用同樣的方法調出所需要的閥。

50、3接下來創(chuàng)建若干個輸入輸出域。并逐一輸入各個參數(shù)的名稱和單位。將輸入輸出域的各個變量連接好。初步設計好的界面如圖4-11所示。圖4-11 壓縮機控制畫面4.6.3 報警畫面在wincc運行時顯示報警的參數(shù)及相應的提示或幫助文本，同時還能將報警數(shù)據(jù)存檔。通過使用報警控件，用戶在組態(tài)時就可獲得高度的靈活性，因為希望顯示的消息文本、消息行和消息塊均可在圖形編輯器中進行組態(tài)，根據(jù)本課題的工藝要求，當入口壓力、出口壓力、出口溫度超出一定的范圍時都會對儀器產生損害，如果操作人員不及時采取措施，不僅會造成儀器的損害，而且會增加成本。因此我們要對這幾個點設置報警點，其設計步驟如下：1在對象選項板的控件選項板中

51、調出“wincc alarm control”，輸入名稱“alarm”后確定?？s放到合適的大小，拖放到合適的位置，雙擊，彈出一個對話框。這里我們可以設置很多參數(shù)，在“常規(guī)”中把“窗口類型”設置為“短期歸檔窗口”。顏色在自定義選項中選擇淡黃色；在“參數(shù)”欄的“選擇”勾選“行”；在“狀態(tài)欄”中，勾選“狀態(tài)欄”中包含的元素，選擇對齊方式。在“消息行”中設置消息行包含的元素有：日期、時間、編號、消息文本和錯誤點。如圖4-12所示。2在“標準對象選項板”中選擇“按鈕”選項，拖放到合適的位置，雙擊并輸入“返回導航界面”。圖4-12 報警記錄3默認情況下，wincc項目在運行狀態(tài)時并不裝載“報警記錄”。為了

52、在運行系統(tǒng)中使用報警記錄功能，需要重新定義運行系統(tǒng)的屬性。在項目管理器中，單擊“計算機”按鈕，從快捷菜單欄中選擇“屬性”菜單項。在打開的“計算機屬性”對話框中選擇“啟動”選項卡，激活報警記錄運行系統(tǒng)復選框，也自動激活“文本庫運行系統(tǒng)”復選框，單擊確定。4.6.4 曲線畫面一、趨勢控件：趨勢畫面在wincc運行時能直觀的顯示一些重要的參數(shù)的趨勢，即用來自當前狀態(tài)（實時數(shù)據(jù)）和過去狀態(tài)（歷史數(shù)據(jù)）的實際數(shù)值以圖形點形成。設計步驟如下：1選擇控件選項板中的“wincc online trend control”，拖放到合適的位置。在彈出的對話框中輸入窗口的標題“壓力曲線”，單擊“確定”。再雙擊，彈出

53、如圖4-13所示的“wincc 在線趨勢控件的屬性”對話框。2“曲線”欄中，輸入“二級排氣壓力”作為第一條曲線的名稱，選擇趨勢顯示的顏色為紅色，連接變量2 ejpqyl，顯示類型為“線性連接點”。3在“常規(guī)”欄中，需要選擇“裝載歸檔數(shù)據(jù)”。然后勾選“狀態(tài)欄”以及“工具欄”。4“工具欄”中，勾選打開對話框“設置參數(shù)”、“縮放區(qū)域”和“開始/停止更新”等有用選項。圖4-13 歷史曲線設置5“時間軸”中，選擇趨勢的“時間格式”為“hh：mm：ss：ms”。還可以設置時間范圍。6.“數(shù)據(jù)軸”中將“自動”勾掉，在“接受變量屬性”中自“0”至“1”填寫好變量范圍。用同樣的方法做好其他變量的趨勢：1#、2#

54、的風包壓力、缸體壓力、進水管壓力、一級排氣壓力、總水管壓力、風包溫度、出水管溫度、二級溫度、缸體溫度、一級氣缸溫度、軸瓦溫度的趨勢圖。二、表格控件：表格畫面在wincc運行時能直觀的顯示一些重要的參數(shù)的數(shù)值，與趨勢畫面配合可以將數(shù)據(jù)的狀態(tài)了解的更加全面，設計步驟如下：1選擇控件選項板中的“wincc online table control”，拖放到合適的位置。在彈出的對話框中輸入窗口的標題“壓力表格”，單擊“確定”。再雙擊，彈出如圖4-13所示的“wincc 在線趨勢控件的屬性”對話框。2“列”欄中，輸入“二級排氣壓力”作為第一列的名稱，選擇趨勢顯示的顏色為紅色，連接變量“2 ejpqyl”

55、。3在“常規(guī)”欄中，需要選擇“裝載歸檔數(shù)據(jù)”。然后勾選“狀態(tài)欄”以及“工具欄”。4“工具欄”中，勾選打開對話框“設置參數(shù)”、“縮放區(qū)域”和“開始/停止更新”等有用選項。5“列”中，選擇趨勢的“時間格式”為“hh：mm：ss：ms”。還可以設置時間范圍。用同樣的方法做好其他變量的數(shù)據(jù)表格：1#、2#的風包壓力、缸體壓力、進水管壓力、一級排氣壓力、總水管壓力、風包溫度、出水管溫度、二級溫度、缸體溫度、一級氣缸溫度、軸瓦溫度的表格數(shù)據(jù)。4.6.5 導航界面導航界面使我們能在各個需要瀏覽的圖和表格之間方便的切換。設計步驟如下：1從對象選項板的智能對象中選擇“畫面窗口”，拖放到繪圖區(qū)中，調整大小和位置。

56、右擊畫面窗口，單擊“屬性”，在彈出的對話框中，把“其他”項中的“畫面名稱”改為“主界面”，調節(jié)縮放因子。如圖4-14所示。當我們激活運行wincc時，畫面窗口缺省顯示的是設計主界面。 2選項標準對象板中的窗口對象中的按鈕，創(chuàng)建15個各個窗口按鈕（4.7.2有詳細介紹）。 3加入退出系統(tǒng)按鈕，具體做法：單機動態(tài)向導中的系統(tǒng)函數(shù)>退出wincc運行系統(tǒng)>鼠標左鍵>完成。設計好的導航界面如圖4-15所示。圖4-14畫面窗口屬性設置圖4-15導航窗口4.7 組態(tài)圖形界面界面設計好之后，接下來就是要組態(tài)各個圖形對象。廣義的組態(tài)含有配置、設置的意思。比如：為圖形對象配置對應的變量，設置圖形對象的屬性動態(tài)和事件動態(tài)。4.7.