【正文】 位控制模式的選擇，調(diào)用急停、故障應(yīng)答等。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 25 方案二系統(tǒng)原理圖 通過兩種方案的比較，本系統(tǒng)選擇方案一，利用 PID 運(yùn)算控制流量輸出比例，上位采用 WinCC 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，使用 S7300 控制系統(tǒng)運(yùn)行。有流量設(shè)定值和實(shí)際值的顯示，上下限報(bào)警，灌裝的個數(shù)顯示，手動 /自動的提示，方便觀察灌裝生產(chǎn)線流量閉環(huán)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況。 電動截止閥：控制閥的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)流量控制按照設(shè)定比例值向混料罐添加物料，實(shí)現(xiàn)物料混合恒定。 手動運(yùn)行 :在系統(tǒng)待機(jī)后，將手 /自動模式選擇開關(guān)打到手動模式，就可以對北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 系統(tǒng)中的供料泵 /電磁閥及電動調(diào)節(jié)閥、傳送帶等設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)控制，主要用于檢測相關(guān)設(shè)備是否工作正常，進(jìn)而可以保證系統(tǒng)中物料混合的精確性。 待機(jī)模式：在系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)時，按下控制面板上的系統(tǒng)啟動按鈕，系統(tǒng)啟動指示燈點(diǎn)亮，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)待機(jī)后就可以進(jìn)行手動 /自動模式的選擇。 灌裝生產(chǎn)線流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 系統(tǒng)主要由流量檢測傳感器、電動調(diào)節(jié)閥、變頻調(diào)速泵、變頻器、 PLC 和監(jiān)控裝置等組成。 在灌裝生產(chǎn)線中幾種物料的合成、混合是很常見的工序 ， 完善的自動控制裝置是提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。將WinCC 與 S7300 的通信連接，建立 WinCC 的變量與 PLC 控制器變量之間的連接，設(shè)計(jì) WinCC 圖形畫面，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行。當(dāng)兩個物料罐向混料罐添加物料時，其液位會下降。 信號分析 表 11 數(shù)字量輸入信號 （續(xù)） 13 SB10 攪拌機(jī)開關(guān)按鈕 14 SB11 傳送帶電機(jī)正向點(diǎn)動按鈕 15 SB12 傳送帶電機(jī)反向點(diǎn)動按鈕 16 SB13 計(jì)數(shù)值清零 17 SB14 手動主泵啟動按鈕 序號 符號 名稱 1 SB1 系統(tǒng)啟動按鈕 2 SB2 系統(tǒng)停止按鈕 3 SB3 手動 /自動選擇 4 SB4 就地 /遠(yuǎn)程選擇 5 SB5 故障復(fù)位按鈕 6 SB6 急停按鈕 7 SQ1 空瓶位置接近開關(guān) 8 SQ2 灌裝位置接近開關(guān) 9 SQ3 成品位置接近開關(guān) 10 SB7 電磁閥 QM1 按鈕 11 SB8 電磁閥 QM2 按鈕 12 SB9 電磁閥 QM3 按鈕 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 18 SB15 手動主泵停止按鈕 19 SB16 電磁閥 QM4 按鈕 表 12 數(shù)字量輸出信號 （續(xù)） 序號 符號 名稱 1 L1 系統(tǒng)啟動指示燈 2 L2 系統(tǒng)停止指示燈 3 L3 手動模式指示燈 4 L4 自動模式指示燈 5 L5 就地控制指示燈 6 L6 遠(yuǎn)程控制指示燈 7 L7 QM1 閥指示燈 8 L8 QM2 閥指示燈 9 L9 A罐液位上限燈 10 L10 A罐液位下限燈 11 L11 B 罐液位上限燈 12 L12 B 罐液位下限燈 13 L13 混料罐液位上限燈 14 L14 混料罐液位下限燈 15 L15 急停指示燈 16 M1 A罐供料泵 17 M2 B 罐供料泵 18 M3 攪拌電機(jī) 19 M4 灌裝生產(chǎn)線電機(jī) 20 QM1 