【正文】 制動(dòng)，負(fù)載可以是恒轉(zhuǎn)矩、恒功率、線性等，并且能夠借助上位機(jī)進(jìn)行運(yùn)行命令下達(dá)、數(shù)據(jù)采集和處理、特性曲線、動(dòng)態(tài)顯示，使得無(wú)論在實(shí)驗(yàn)室還是在檢測(cè)中心都可以方便、快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行交流電機(jī)的變頻調(diào)速性能試驗(yàn)。 現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用現(xiàn)狀 在我國(guó)各種現(xiàn)場(chǎng)總線正在激烈的爭(zhēng)奪地位，一些世界主要的現(xiàn)場(chǎng)總線組織在我國(guó)設(shè)立分支機(jī) 構(gòu)加強(qiáng)在中國(guó)的宣傳和推廣如 DeviceNet、 Foundation Fieldbus 、LonWorks、 P—NetProfibus 和 WorldFIP 等。 第 4頁(yè) 監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展情況 前些年 國(guó)內(nèi)大部分設(shè)備的監(jiān)控和管理還處于相當(dāng)落后的狀況，與國(guó)外相比具有很大的差距。早期設(shè)備自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)通常 采用 集中采集控制系統(tǒng)的工作模式，即現(xiàn)場(chǎng)各處的參數(shù)通過(guò)統(tǒng)一的模擬信號(hào)，例如 的氣壓信號(hào)， 420mA 的直流電流信號(hào)， 15V 直流電壓信號(hào)等，送往集中監(jiān)控室。現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng) 應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。 通過(guò)上位機(jī)、 PLC、變頻器、現(xiàn)場(chǎng)總線、工業(yè)以太網(wǎng)組成 全數(shù)字交流調(diào)速系統(tǒng)， 重點(diǎn)是完成 系統(tǒng) 的人機(jī)界面設(shè)計(jì) 。第二章主要對(duì)系統(tǒng)的工藝要求進(jìn)行了說(shuō)明，基本明確了系統(tǒng)的研究方法。重點(diǎn)是人機(jī)界面設(shè)計(jì)，這也是本設(shè)計(jì)的重中之重。 當(dāng)今國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的組態(tài)軟件主要有以下幾種： （ 1） InTouch 組態(tài)軟件 在 20 世紀(jì) 80 年代末初，基于 的 InTouch 組 態(tài) 軟件給工業(yè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)帶來(lái)了升級(jí)， InTouch 組態(tài)軟件提供了豐富的圖 庫(kù)，早期的 InTouch 組態(tài)軟件采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換方式與驅(qū)動(dòng)程序通信，性能較差，最新的 版已經(jīng)完全基于 32 位的 Windows 平臺(tái)，并且提供了 OPC 支持。 （ 4） WinCC 組態(tài)軟件 德國(guó)西門(mén)子的 WinCC 組態(tài)軟件也是一套完備的組態(tài)開(kāi)發(fā)環(huán)境，西門(mén)子公司提供類 C 語(yǔ)言的腳本，包括一個(gè)調(diào)試環(huán)境。組 第 7頁(yè) 態(tài)軟件也提供多種硬件驅(qū)動(dòng)程序。 WinCC監(jiān)控軟件提供了友好的操作界面，用戶可根據(jù)需要形成操作畫(huà)面、監(jiān)控畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線和打印報(bào)表等，因而在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 [5] 。 （ 2）強(qiáng)大的界面顯示組態(tài)功能 目前，工控組態(tài)軟件大都運(yùn)行于 Windows 環(huán)境下，充分利用 Windows 的圖形功能完善界面美觀的特點(diǎn)，可視化的風(fēng)格界面、豐富的工具欄， 操作人員可以直接進(jìn)人開(kāi)發(fā)狀態(tài)，節(jié)省時(shí)間。開(kāi)放性是指組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。 （ 5）可編程的命令語(yǔ)言 有可編程的命令語(yǔ)言，使用戶可根據(jù)自己的需要編撰程序，增強(qiáng)圖形界面 。 （ 3）通用性，每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（ PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的 I/O Driver、開(kāi)放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫(huà)面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫(huà)效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不 受行業(yè)限制。