【文章內容簡介】 36 第 7 章 上位機與 PLCSIM 的仿真 38 S7PLCSIM 簡介 38 S7PLCSIM 的主要功能 38 S7PLCSIM 與實際 PLC 的區(qū)別 38 PLCSIM 調試程序的步驟 38 PLCSIM 與 WinCC 仿真結果 40 PLCSIM 與觸摸屏仿真結果 41 觸摸屏與 WinCC 的仿真結果 42 結 論 44 參考文獻 45 附 錄 A 46 附 錄 B 58 致 謝 61 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 1 第 1 章 緒論 選題的目的及意義 隨著 科技的日新月異，在工業(yè)生產中 ，傳統(tǒng)的生產方法已不能滿足人們的需要。許多生產過程都離不開液體混合。尤其在煉油、化工、制藥等行業(yè)中，液體混合是必不可少的工序，而且也是其生產過程中十分重要的組成部分。 傳統(tǒng)的液體混合裝置完全由人工操作，無論在配料、混料等階段都存在諸多不確定因素，產品質量無法保證，廢品多、人工投入大?？垢蓴_能力差以及系統(tǒng)升級改造困難等等，對產品質量和生產效率也難于提高 [7]。 本文給出基于 WinCC的液體混合仿真系統(tǒng)的設計，其主要著力點在于液體混料比例的精確性和均勻性，這同樣也是產品品質一致性的保障。 WinCC（ Windows Control Center）是西門子開發(fā)的在 WINDOWS 環(huán)境下解決生產和過程自動化、可視化信息、顯示和實現控制策略，即實現 SCADA 系統(tǒng)人機接口（ HMIHuman Machine Interface）的組態(tài)軟件。它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的各種功能模板，能實現高性能的過程耦合、快速的畫面更新和可靠的資料處理，具有較高的實用性。它在 Windows NT 或 Windows 20xx 標準壞境中提供確?？煽康乜刂粕a過程的所有功能。 WinCC的顯著特性是全面開放，很容易結合標 準的或用戶的程序建立人機接口，精確地滿足生產實際要求。系統(tǒng)集成商可應用 WinCC作為其系統(tǒng)擴展的基礎，通過開放接口開發(fā)自己的應用軟件。 WinCC是基于 32 位的應用軟件 Windows 32 位操作系統(tǒng)的搶先多任務的特性確保了對過程事件的快速反應，并提供了多種防止資料丟失的保護， WinCC使用了面向對象的軟件編程技術，將所有工程工具的組態(tài)功能集成在一起，提供用于過程可視化和操作的全部基本功能。此外，提供寬范圍的編輯功能接口，使用戶為其獨特的應用單獨組態(tài)。 WinCC組態(tài)軟件提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔 以及報表的各種功能模板，能實現高性能的過程偶合、快速的畫面更新和可靠的資料處理，具有較高的實用性 [13]。 采用 PLC對容器中的液位進行監(jiān)控控制，其電路結構簡單，設備投資少，監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動化程度高還具有在線修改功能，靈活性強等優(yōu)點，適用于多段液位控制的監(jiān)控場合。并且 PLC作為新一代的工業(yè)控制器，具有體積小、編程簡單、使用方便，抗干擾能力強、可靠性高等一系列優(yōu)點，易于實現機電一體化 [1]。 基于 WinCC 的液體混合仿真系統(tǒng)設計 2 液體混合生產的現狀及發(fā)展 現狀 目前國內外此類控制系統(tǒng)主要是采用 DCS，這是由于液位控制系統(tǒng)的儀表 信號較多，采用此系統(tǒng)性價比相對較好。 PLC 和 DCS 由于在早期開發(fā)時，是由兩種技術人員開發(fā)的，面向不同的控制對象。 PLC 主要針對于汽車制造，模擬量極少甚至沒有，開發(fā)人員主要是電氣技術人員，它用計算機的邏輯運算代替繼電器邏輯。稍晚一點推向市場的是 DCS，它是由原來的儀表技術人員開發(fā)的，它在運算放大器的基礎上用計算機的模擬運算代替原來的模擬運算。這兩者所研究的內容不同， DCS 首先應用在石化系統(tǒng)，后來兩者都想占有市場， PLC 增加了模擬量的運算， DCS 開發(fā)了邏輯運算。但兩者在新開發(fā)的部分都存在有一些缺陷， PLC 開發(fā)的 模擬量運算功能塊少，編程較為復雜，價格也比較昂貴。每一個回路大概要 2300 美金左右， DCS 開發(fā)的邏輯運算一個與非門的運算需要幾十毫秒，而 PLC 只要零點幾毫秒。 但是 DCS 的維護費用高，對接地電阻要求嚴格，經常會由于接地電阻不能滿足要求而燒壞模件。 PLC 對接地電阻要求不嚴格，所以維護費用比較低。高檔 PLC 如 AB 公司的 PLC5C 系列等，有專門的冗余產品系列，也有專門的模擬量過程控制模塊。以高檔次 PLC 系列產品代替 DCS，一般情況下可以 節(jié)約資金 。 PLC 一般應用在小型自控場所，比如設備的控制或少量的模擬量的控 制及 聯 鎖，而大型的應用一般都是 DCS。 本次設計中，用到的點數較少，可以利用 PLC 進行編程及仿真。 發(fā)展 PLC 于 60年代末期在美國首先出現，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計時、計數等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。 1976 年正式命名，并給予定義： PLC 是一種數字控制專用電子計算機，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數與演算等功能，并通過模擬和數字輸入、輸出等組件，控制各種機械或工作程序。