A罐進(jìn)料閥門 QM1 21 QM2 B 罐進(jìn)料閥門 QM2 22 QM3 混料灌出料閥門 QM3 23 L21 傳送帶正向運(yùn)行 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 表 13 模擬量輸入地址 序號 符號 名稱 1 S1 A罐液位傳感器 2 S2 B 罐液位傳感器 3 S3 A罐流量變送器 4 S4 B 罐流量變送器 5 S5 混料罐液位傳感器 6 S6 A罐供料管道流量變送器 7 S7 B 罐供料管道流量變送器 8 S8 儲存罐液位傳感器 表 14 模擬量輸出 序號 符號 名稱 1 QN0 A罐供料管道電動調(diào)節(jié)閥 2 QN1 A罐出料電動調(diào)節(jié)閥 3 QN2 B 罐出料電動調(diào)節(jié)閥 4 QN3 B 罐供料管道電動調(diào)節(jié)閥 24 L22 傳送帶反向運(yùn)行 25 L16 A罐供料泵運(yùn)行指示燈 26 L17 B 罐供料泵運(yùn)行指示燈 27 L18 攪拌電機(jī)運(yùn)行指示燈 28 L19 QM3 閥指示燈 29 QM4 儲存罐出料閥門 QM4 30 L20 QM4 閥指示燈 31 L21 終端指示燈 32 Nixie Tube 數(shù)碼管顯示 QW6 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 第 節(jié) 項(xiàng)目中各個組成部分的作用 1） HMI:人機(jī)界面，可遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運(yùn)行和觀察系統(tǒng)運(yùn)行的狀況。 傳送帶電動機(jī)：接收控制信號，控制傳送帶正向運(yùn)行或反向運(yùn)行。 圖 22 電器布置圖 方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)通過采集控制面板、 PC 機(jī)、傳感器、變送器和 HMI 的輸入信號，經(jīng)過CPU單元分析處理，轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲂盘?，輸送給 HMI 和儀器儀表顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制變頻器、電機(jī)、指示燈、接觸器和電磁閥、物料灌裝生產(chǎn)線自動控制，總體方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)原理如圖 23 所示。擴(kuò)展數(shù)字量輸入模3 混料罐 1 DRCG 4 傳送帶電機(jī) 1 Y112M44Kw 5 供料泵 2 CT61 6 攪拌器電機(jī) 1 YN6010 7 電動截止閥 3 2W20020 8 電動調(diào)節(jié)閥 4 9 流量傳感器 4 KZLWGY 10 手動閥 6 DF6503 11 流量計(jì) 4 LDG20SMZE100 12 變頻器 MM440 2 6SE64402AB175AA1 13 智能儀表 4 WL 系列 14 管道 若干 PVC 系列 15 空氣開關(guān) 4 DZ10250 16 按鈕 10 PBS17A 17 指示燈 若干 AD11 18 電線 若干 YJV/VV 19 PLC 模塊導(dǎo)軌 1 6ES7 3901AE800AA0 20 液位傳感器 3 MIKP260（ MEACON） 21 位置傳感器 3 PESD18DO10(30)D 22 傳送帶 1 L 型號 PU（ MYBELT） 23 PROFIBUSDP 總 線 1 6XV1 830 6XV18300EH10 24 熱繼電器（西門子） 4 3UA52401D 25 電磁繼電器 (OMRON) 4 MY2NJ 26 繼電器底座 (OMRON) 4 PYF08AE 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 塊 DI32 輸入地址為 0～ 3；數(shù)字量輸出模塊 DO32 輸出地址為 2～ 5；模擬量輸入模塊 AI8，輸入地址為 200～ 215，模擬量輸出模塊 AO4，輸出地址為 300～ 307。 急停處理 FC10：急停功能的設(shè)置是為了本系統(tǒng)的安全運(yùn)行 而設(shè)計(jì)的。 WinCC是基于 Windows NT 32位操作系統(tǒng)的，在 Windows NT或 Windows 2021 標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中， WinCC 具有控制自動化過程的強(qiáng)大功能 ，它是基于個人計(jì)算機(jī)，同時具有極高性價比的操作監(jiān)視系統(tǒng)。