【正文】 給出了系統(tǒng)的軟硬件配置 ， 詳細(xì)闡述了系統(tǒng)各功能模塊的內(nèi)容及作用 ， 并對(duì)系統(tǒng)調(diào)試原理和 方法進(jìn)行了說(shuō)明。 1 第 2 章 硬件選型和地址符號(hào)表 9 S7300 硬件的配置 13 WinCC 資源管理器的組成與相應(yīng)功能 13 創(chuàng)建礦山空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控項(xiàng)目 15 建立邏輯連接 24 導(dǎo)航界面 27 變量組態(tài) 36 參數(shù)設(shè)置介紹 41 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 第 1 章 緒論 引言 在煤礦采煤生產(chǎn)中，空氣壓縮機(jī)（簡(jiǎn)稱：空壓機(jī)）主要負(fù)責(zé)向礦井大量的風(fēng)動(dòng)機(jī)械提供動(dòng)力，其工作的可靠 性和安全性直接影響著礦山的正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。 因此，設(shè)計(jì)一個(gè)操作方便、功能完善的全自動(dòng)集中監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)空壓機(jī) 進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)，提高空壓機(jī)的工作效率，降低能耗，延長(zhǎng)使用壽命，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義 [1]。礦山設(shè)備不斷更新，不斷進(jìn)步，可靠性、易操作性、 可監(jiān)視性、易維護(hù)性等已是最基本的要求了。許多礦山設(shè)備已選用了 PLC 來(lái)代替比較重要的設(shè)備控制。以往的操作人員不得不親自到現(xiàn)場(chǎng)去檢測(cè)各個(gè)表的讀數(shù)，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且對(duì)操作人員礦山空氣壓縮機(jī)智能監(jiān)控 控制仿真 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 2 的耳膜有損壞，一旦有些參數(shù)發(fā)生異常情況不能及時(shí)反映給操作 人員，就很容易損壞機(jī)器，影響機(jī)器的運(yùn)行，造成成本過(guò)高。高性能的過(guò)程耦合、快速的畫(huà)面更新以及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的實(shí)用性 [3]。它 不僅降低了運(yùn)行成本，而且增加了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和容錯(cuò)性。下位機(jī) 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(jì)算、向上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)及狀態(tài)信號(hào)、功能保護(hù)連鎖 ， 以及接受上位機(jī)傳遞來(lái)的相關(guān)地址內(nèi)的數(shù)據(jù) ， 并通過(guò)對(duì)應(yīng)的地址模塊進(jìn)行處理和輸出 ， 控制各個(gè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)及電機(jī)的起動(dòng)停止。 圖 21 系統(tǒng)原理圖 1． 電源模塊 PS307將 120/230交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?24V直流電壓，為 S7300提供電源。本設(shè)計(jì)共 4個(gè)數(shù)字量輸出，故選用 一 塊該模 塊 。 礦山空氣壓縮機(jī)智能監(jiān)控 控制仿真 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 4 5． 模擬量輸入 (AI)模塊 SM331 本系統(tǒng)采用 12位模擬量輸入模塊。其型號(hào)為： SM332 AO2*12bit 6ES7 3325HB010AB0?？梢赃M(jìn)行監(jiān)測(cè)報(bào)表的查詢、打印以及壓風(fēng)機(jī)多種狀態(tài)的圖形輸出。 PLC主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、集中控制程序、遠(yuǎn)程控制程序、全自動(dòng)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(shè)置程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。