經過 30 多年的發(fā)展， PLC 已十分成熟與完善，并開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能 。并且隨 著電子技術的不斷發(fā)展， PLC 在儀表控制方面的功能已經不斷強化 [1]。用于回路調節(jié)和組態(tài)畫面的功能不斷完善，而且 PLC 的抗干擾的能力也非常強，對電源的質量要求比較低。目前已有許多企業(yè)采用先進控制器對傳統(tǒng)接觸控制進行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產保障，所以 PLC 在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了良好的應用 [2]。 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 3 以往常采用傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制，使用硬連接電器多，可靠性差，自動化程度不高。當前國內許多地方的此類控制系統(tǒng)主要是采用 DCS，這是由于液位控制系統(tǒng)的儀表信號較多，采用此系統(tǒng)性 價比相對較好，但隨著電子技術的不斷發(fā)展， PLC在儀表控制方面的功能已經不斷強化。用于回路調節(jié)和組態(tài)畫面的功能不斷完善，而且 PLC的抗干擾的能力也非常強，對電源的質量要求比較低。目前已有許多企業(yè)采用先進控制器對傳統(tǒng)接觸控制進行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產保障，所以 PLC在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了良好的應用。 目前廣泛使用的檢測方法有 PLC 控制，繼電器控制，單片機控制等。其中 PLC 檢測控制系統(tǒng)應用最為廣泛。因為其具有以下特點 [3]： 1． 可靠性 PLC 不需要大量的活動元件和連 線電子元件。它的連線打打減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單，維修時間短。 PLC 采用了一系列可靠性設計的方法進行設計。例如：冗余的設計。斷電保護，故障診斷和信息保護及恢復。 PLC 有較高的易操作性。它具有編程簡單，操作方便，維修容易等特點，一般不容易發(fā)生操作的錯誤。 PLC 是為工業(yè)生產過程控制而專門設計的控制裝置，它具有比通用計算機控制更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了精簡化的編程語言。編程出錯率大大降低。 2． 易操作性 對 PLC 的操作包括程序輸入和程序更改的操作。程序的輸入直接可接顯示，更改程序的操作也可以直接 根據所需要的地址編號或接點號進行搜索或程序尋找，然后進行更改。 PLC 有多種程序設計語言可供使用。用于梯形圖與電氣原理圖較為接近。容易掌握和理解。 PLC 具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快找到故障的部位。 3． 靈活性 PLC 采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語句描述編程語言。編程方法的多樣性使編程簡單、應用而拓展。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。 以上特點使用 PLC 控制系統(tǒng)具有可靠性高，程序設計方便靈活，抗干擾 能力強，運行穩(wěn)定等諸多優(yōu)點今后 PLC 控制系統(tǒng)還會得到更廣泛的使用。 本課題設計的主要內容 本文介紹了基于 WinCC的液體混合系統(tǒng)仿真設計。 采用組態(tài)軟件 WinCC 控制系統(tǒng)方案，利用 step7300編程，并結合了 WinCC flexible觸摸屏的手動控制，設計了液體混合基于 WinCC 的液體混合仿真系統(tǒng)設計 4 控制系統(tǒng)仿真畫面、實況模擬、變量記錄、報警記錄等界面，實現了液體混合控制系統(tǒng)的仿真設計。該控制系統(tǒng)配置靈活、控制可靠、維修方便，提高了生產效率，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定運行。 設計任務圖如圖 11所示。 畢 業(yè) 設 計 所 需 完 成 內 容上 位 機下 位 機W i n C C觸 摸 屏S T E P 3 0 0 硬 件 組 態(tài)登錄畫面系 統(tǒng)工 藝流 程圖變量記錄報警畫面登錄畫面啟動畫面配方畫面調速畫面程序編程模擬仿真儀表柜端子接線圖變 頻 器與P L C實 現固 定頻 率控 制 圖 11 設計任務圖 根據設計任務圖，本次設計在以上面的幾個方面都完成了任務。 在運行此項目時，首先是通過觸摸屏的按鈕對 PLC程序進行操作的，然后利用 STEP7300程序通過與 WinCC的通訊對上位機畫面進行操作。通過以上操作，才能實現本次設計的內容，即基于 WinCC的液體混合系統(tǒng)的仿真設計。 吉林化工學院畢業(yè)設計說明書 5 第 2 章 工藝及控制方案的設計 系統(tǒng)構成框圖是指，系統(tǒng)在投入使用的工作環(huán)境下的硬件組成。我們的設計主要是針對于軟件部分進行仿真，但實際上是需要靠硬件來實現對 設計的控制要求。所以現場的硬件組成部分，是實現對設計的控制要求的必要組成部分。如果在硬件方面沒有進行正確的構造，則軟件部分將無法實現對設計的控制要求。本次設計硬件系統(tǒng)構成框圖如圖 21 所示。 W i n C C 觸 摸 屏PS 307 5