【正文】 .................................... 24 第 IV頁 結(jié)論 .............................................................................................................................. 26 致謝 .............................................................................................................................. 27 參考文獻 ...................................................................................................................... 28 附錄 A 外文原文 ......................................................................................................... 30 附錄 B 譯文 ................................................................................................................. 36 第 1頁 1 緒論 課題的研究背景 隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機技術(shù)和信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和迅猛發(fā)展，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。 交流調(diào)速技術(shù)概況 隨著生產(chǎn) 技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯現(xiàn)出來。一些現(xiàn)場總線在國內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)取得良好業(yè)績?nèi)?Foundation Fieldbus 、 HART 、 LonWorks、 Profibus 和 WorldFIP 等它們有的已經(jīng)打入國內(nèi)重點工程有的已經(jīng)在特定領(lǐng)域獲得廣泛認同幾乎成為事實上 的標(biāo)準(zhǔn) [3] 。 全文共分四章。 （ 5） 組態(tài)王 組態(tài)王軟件是國家第一家較有影響力的組態(tài)軟件開發(fā)公司產(chǎn)品。組態(tài)軟件向 下應(yīng)能與低層的數(shù)據(jù)采集設(shè)備通信，向上能與管理層通信，實現(xiàn)上位機與下 第 8頁 位機的雙向通信。在工廠自動化中，應(yīng)用 SIMATIC ET200 分布式 I/O 是解決控制量分散的一個優(yōu)秀方案。 編程理念是采用模塊化和步進邏輯法，按照過程的時間段分為 6 個，上一個模塊完成將下一個模塊開啟，并將自身鎖定，依次類推，完成整個過程。 S7300 PLC 的優(yōu)點 相對于其它廠家的 PLC，西門子 PLC 有以下一些優(yōu)勢： 性能穩(wěn)定，通用性好；程序的結(jié)構(gòu)化方面更強大；西門子的仿真軟件 S7300 要強大些；對于各種小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)中 S7300 即方便又便宜； S7300 具有強大的功能支持及用戶進行編程啟動和維護等。其通信模型采用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層三層，支持點對點主從應(yīng)答方式和多點廣播方式。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù) 、 站地址 、輸入 /輸出地址 、 輸入 /輸出數(shù)據(jù)格式 ， 診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。強大的診斷功能，三級診斷診斷信息。系統(tǒng)運行環(huán)境由若干個運行程序組成，如圖形界面運行程序、實時數(shù)據(jù)庫運行程序等。 WinCC 基本機構(gòu)包括 ： 第 21頁 變量管理器 變量管理器管理著 WinCC 中所有使用的外部變量、內(nèi)部變量和通信驅(qū)動程序等。 (5) 與基于 PC的控制器 SIMATIC WinCC的緊密接口 ： PLC操作、監(jiān)控系統(tǒng)在一臺 PC機上結(jié)合無疑是一個面向未來的概念。 人機界面(human machine interface)的開發(fā)采用組態(tài)軟件來完成。自動控制系統(tǒng)采用西門子S7300 型 PLC 加擴展模塊實現(xiàn)， PLC 和計算機的使用滿足了用戶生產(chǎn)自動化和工藝多樣化的需求；利用變頻器自身具有的軟啟動和多種保護功能的設(shè)定，達到了對電機安全可靠的控制；以及相關(guān)軟件的應(yīng)用，使監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了可視化和實時監(jiān)控等功能。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計，趙老師放棄了自己的休息時間，他的這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他表示我 誠摯的謝意。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和解決 ： （ 1） 界面內(nèi)容雖然豐富 ， 不過設(shè)計不可能都是完完全全符合于生產(chǎn)實際的 ，需要經(jīng)過不斷的調(diào)試 ， 讓界面更 加的符合人性化、易操作性和更便于管理。