如圖 22所示。 通信 PLC與 WinCC的通信中，在對(duì)過(guò)程驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行配置以前，應(yīng)滿足以下條件： 1． PLC配備一個(gè)通訊接口， WinCC通過(guò)過(guò)程驅(qū)動(dòng)程序來(lái)支持該通訊接口； 2． PLC的通訊接口必須適當(dāng)配置，以便使控制程序能借助于通訊調(diào)用功能訪問(wèn)該接口； 3． WinCC所要訪問(wèn)的標(biāo)簽地址（取決于使用的 PLC）必須正確； 4． 在 WinCC內(nèi)部安裝相應(yīng)的通訊硬件； 5． 為了能夠在運(yùn)行方式下訪問(wèn)標(biāo)簽， PLC必須與過(guò)程取得連接，并與 WinCC系統(tǒng)的物理連接安裝完好 [6]。而在掃描周期的開(kāi)始，這些脈沖不是總能被 CPU讀到。 圖 31 程序流程圖 啟動(dòng) 檢測(cè)傳感器信號(hào) 啟動(dòng)變頻器 超限 空壓機(jī)啟動(dòng) 泵和氣鎬啟動(dòng) 檢測(cè)信號(hào) 檢測(cè)報(bào)警信號(hào) 檢測(cè)停機(jī)信號(hào) 空壓機(jī)報(bào)警 空壓機(jī)停機(jī) 確認(rèn)報(bào)警 是 否 檢測(cè)故障 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 首先傳感器啟動(dòng)，采集信號(hào)對(duì)于空壓機(jī)是否超限，如果不超限則啟動(dòng)變頻器，啟動(dòng)電機(jī)來(lái)帶動(dòng)空壓機(jī)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生氣流給氣泵和氣鎬提供氣源。當(dāng)空壓機(jī)啟動(dòng)后，實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警或者停機(jī)時(shí)及時(shí)檢查或者停止空壓機(jī)。如圖 32 所示。 圖 32 SIMATIC 300硬件配 置 礦山空氣壓縮機(jī)智能監(jiān)控 控制仿真 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 10 下位機(jī)程序設(shè)計(jì) S7300 硬件 的配置 SIMATIC Manager 快捷圖標(biāo)，按照“新建項(xiàng)目向?qū)А碧砑右粋€(gè)新的項(xiàng)目。添加完成后，點(diǎn)擊“保存并編譯”。來(lái)帶動(dòng)氣泵和氣鎬運(yùn)作 [11]。 給報(bào)警限定值賦值。 圖 35 模擬量轉(zhuǎn)換 礦山空氣壓縮機(jī)智能監(jiān)控 控制仿真 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 12 其次控制變頻器啟動(dòng)電機(jī)，來(lái)啟動(dòng)空 壓機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)空壓機(jī)的各個(gè)數(shù)據(jù)參數(shù)，進(jìn)行報(bào)警和停機(jī)。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有 效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫(huà)面、監(jiān)視畫(huà)面、控制畫(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。使其不但可以用于機(jī)械工程中 的單用戶應(yīng)用，而且還可以用于復(fù)雜的多用戶解決方案，甚至是工業(yè) 技術(shù)中包含有幾個(gè)服務(wù)器和客戶機(jī)的分布式系統(tǒng) [13]。當(dāng)其中一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)仍然可以繼續(xù)監(jiān)控 壓縮機(jī)，從而不影響 壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。這意味著我們可以根據(jù)需要隨時(shí)擴(kuò)展和升級(jí)軸流壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng) [16]。這增強(qiáng)了監(jiān)控系統(tǒng)的附加功能，如：現(xiàn)場(chǎng)打印報(bào)表 [17] [18]。也可以通過(guò)動(dòng)作編程將動(dòng)態(tài)添加到單個(gè)圖形對(duì)象上 [19]。系統(tǒng)向?qū)Ш徒M態(tài)對(duì)話框在組態(tài)期間提供相應(yīng)的支持，為了在運(yùn)行中顯示消息，可以使用包含在圖形編輯器的對(duì)象選項(xiàng)板中的報(bào)警控件。 