【正文】 圖 63 流量趨勢圖 設(shè)定值 比例系數(shù) 積分時間 微分時間 第一次 最大值 第一次 最小值 穩(wěn)態(tài) 最大值 穩(wěn)態(tài) 最小值 10 0 0 30 0 0 50 0 0 65 0 0 75 0 0 設(shè)定值 比例系數(shù) 積分時間 微分時間 第一次 最大值 第一次 最小。流量 A調(diào)試數(shù)據(jù)見表 61 所示和流量 B 調(diào)試數(shù)據(jù)表 62 所示。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?，F(xiàn)在以 A 罐和 B 罐為例子，闡述流量的調(diào)試過程。 第 節(jié) PID 調(diào)試數(shù)據(jù)及趨勢圖 在 S7－ 300 中通過對 FB41 的調(diào)用來實現(xiàn)閉環(huán)控制過程。 本次設(shè)計中主要用到了衰減曲線法。 如果知道控制對象的特性參數(shù)，即時間常數(shù) T、時間遲延 ξ 和放大系數(shù) K，則可按經(jīng)驗公式計算出調(diào)節(jié)器的參數(shù)。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。 ER（誤差信號）：用于監(jiān)控有效誤差。 LMN_I（積分分量）：用于監(jiān)控積分分量。 輸出端設(shè)計 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 46 LMN（受控數(shù)值）：用于存儲受控數(shù)值。 LMN_HLM（受控數(shù)值的上限）：設(shè)定為 。 PV_IN（過程變量輸入）：用于采集實際值。 CYCLE（采樣時間）：設(shè)定時間，與 OB35 設(shè)定時間保持一致。 I_SEL（積分分量接通）：控制積分是否接通。 比 例積 分微 分被 控 對 象r ( t ) ++e ( t )++u ( t ) y ( t )北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 45 圖 62 SFB41 的輸入輸出參數(shù)模塊圖 輸入端設(shè)計 COM_RST（完全再起動）： MAN_ON（手動數(shù)值接通）：防止手動接通。操作者可以通過參數(shù)打開或關(guān)閉 PID 控制器，以此來控制系統(tǒng)中的流量。 圖 61 PID 算法控制系統(tǒng)原理圖 第 節(jié) SFB41 的使用 在 S7－ 300 中通過對 FB41 的調(diào)用來實現(xiàn)閉環(huán)控制過程 ，采取 PID 控制流量的閉環(huán)設(shè)計。該系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對象組成。 PID 是比例、積分、微分的縮寫，將偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）通過線性組合構(gòu)成控制量，用這一控制量對被控對象進(jìn)行控制，這樣的控制器稱PID 控制器。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 44 第 6 章 流量的 PID 控制與調(diào)試 第 章 PID 的概念及其特點 在過程控制中，按偏差的比例（ P）、積分（ I）和微分（ D）進(jìn)行控制的 PID控制器（亦稱 PID 調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 43 圖 517 添加新用戶 為了在運行系統(tǒng)中調(diào)用登陸對話框，用戶必須在“項目屬性”的“熱鍵”選項卡中定義登錄和退出的快捷鍵，如圖 518 所示。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 42 圖 515 用戶管理器 組態(tài)用戶管理，單擊用戶管理器工具欄中的“新建組”按鈕，或在菜單欄中選擇“用戶” 添加“添加組”，可以新建用戶組，如圖 516 所示，輸入用戶組的名。 WinCC 可以通過給用戶分配不同的權(quán)限來控制WinCC 系統(tǒng)運行的訪問，即每個過程操作、檔案操作以及 WinCC 系統(tǒng)操作都會對未經(jīng)授權(quán)的訪問加以限制，保護(hù) 不被未經(jīng)授權(quán)訪問的操作。點擊 WinCC 項目管理器工具欄中的“激活”按鈕，同時打開 PLC 仿真器，運行項目，在報警畫面中，改變復(fù)選框的選項，拖動滾動條，管擦報警記錄顯示的變化情況。在“消息列表”選項卡中選擇消息顯示的元素并排列，如圖 513 所示。 圖 511 流量趨勢圖 報警畫面 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 報警畫面實時顯示當(dāng)前設(shè)備運行狀態(tài)的故障消息文本和報警記錄，在該畫面中對消息變量、消息類別、消息文本、故障點，以及報警消息的“進(jìn)入”、“離開”、“已確認(rèn)”等狀態(tài)進(jìn)行組態(tài)，如圖 512 所示。 