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 55 建立變量 依次完成變量數(shù)據(jù)的建立，變量數(shù)據(jù)窗口如圖 56 所示。 圖 511 流量趨勢圖 報(bào)警畫面 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 報(bào)警畫面實(shí)時顯示當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的故障消息文本和報(bào)警記錄，在該畫面中對消息變量、消息類別、消息文本、故障點(diǎn)，以及報(bào)警消息的“進(jìn)入”、“離開”、“已確認(rèn)”等狀態(tài)進(jìn)行組態(tài)，如圖 512 所示。該系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對象組成。 輸出端設(shè)計(jì) 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 46 LMN（受控?cái)?shù)值）：用于存儲受控?cái)?shù)值。在調(diào)節(jié)比例系數(shù)時，由于電磁調(diào)節(jié)閥反應(yīng)很快，因此比例系數(shù)不需要設(shè)得很大。 本次設(shè)計(jì)中主要用到了衰減曲線法。 CYCLE（采樣時間）：設(shè)定時間，與 OB35 設(shè)定時間保持一致。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 圖 517 添加新用戶 為了在運(yùn)行系統(tǒng)中調(diào)用登陸對話框，用戶必須在“項(xiàng)目屬性”的“熱鍵”選項(xiàng)卡中定義登錄和退出的快捷鍵，如圖 518 所示。系統(tǒng)有遠(yuǎn)程控制和就地控制兩種運(yùn)行方式，由控制面板上的選擇開關(guān)設(shè)置。自動化控制系統(tǒng)與人機(jī)界面 HMI（ Human Machine Interface）設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換是通過變量實(shí)現(xiàn)通信的。 例如在程序運(yùn)行過程中，傳感器采集到的液位、流量等數(shù)據(jù)在程序中無法與采集到的數(shù)據(jù)保持一致；在程序中應(yīng)控制電磁閥開，但實(shí)際電磁閥卻未開啟，或者控制電磁閥瞬時未關(guān)閉；某個開關(guān)量的控制不到位或者數(shù)據(jù)不統(tǒng)一。下面對本系統(tǒng)各個程序塊作簡要介紹。 PLC S7200數(shù)據(jù)塊保存在 RAM里，所以一旦超級電容沒有電（斷電 100小時）數(shù)據(jù)就丟失。 在監(jiān)控系統(tǒng)中，操作者可以清楚地監(jiān)視生產(chǎn)線的運(yùn)行，可以在上位設(shè)定流量值。 9)接觸器、電磁閥：通過 CPU處理的輸出信號，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的需求。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個系統(tǒng)設(shè)備都設(shè)有運(yùn)行指示燈，顯示設(shè)備的運(yùn)行狀況；各個模擬量都設(shè)有相應(yīng)的報(bào)警功能，當(dāng)實(shí)際值超出所設(shè)上下限的值時，相應(yīng)的報(bào)警燈應(yīng)亮起實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。物料混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為：模式選擇、待機(jī)模式、自動運(yùn)行、手動運(yùn)行等，具體功能介紹如下： 模式選擇：在工程項(xiàng)目中，有手 /自動模式的選擇，有上 /下位模式的選擇，以便完成系統(tǒng)的一些細(xì)節(jié)的操作。應(yīng)用本項(xiàng)設(shè)計(jì)，可以更簡單、快捷地對大型設(shè)備實(shí)現(xiàn)上位操作和全面的控制，從而減少勞動力，保障生產(chǎn)安全，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 灌裝生產(chǎn)線流量閉環(huán)控制系統(tǒng)由流量檢測傳感器、電動調(diào)節(jié)閥、變頻調(diào)速泵、變頻器、 PLC和監(jiān)控裝置等組成。