創(chuàng)建礦山空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控項(xiàng)目 創(chuàng)建步驟 1．啟動(dòng) WinCC，單擊 “開(kāi)始” SIMATICWinCCWinCC SP3 ASIA菜單 項(xiàng) 。激活項(xiàng)目時(shí)，將裝載運(yùn)行系統(tǒng)所需要的附加程序模塊。 此名稱應(yīng)與 Windows的計(jì)算機(jī)名稱相同。在缺省狀態(tài)下，將始終啟動(dòng)并激活圖形運(yùn)行系統(tǒng)。這樣，項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)將首先打開(kāi)所選擇的啟動(dòng)畫(huà)面。對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)的修改，大部分的設(shè)置在重新修改激活后即可生效；部分設(shè)置須重新啟動(dòng)，才能生效。通過(guò) ActiveX、 OPC、 SQL等吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 17 標(biāo)準(zhǔn)接口， WinCC可以方便地與其他軟件進(jìn)行通信。 添加 SIMATIC S7 Protocol Suite 驅(qū)動(dòng)程序的步驟 1． 在 WinCC項(xiàng)目管理器的瀏覽窗口中，右擊“變量管理” 。還可以單擊旁邊的“屬性”按鈕，彈出一個(gè)“連接參數(shù)”對(duì)話框，在 這里可以設(shè)置 S7的網(wǎng)絡(luò)地址：站地址、段 ID、機(jī)架號(hào)、插槽號(hào)（如圖 46所示）。按照功能又可以分為外部變量、 內(nèi)部變量、系統(tǒng)變量和腳本變量這四種。 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。 2． 創(chuàng)建與編輯變量 在 WinCC項(xiàng)目管理器的變量管理器中，打開(kāi) “ 內(nèi)部變量 ” 目錄。 圖 47 新建變量 礦山空氣壓縮機(jī)智能監(jiān)控 控制仿真 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 20 如： 16位數(shù)的長(zhǎng)度是 2，這時(shí)長(zhǎng)度框變?yōu)榛疑?，表明不可以更改。地址?A） 則表示數(shù)據(jù)存放的初始地址。只能為 WinCC項(xiàng)目管理器中當(dāng)前打開(kāi)的項(xiàng)目啟動(dòng)圖形編輯器。選擇這個(gè)圖標(biāo)，右擊，選擇 “ 重命名畫(huà)面 ” ，輸入更改后的名稱，如 “ 主畫(huà)面 ” 。前面幾項(xiàng)是比較常見(jiàn)的，在這里就不做介紹了，現(xiàn)在重點(diǎn)介紹“對(duì)象選項(xiàng)板”。一個(gè)復(fù)雜的對(duì)象由多種不同的形狀生成，這些可能組合起來(lái)形成一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)象，或用智能屬性生成用戶定義對(duì)象。按鈕：當(dāng)按下或松開(kāi)時(shí)，允許執(zhí)行一個(gè)事件。 礦山空氣壓縮機(jī)智能監(jiān)控 控制仿真 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 22 了解了這些 就可以開(kāi)始圖形界面的設(shè)計(jì)了。 2． 單擊菜單項(xiàng)里的“查看”，選擇“庫(kù)”，在打開(kāi)的庫(kù)中選擇“全局庫(kù)”，在“全局庫(kù)”中選擇 所需的壓縮機(jī) ，再選擇其中的管道圖形，拖放到繪圖區(qū)，通過(guò)縮放、旋轉(zhuǎn)、拷貝和粘貼生成一系列所需要的管道，并排好。 將輸入輸出域的各個(gè)變量連接好。因此我們要對(duì)這幾個(gè)點(diǎn)設(shè)置報(bào)警點(diǎn)，其設(shè)計(jì)步驟如下： 1． 在對(duì)象選項(xiàng)板的控件選項(xiàng)板中調(diào)出“ WinCC Alarm Control”，輸入名稱“ Alarm”后 確定。在“消息行”中設(shè)置消息行包含的元素有：日期、時(shí)間、編號(hào)、消息文本和錯(cuò)誤點(diǎn)。為了在運(yùn)行系統(tǒng)中使用報(bào)警記錄功能，需要重新定義運(yùn)行系統(tǒng)的屬性。設(shè)計(jì)步驟如下： 1． 選擇控件選項(xiàng)板中的“ WinCC Online Trend Control”，拖放到合適的位置。 3． 在 “常規(guī)”欄 中， 需要 選擇“裝載歸檔數(shù)據(jù)”。還可以設(shè)置時(shí)間范圍。