圖 59 運行畫面 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 流量參數(shù)設(shè)置畫面 參數(shù)設(shè)置畫面用于通過觸摸屏來設(shè)置現(xiàn)場中根據(jù)工藝的不同需要修改變化的數(shù)據(jù)，在本系統(tǒng)設(shè)計中，參數(shù)設(shè)置是流量 A 和流量 B 兩個如圖 510 所示。單擊 WinCC 項目管理器瀏覽窗口中的“圖形編輯器”組件，在右邊數(shù)據(jù)窗口顯示已經(jīng)新建的畫面名稱。系統(tǒng)有遠(yuǎn)程控制和就地控制兩種運行方式，由控制面板上的選擇開關(guān)設(shè)置。設(shè)置畫面幾何屬性還有總覽區(qū)等如圖 58 所示。單擊WinCC 項目管理器瀏覽窗口中的“圖形編輯器”組件，在右邊數(shù)據(jù)窗口顯示已經(jīng)新建的畫面名稱。新建畫面如圖 57 所示。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 圖 56 變量數(shù)據(jù)窗 口 第 節(jié) WinCC 過程畫面設(shè)計 本系統(tǒng)中所設(shè)計的 WinCC 過程畫面設(shè)計主要有初始畫面、系統(tǒng)運行畫面、流量參數(shù)設(shè)置畫面、流量趨勢圖、報警畫面等。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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。如圖 54 所示。 添加驅(qū)動程序 在“ 變量管理”瀏覽窗口中，選擇 WinCC 項目與所連接的 PLC 之間的通信協(xié)議 (MPI 通信方式 )，并在鼠標(biāo)右鍵快捷菜單中選擇“新驅(qū)動程序的選擇”命令，打開“連接屬性”對話框，如圖 53 所示，為邏輯連接命名，如以連接的 CPU命名“ CPU314C2DP”。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)交換是通過變量實現(xiàn)通信的?？傆[區(qū)通常包括在 所有畫面中都顯示的信息；現(xiàn)場畫面區(qū)通常是組態(tài)的過程畫面，顯示過程事件；按鈕區(qū)通常是顯示可以操作的按鈕。 為了方便監(jiān)視和控制生產(chǎn)現(xiàn)場的操作，通常將畫面的布局分為 3 個區(qū)域：總覽區(qū)、現(xiàn)場區(qū)和按鈕區(qū)。初始畫面是開機(jī)可以直接看到的畫面；運行畫面可以顯示現(xiàn)場工作狀態(tài)、對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制；參數(shù)設(shè)置畫面是根據(jù)控制工藝不同需要修改變化的數(shù)據(jù)，比如流量。 第 節(jié) 上位監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)對灌裝生產(chǎn)線流量閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究，設(shè)計該系統(tǒng)的上位監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)用關(guān)系如圖 51 所示。 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（論文） 33 第 5 章 上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 第 節(jié) 上位監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件 WinCC 簡介 WinCC 指的是 Windows Control Center，它是在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務(wù)的 監(jiān)控系統(tǒng) ，它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板。這些問題的解決辦法是重新將存儲器和中間寄存器的地址整 理并避免重復(fù)使用，防止地址寫錯而導(dǎo)致無法顯示數(shù)據(jù)或者是有置位而沒有按要求復(fù)位，使問題得以解決。 例如在程序運行過程中，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。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 圖 42 自動模式流程圖 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 第 節(jié) 軟件調(diào)試遇到的問題與解決方法 在軟件編程過程中，遇到了比硬件部分更多的問題。此時，灌裝生產(chǎn)線運行，傳送帶正向運行，位置傳感器檢測傳送帶上瓶子的位置，如在空瓶位置上檢測到有瓶子，則傳送帶繼續(xù)正向運行，向灌裝位置傳送瓶子；在灌裝位置上，混料罐向灌裝生產(chǎn)線供料的電磁閥打開，傳送帶停止運轉(zhuǎn)，灌裝 5 秒后，電磁閥關(guān)閉，傳送帶繼續(xù)正向運轉(zhuǎn)；在成品位置上，則統(tǒng)計成品數(shù)的顯示器上加 1 顯示當(dāng)前的灌裝成品工作量。程序在自動運行模式下，按下啟動按鈕， A、 B 罐的液位傳感器對液位檢測處理，小于 80 時泵啟動，閥門打開；小于或等于 20時，下限燈打開；大于或等于 80 時，上限燈打開，泵停止，閥門關(guān)閉。 