當(dāng)控制任務(wù)復(fù)雜且規(guī)模巨大時(shí)，可隨時(shí)使用擴(kuò)展架對(duì) PLC 進(jìn)行擴(kuò)展。 SIMATIC ET200 分布式 I/O 系統(tǒng)是西門(mén)子公司 SIMATIC S7 自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分。 ET 200M 具有 S7300 自動(dòng)化系統(tǒng)的組態(tài)技術(shù)，由一個(gè) IM 153x 和多個(gè) S7300 的 I/O 模塊組成 。采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使電動(dòng)機(jī)低噪聲運(yùn)行。 6SE70 變頻器具有全面而完善的控制功能，在設(shè)置相關(guān)參數(shù)以后，它也可用于更高級(jí)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。 監(jiān)控系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)采用 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，用 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線連接好，分布式 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、主 從通信模式，在 STEP 7 中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，編寫(xiě)通信程序和控制程序。電源模塊、 CPU模塊及其他信號(hào)模塊都可方便的安裝在導(dǎo)軌上。它與 CPU 模塊和其他信號(hào)模塊之間通過(guò)電纜連接，而不是通過(guò)背板總線連接。每個(gè) CPU 都有一個(gè)編程用的 RS485 接口，有的還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線的PROFIBUSDP 接口或 PtP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）串行通信接口。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(duì)通信的編程工作。 PROFIBUS（過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線） PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線由 PROFIBUSDP、 PROFIBUSFMS 和 PROFIBUSPA 第 13頁(yè) 組成。 FF 分低速 H1 和 高速 H2 兩種通信速率。它借助于 RUPI44 系列單片機(jī) ，通過(guò)單片機(jī)中串行通訊接口單元 SIU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。采用 Lonworks 技術(shù)和神 經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過(guò)程控制等行業(yè)。 HART 能利用總線供電，可滿足 第 14頁(yè) 本質(zhì)安全防爆的要求，并可用于由手持編程器與管理系統(tǒng)主機(jī)作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。 INTERBUS INTERBUS 采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 的開(kāi)放化系統(tǒng)互聯(lián) OSI 的簡(jiǎn)化模型（ 1， 2， 7 層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，具有強(qiáng)大的可靠性、可診斷性和易維護(hù)性。 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn) (1) 全數(shù)字化通信 (2) 開(kāi)放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) (3) 互可操作性與互用性 (4) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化 (5) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度 分散性 (6) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性 (7)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò) (8)通信標(biāo)準(zhǔn)的公開(kāi)、一致，使系統(tǒng)具備開(kāi)放性，設(shè)備間具有互可操作性 (9)功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性 (10)控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性 [11] 第 15頁(yè) PROFIBUSDP 的特點(diǎn) PROFIBUSDP(Process Field BusDecentralized Periphery,分布式外設(shè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) )是 PLC 與遠(yuǎn)程 I/O、驅(qū)動(dòng)裝置以及其他 PROFIBUS 設(shè)備之間的主站 從站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的鏈接標(biāo)準(zhǔn)，主要用于 PLC 與外部控制設(shè)備之間高速數(shù)據(jù)通信，以組成生產(chǎn)線內(nèi)部的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)，在 PROFIBUS 中使用最為廣泛。