在 設(shè)計中圖形的編輯是非常重要的，在WinCC 中要有美觀的界面、變量與下位機的連接等 [18] 。 報表編輯器 報表編輯器提供許多標(biāo)準(zhǔn)的報表，也可自行設(shè)計各種格式的報表，可以按照設(shè)定的時間進行打印工作。而動態(tài)屬性則與表達式的值有關(guān)，表達式可以是來自 I/O 設(shè)備的變量，也可以是由變量和運算符組成的數(shù)學(xué)表達式。1:拋物線特性 P114=1 控制系統(tǒng)的工藝邊界條件， 1：扭矩、齒輪傳動和較大的慣性矩 P383=0 確定電機冷卻方式 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)生器加速時間 P463=0 斜坡函數(shù)發(fā)生器加速時間的單位 o:s。 模塊診斷操作：一 個站點的某具體 I/O 模塊故障。 INTERBUS INTERBUS 采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 的開放化系統(tǒng)互聯(lián) OSI 的簡化模型（ 1， 2， 7 層），即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，具有強大的可靠性、可診斷性和易維護性。 FF 分低速 H1 和 高速 H2 兩種通信速率。它與 CPU 模塊和其他信號模塊之間通過電纜連接，而不是通過背板總線連接。采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使電動機低噪聲運行。 （ 3）通用性，每個用戶根據(jù)工程實際情況，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、開放式的數(shù)據(jù)庫和畫面制作工具，就能完成一個具有動畫效果、實時數(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。 WinCC監(jiān)控軟件提供了友好的操作界面，用戶可根據(jù)需要形成操作畫面、監(jiān)控畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等，因而在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 [5] 。重點是人機界面設(shè)計，這也是本設(shè)計的重中之重。早期設(shè)備自動化監(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)場各處的參數(shù)通過統(tǒng)一的模擬信號，例如 的氣壓信號， 420mA 的直流電流信號， 15V 直流電壓信號等，送往集中監(jiān)控室。目前，交流 調(diào)速逐步代替直流調(diào)速的時代已經(jīng)到來 [2] 。 組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件，譯自英文 SCADA，即 Supervisory Control and Data Acquisition (數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制 )，指的是一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。 本 設(shè)計 首先介紹了本課題的背景以及論文要完成的工作，分析了交流調(diào)速技術(shù)、現(xiàn)場總線和監(jiān)控系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及未來的發(fā)展前景。 這在大量應(yīng)用和各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實例中得以證明，包括：造紙和紙品加工、給水系統(tǒng)、水處理和污水凈化、電子系統(tǒng)、汽車工業(yè)、化 工和制藥行業(yè)、印刷行業(yè)、能源供應(yīng)和分配、貿(mào)易和服務(wù)行業(yè)、塑料和橡膠行業(yè)、機械和設(shè)備成套工程、金屬加工業(yè)、食品、飲料和煙草行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、運輸行業(yè)等等。 隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，交流電動機控制技術(shù)的發(fā)展方興未艾，各種新的控制策略正在不斷涌現(xiàn)，展現(xiàn)出更為廣闊的前景，必將進一步推動交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展。 本課題的主要研究內(nèi)容 主要研究 全數(shù)字交流調(diào)速在工業(yè)現(xiàn)場的實際應(yīng)用情況、 PLC 在工業(yè)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀、各種制作工業(yè)控 制人機界面軟件的應(yīng)用情況及優(yōu)缺點、工業(yè)控制中 WinCC 的使用、組態(tài)、通訊等。 Citech 的組態(tài)軟件腳本語言并非是面向?qū)ο蟮模穷愃朴?C 語言。 （ 3）良好的開放性 社會化的大生產(chǎn)，使得系統(tǒng)構(gòu)成的全部軟硬件不可能出自一家公司的產(chǎn)品，―異構(gòu) ‖是當(dāng)今控制系統(tǒng)的主要特點之一。分布式 I/O 設(shè)備便是這類系統(tǒng)的理想的解決方案。 三相異步電動機 本設(shè)計選用 JW6314180W 三相異步電動機，因為此電動機符合實驗使用標(biāo)準(zhǔn)，且性能好，價格低廉。 