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 1 章 灌裝生產(chǎn)線流量閉環(huán)控制系統(tǒng)概述 第 節(jié) 系統(tǒng)控制任務(wù)與設(shè)計(jì)要求 在化工業(yè)快速發(fā)展的現(xiàn)代，物料配料混合系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)越來越受到重視，傳統(tǒng)的人工物料配料混合法，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會的需要。這時液位傳感器將檢測值送往 PLC 處理，之后將處理值送往物料罐的進(jìn)料電磁閥 QM1 和 QM2，控制閥的開關(guān)，使兩個罐的液位值保持在系統(tǒng)設(shè)定的范圍值之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)兩個物料罐液位控制。 2）控制面板：就地操作，控制系統(tǒng)的運(yùn)行。 11）傳送帶灌裝部分：是物料灌裝自動生產(chǎn)線，主要將傳送帶上的瓶子灌裝物料。 圖 23 總體方案的系統(tǒng)原理圖 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 1）方案 一 本方案為上位 HMI（ WinCC）控制， WinCC 可以控制和實(shí)時監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況。PLC 與 MM440 變頻器的硬件組態(tài)中，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)傳輸速度；設(shè)置 新建 PROFIBUS網(wǎng)絡(luò) 如圖 32 所示；把兩個 MM440 拖到主站下如圖 33 所示；選擇輸入輸出模塊如圖 34 所示；選擇變頻器參數(shù)以及地址如圖 35 和 36 所示。當(dāng)有本系統(tǒng)運(yùn)行時如有意外事故發(fā)生，操作人員在此緊急情況下按下急停按鈕，系統(tǒng)自動執(zhí)行急停處理功能。 WinCC 的顯著特性就是全面開放，它很容易結(jié)合用戶的下位機(jī)程序建立人機(jī)界面，精確 地 滿足控制系統(tǒng)的要求 。命名變量時，變量名在整個項(xiàng)目中必須唯一， WinCC 不區(qū)分變量名中的大小寫字符，變量名不得超過 128 字符。 圖 512 創(chuàng)建報(bào)警記錄 組態(tài) WinCC 報(bào)警控件，在報(bào)警畫面中，選擇“對象選項(xiàng)板” “控件” “ WinCC Alarm Control”，打開“ WinCC 報(bào)警控件屬性”對話框。圖中， r（ t）是給定值， y（ t）是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差 e（ t），有 e（ t） = r（ t）－ y（ t）； e（ t）作為 PID 控制器的輸入， u（ t）作為 PID 控制器的輸出和被控對象的輸入。 LMN_P（比例分量）：于監(jiān)控比例分量。首先將積分時間和微分時間都設(shè)成 0，將設(shè)定值分別定為 和 ，首先從 10 逐漸加大比例系數(shù)，一直到可以使響應(yīng)時間達(dá)到系統(tǒng)要求后，比例系數(shù)就可以確定出來。利用這種方法整定的結(jié)果可達(dá)到衰減率 φ = 的要求 。 D_SEL（微分分量接通）：控制微分是否接通。 圖 516 新建用戶 添加新用戶，在快捷菜單中選擇“添加用戶”命令，在“添加新用戶”對話框中設(shè)置用戶名稱和密碼，如圖 517 所示。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 圖 58 初始畫面 系統(tǒng)運(yùn)行畫面 運(yùn)行畫面可以顯示現(xiàn)場設(shè)備工作狀態(tài)、對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。 圖 51 WinCC 調(diào)用關(guān)系圖 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 52 畫面布局圖 第 節(jié) 建立 WinCC 與 PLC 的通信連接 添加新的驅(qū)動程序，建立新驅(qū)動程序的連接，設(shè)置連接的系統(tǒng)參數(shù)，檢查通信連接狀態(tài)。由于設(shè)計(jì)開始是以程序的編寫為開端，各個工作狀態(tài)下的程序基本是獨(dú)立編寫的，在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)不能正確地循環(huán)程序以達(dá)到系統(tǒng)預(yù)期的效果。主程序 OB1 調(diào)用 FC10 急停