支持單主或多主系統(tǒng)。循環(huán)主－從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主－主數(shù)據(jù)傳送。 模塊診斷操作：一 個(gè)站點(diǎn)的某具體 I/O 模塊故障。 清除：在這種狀態(tài)下， DPM1 讀取 DP 從站的輸入信息并使輸出信息保持在 第 16頁(yè) 故障安全狀態(tài)。 (7) 功能 DP 主站和 DP 從站間的循環(huán)用戶有數(shù)據(jù)傳送。通過(guò)部線對(duì) DP 主站（ DPM1）進(jìn)行配置，每 DP 從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為 246 字節(jié) [12] 。1:拋物線特性 P114=1 控制系統(tǒng)的工藝邊界條件， 1：扭矩、齒輪傳動(dòng)和較大的慣性矩 P383=0 確定電機(jī)冷卻方式 P368=0 選擇設(shè)定值和命令源 P554=0011 起 /停命令 P462=1 斜坡函數(shù)發(fā)生器加速時(shí)間 P463=0 斜坡函數(shù)發(fā)生器加速時(shí)間的單位 o:s。2:h P580=0018 正向 /反向控制信號(hào) P581=0020 高 速 /低速控制信號(hào) P568=0014 正向點(diǎn)動(dòng)控制信號(hào) P569=0016 反向點(diǎn)動(dòng)控制信號(hào) P401=50Hz 正向高速頻率值 P402=30Hz 正向低速頻率值 P403=50Hz 反向高速頻率值 P404=30Hz 反向低速頻率值 P448=10Hz 正向點(diǎn)動(dòng)頻率值 P449=10Hz 反向點(diǎn)動(dòng)頻率值 =0041 設(shè)置主給定值為正向高速頻率值 =0042 設(shè)置主給定值為正向低速頻率值 =0043 設(shè)置主給定值為反向高速頻率值 =0044 設(shè)置主給定值為反向低速頻率值 P571=1 允許正向運(yùn)轉(zhuǎn) P572=1 允許反向運(yùn)轉(zhuǎn) P561=0012 變頻器允許工作控制信號(hào) P060=0 結(jié)束參數(shù)設(shè)置 圖 6SE70 變頻器參數(shù)設(shè)置圖 第 18頁(yè) 第 19頁(yè) 4 基于 WinCC 的人機(jī)界面設(shè)計(jì) 組態(tài)軟件應(yīng)用 在組態(tài)軟件中，通過(guò)組態(tài)生成的一 個(gè)目標(biāo)應(yīng)用項(xiàng)目在計(jì)算機(jī)硬盤(pán)中占據(jù)惟一的物理空間 (邏輯空間 )，可以用惟一的名稱來(lái)標(biāo)識(shí)，稱為應(yīng)用程序。 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境由若干個(gè)組態(tài)程序組成，如圖形界面組態(tài)程序、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)程序等 。 組態(tài)軟件的主要作用 在圖形畫(huà)面生成方面，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程的圖形畫(huà)面被劃分成三類簡(jiǎn)單的對(duì)象：線、填充圖形和文本。而動(dòng)態(tài)屬性則與表達(dá)式的值有關(guān)，表達(dá)式可以是來(lái)自 I/O 設(shè)備的變量，也可以是由變量和運(yùn)算符組成的數(shù)學(xué)表達(dá)式。這樣每個(gè)畫(huà)面的內(nèi)容就可以根據(jù)實(shí)際情況由設(shè)計(jì)人員靈活設(shè)計(jì)，每幅畫(huà)面中的對(duì)象數(shù)量均不受限制 [15] 。 WinCC 的體系結(jié)構(gòu) WinCC 類似與 Windows 中的 資源管理器，它組合了控制系統(tǒng)所有必要的數(shù)據(jù)，以樹(shù)形目錄的形式分層排列存儲(chǔ)。與外部控制器有過(guò)程連接的變量叫做過(guò)程變量 ， 也稱為外部變量。 報(bào)表編輯器 報(bào)表編輯器提供許多標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)表，也可自行設(shè)計(jì)各種格式的報(bào)表，可以按照設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行打印工作。 交叉引用 交叉引用用于檢索畫(huà)面、函數(shù)、歸檔和消息中所使用的變量、函數(shù)、 OLE對(duì)象和 ActiveX 控件等 [17] 。 (4) 提供所有主要 PLC系統(tǒng)的通訊通道 ： 作為標(biāo)準(zhǔn)， WinCC支持所有連接SIMATIC S5/S7/505控制器的通訊通道，還包 PROFIBUS－ DP， DDE， OPC等非特定控制器的通訊通道。 第 23頁(yè) (6) 集成到 MES和 ERP中 ： 標(biāo)準(zhǔn)接口使得 SIMATIC WinCC成為在 TIA環(huán)境下的一個(gè)完整部件。在 設(shè)計(jì)中圖形的編輯是非常重要的，在WinCC 中要有美觀的界面、變量與下位機(jī)的連接等 [18] 。