在彈出的對(duì)話框中輸入窗口的標(biāo)題“壓力表格”，單擊“確定”。 然后 勾選“狀態(tài)欄” 以及 “工具欄”。 用同樣的方法做好其他變量的數(shù)據(jù)表格： 2的風(fēng)包壓力、缸體壓力、進(jìn)水管壓力、一級(jí)排氣壓力、總水管壓力、風(fēng)包溫度、出水管溫度、二級(jí)溫度、缸體溫度、一級(jí)氣缸溫度、軸瓦溫度的表格數(shù)據(jù)。 如圖 414所示 。 設(shè)計(jì)好的導(dǎo)航界面如圖 415所示。 變量組態(tài) 變量組態(tài)就是將變量連接到圖形對(duì)象上去，這是一種簡(jiǎn)單的組態(tài)形式。 當(dāng)然，通過(guò)右擊選擇“屬性”進(jìn)入屬性對(duì)話框， 如圖 417所示 ， 在“輸入 /輸出域”的“輸出值”再右擊選擇“變量”也可以進(jìn)行變量的連接。這種組態(tài)用在實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的跳轉(zhuǎn)上。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 29 圖 418 畫(huà)面切換設(shè)置 “直接連接”對(duì)話框中，如圖 419所示 。 圖 419 畫(huà)面連接 礦山空氣壓縮機(jī)智能監(jiān)控 控制仿真 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 30 組態(tài)報(bào)警 報(bào)警組態(tài)其實(shí)也是變量組態(tài)的一種形式，所不同的是報(bào)警組態(tài)是在報(bào)警記錄（也可以說(shuō)報(bào)警記錄編輯器）中進(jìn)行的。在組態(tài)期間，可對(duì)過(guò)車工內(nèi)中應(yīng)出發(fā)消息的時(shí)間進(jìn)行定義。 報(bào)警記錄的內(nèi)容和功能 報(bào)警記錄有兩個(gè)系統(tǒng)組成：組態(tài)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)。 報(bào)警的消息塊：系統(tǒng)塊、過(guò)程值塊、用戶文本塊。 圖 420 報(bào)警記錄設(shè)置 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 31 組態(tài)過(guò)程值歸檔 在 WinCC 項(xiàng)目管理器中打開(kāi)變量記錄編輯器，如圖 421 所 示。 礦山空氣壓縮機(jī)智能監(jiān)控 控制仿真 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 32 圖 424 變量趨勢(shì)歸檔 趨勢(shì)圖表和趨勢(shì)畫(huà)面如圖 425 所示。 圖 430 變量常規(guī)設(shè)置 圖 431 歸檔值設(shè)置及變量選擇 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 35 圖 432 變量權(quán)限 總的歸檔圖變量和歸檔表如圖 433 和 434 所示。 參數(shù)設(shè)置 介紹 如圖 51 通過(guò)基本操作面板更改參數(shù)的數(shù)值改變 頻率 。 ：將控制字 047F 傳送給 PZD1 中的 STW，將所設(shè)定的頻率值傳送給 PZD1 中的 HSW（主設(shè)定值）。 此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于啟動(dòng)狀態(tài)，但設(shè)定頻率必須為 0， PLC 給定值必須之后進(jìn)行賦值。狀態(tài)字和實(shí)際值可從 , 讀出。 本系統(tǒng) 能顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)和參數(shù)，能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行操作，具有實(shí)時(shí)報(bào)警、 趨勢(shì)曲線、 報(bào)警記錄 查詢等 功能。此外，它還具有高度的開(kāi)放性和可擴(kuò)充性，可以連接第三方設(shè)備。WinCC 組態(tài)軟件已成為遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用和大型過(guò)程控制的理想選擇。隨著這篇本科畢業(yè)論文的最后落筆，我四 年的大學(xué)生活也即將劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)。 然后 ，我要衷心感謝一直以來(lái)給予我無(wú)私幫助和關(guān)愛(ài)的老師們，特別是我的指導(dǎo)老師 王影 老師， 實(shí)驗(yàn)室老師孫明革老師、劉麒老師 ，謝謝你們這四年以來(lái)對(duì) 我的關(guān)心和照顧，從你們身上，我學(xué)會(huì)了如何做人做事，如何面對(duì)我將后的