CP 通訊處理器用于 PLC 之間、 PLC 與計算機和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC 接入 PROFIBUSDP 和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實現(xiàn)點對點通信等。 Lonworks 技術(shù)采用的 LonTalk 協(xié)議被封裝到 Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實現(xiàn)。 (2) 總線存取 各主站間令牌傳 遞，主站與從站間為主－從傳送。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入 同步。通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)，供系統(tǒng)運行環(huán)境運行時使用。 WinCC 集成了 SCADA、組態(tài)、腳本語言等先進技術(shù)，為用戶提供了 Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能，繼承了西門子公司的全集成自動化(TIA)產(chǎn)品的技術(shù)先進和無縫集成的特點 [16] 。 (3) 集成 ODBC/QSL數(shù)據(jù)庫 ： SQL2021標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫集成于 WinCC，所有面向列表的組態(tài)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)均存儲于此庫中，可以容易的使用標(biāo)準(zhǔn)查詢語言(SQL)或使用 ODBC驅(qū)動訪問 WinCC數(shù)據(jù)庫，如這些訪問選項允許 WinCC對其他Windows程序和數(shù)據(jù)庫開放它的數(shù)據(jù)。 通過上述 WinCC 站和 S7300PLC 之間進行數(shù)據(jù)通訊的硬件及軟件配置，實現(xiàn)了上位機監(jiān)控畫面到 PLC 程序的數(shù)據(jù)交換。 對于 WinCC 組態(tài)軟件對復(fù)雜工程設(shè)計的研究與實現(xiàn)，這也是當(dāng)今自動化工業(yè)領(lǐng)域的一種必然趨勢，具有廣闊的發(fā)展前景。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益匪淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵是分不開的。 每一個 PLC 只能被 4 臺上位機 （ 觸摸屏、 PC 機、手持編程器等等 ）連接 ， 無論什么連接方式 （ MPI、 TCP/IP 等 ） 所以需要在 WinCC上設(shè)定服務(wù)器和客戶機的方式來解決。 WinCC 要與網(wǎng)絡(luò)建立通訊連接，必須做以下工作：為 PLC 選擇與 WinCC 進行通訊的合適的通訊模塊；為 WinCC 所在的站的 PC 機選擇合適的通訊處理器；在 WinCC 項目上選擇通道單元。 用戶管理器 用話管理器用來分配、管理和監(jiān)控用戶對組態(tài)和運行系統(tǒng)的訪問權(quán)限。各種報警、報表、趨勢都是動畫鏈接的對象，其數(shù)據(jù)源都可以通過組態(tài)來指定。1:min。 運行：在這種狀態(tài)下， DPM1 處于數(shù)據(jù)傳輸階段 ， 循環(huán)數(shù)據(jù)通信時， DPM1從 DP 站讀取輸入信息并向從站寫入輸出信息。原因是其具有傳輸速率可在 ～ 12MB/S間選擇，傳輸介質(zhì)可以用金屬雙絞線或光纖，提供通用的功能模塊管理規(guī)范，在一定范圍內(nèi)可實現(xiàn)互操作，每條總線區(qū)段可連接 32 個設(shè)備等。 BIT 總線 該總線是 Intel 公司為單片微機在集散式測控系統(tǒng)中進行通信傳輸而設(shè)計的一種主從式 高速串行網(wǎng)。 中央處理器（ CPU） S7300 的 CPU 模塊（簡稱 CPU）集成了過程控制功能，用于執(zhí)行用戶程序。在矢量控制時，電機不會因矢量運算錯誤或定向不準(zhǔn)確而導(dǎo)致脈振，這一特點也使得 6SE70 變頻器能夠在成組傳動 (一臺變頻器帶多臺電機 )中采用矢量控制，從而使傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能提高。多種性能遞增的 CPU 和豐富且功能方便的 I/O 擴展模塊，使用戶可以根據(jù)實際需要靈活組建，以適應(yīng)小 /中規(guī)模 性能要求的任務(wù)。利用各種功能模塊，完成實時監(jiān)控 ， 產(chǎn)生功能報表 ， 顯 示歷史曲線、實時曲線、提供報警等功能，使系統(tǒng)具有良好的人機界面，易于操作，系統(tǒng)既適用于單機集中式控制、 DCS分布式控制，也可以是帶遠程遇信能力的遠程測控系統(tǒng)。其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，并能同時支持各種硬件廠家的計算機和 I/O產(chǎn)品，與高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口，進行系統(tǒng)集成 。 經(jīng)過近些年國內(nèi)科 技的飛速發(fā)展，在監(jiān)控系統(tǒng)這個領(lǐng)域也取得了優(yōu)異的成績。 第 3頁 在實際中這些要求還沒有得到較好的實現(xiàn)，無論是在電機生產(chǎn)、電機應(yīng)用還是中高等學(xué)校的電機課程教學(xué)中。其 與人機界面的區(qū)別是所處運行環(huán)境大都是針對計算機 /工控機而言的。 遼 寧 科 技 學(xué) 院 （ 2021 屆） 本科畢業(yè)設(shè)計 題目： 基于 WinCC 的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)控 界面設(shè)計 專題： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 說明書 40