根據(jù)需要，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)選用Profibus 作為 WinCC 與 PLC 的通訊方式，通訊處理器選用 CP5611。對(duì)于企業(yè)在工程中能夠?qū)崿F(xiàn)集中監(jiān)控、控制及管理，提供了可靠可行方案和技術(shù)支持 [19] 。進(jìn)行組態(tài)時(shí)，建立一個(gè)新的 I/O 設(shè)備連接，并設(shè)定好 PLC 的屬性，然后在力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)連接組態(tài)。監(jiān)控界面圖如下圖所示 圖 該系統(tǒng)也有一些有不足的地方需要改進(jìn)和解決 ： （ 1） 界面內(nèi)容雖然豐富 ， 不過(guò)設(shè)計(jì)不可能都是完完全全符合于生產(chǎn)實(shí)際的 ，需要經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試 ， 讓界面更 加的符合人性化、易操作性和更便于管理。 所以控制界面的設(shè)備隨時(shí)都有可能更新?lián)Q代、添加 /廢除 ， 技術(shù)人員可以利用 WinCC組態(tài)軟件非常方便的對(duì)原有 HMI界面系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)和自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新的界面 ， 走持續(xù)性發(fā)展的道路。因目前 PLC 和變頻器是自動(dòng)化控制線中的主流設(shè)備，它控制功能強(qiáng)，安全 性高 。由于時(shí)間緊迫條件有限，作者水平有限，行文倉(cāng)促，文中可能存在一些不足及疏忽之處，歡迎大家批評(píng)指正。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，趙老師放棄了自己的休息時(shí)間，他的這種無(wú)私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他表示我 誠(chéng)摯的謝意。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們知 識(shí)運(yùn)用能力的一次全面的考核，也是對(duì)我們進(jìn)行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立地分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為以后撰寫(xiě)專業(yè)學(xué)術(shù)論文和工作打下良好的基礎(chǔ)。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著地進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的 感 謝，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來(lái)越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ 通過(guò)這一段時(shí)間的努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)《基于 WinCC 的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)》終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。非常感謝老師我畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給 予我 的指導(dǎo) 。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7300 型 PLC 加擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)， PLC 和計(jì)算機(jī)的使用滿足了用戶生產(chǎn)自動(dòng)化和工藝多樣化的需求；利用變頻器自身具有的軟啟動(dòng)和多種保護(hù)功能的設(shè)定，達(dá)到了對(duì)電機(jī)安全可靠的控制；以及相關(guān)軟件的應(yīng)用，使監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了可視化和實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。介紹了該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件流程，對(duì)各個(gè)部分的作用進(jìn)行了分析，以此說(shuō)明自動(dòng)化技術(shù)的必要性和可行性。 （ 2） 西門(mén)子公司的產(chǎn)品在硬件和軟件上都 有 一些限制 ， 如 ： WinCC TCP/IP 連接有限制 。力控軟件還提供了遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能，使用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程查看系統(tǒng)中各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)數(shù)據(jù)。 人機(jī)界面(human machine interface)的開(kāi)發(fā)采用組態(tài)軟件來(lái)完成。否則，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)行調(diào)試。只有 WinC