第 節(jié) 程序結(jié)構(gòu)圖和主程序流程圖 程序結(jié)構(gòu)圖 本系統(tǒng)的程序主要有主程序 OB1 調(diào)用急停處理 FC手動模式 FC自北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 動模式 FC30 和故障處理 FC90，在自動模式中又調(diào)用 A 罐處理、 B 罐處理、混料罐處理以及灌裝生產(chǎn)線處理等； 另一程序 OB35 循環(huán)采集模擬量信號，調(diào)用FC105 及 PID 處理程序的 SFB41，灌裝生產(chǎn)線流量閉環(huán)控制系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)圖如圖 41 所示。 急停處理 FC10：急停功能的設(shè)置是為了本系統(tǒng)的安全運行 而設(shè)計的。在物料混合攪拌中要求兩個物料罐的液位達(dá)到設(shè)定值時物料按設(shè)定比例輸出到混料罐中進(jìn)行混合攪拌，為了達(dá)到恒流量輸出，需要對所設(shè)定的流量和實際流量進(jìn)行 PID 運算，使得物料能按照需要的比例輸送到混合罐中進(jìn)行混合攪拌，輸出的流量在 WinCC 上顯示趨勢圖； FC80 灌裝生產(chǎn)線處理在 自動模式下，電機(jī)正轉(zhuǎn)一直保持接通，直到接近開關(guān)（ 、 、 ）檢測到傳送帶無瓶子或按下停止按鈕時，傳送帶停止運動；當(dāng)傳感器檢測到瓶子時傳送帶停下來，檢測有無工件，當(dāng)灌裝位置傳感器檢測到有工件時，傳送帶停下來，開始對瓶子進(jìn)行灌裝，灌裝 5 秒后傳送帶繼續(xù)工作，當(dāng)成品位置傳感器檢測到工件時，傳送帶停下來，開始對工件進(jìn)行成品處理及計數(shù)，同時用累加器實現(xiàn)灌裝計數(shù)，將灌裝個數(shù)在數(shù)碼顯示管和 WinCC 上顯示。 手動調(diào)試：在系統(tǒng)待機(jī)后，將自動 /手動模式選擇開關(guān)打到手動模式，可以對系統(tǒng)中的供料泵、傳送帶點動正轉(zhuǎn)、點動反轉(zhuǎn)，電磁閥及電動調(diào)節(jié)閥等設(shè)備進(jìn)行單獨控制。下面對本系統(tǒng)各個程序塊作簡要介紹。 本系統(tǒng)共設(shè)計了 1個主程 序 5個子程序 ，子程序分別為急停處理，手動調(diào)試，自動運行，模擬量處理，故障報警。 圖 38 CPU 自帶的輸入輸出模塊接線圖 圖 39 數(shù)字量輸入模塊接線圖 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 310 數(shù)字量輸出模塊接線圖 圖 311 模擬量輸入模塊接線圖 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 312 模擬量輸出模塊接線圖 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 第 4 章 灌裝生產(chǎn)線流量閉環(huán)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 第 節(jié) 程序設(shè)計思路 本系統(tǒng) 設(shè)計采用的是隨機(jī)邏輯編程方法， 首 先列出各個控制要求，編出程序，然后寫出各控制要求的前提條件，把同樣條件的控制程序放在同一個子程序里，這樣程序清晰明了，易于理解，程序編寫有誤 時 也能快速有效地進(jìn)行修改和調(diào)試。主電路有 A 罐供料泵 M B 罐供料泵M攪拌電機(jī) M傳送帶電機(jī) M4，控制電路由 PLC 來控制，包括電源 PS、CPU、 SM32 SM32 SM33 SM332。 圖 31 選擇站點 圖 32 新建 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò) 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 33 把 MM440 拖到主站下 圖 34 選擇輸入 /輸出模塊 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 35 PLC 與 MM440 變頻器 1 的參數(shù)以及地址 圖 36 PLC 與 MM440 變頻器 2 的參數(shù)及地址 第 節(jié) I/O 分配 本系統(tǒng)設(shè)計中，如表 33輸入地址分配表和表 34輸出地 址分配表所示，共用到： 開關(guān)量輸入 19個，地址為 ； 開關(guān)量輸出 48個，地址為 ， ， ， ，QW6； 模擬量輸入 8個，地址為 PIW200PIW204， PIW208PIW214， PIW752； 模擬量輸出 4個，地址為 PQW300PQW306； 程序塊： FC10， FC20， FC30， FC40， FC50， FC60， FC70， FC90， FC80，F(xiàn)C105， FC106， DB10， DB20， SFB41。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 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 3901AE80