【正文】 畢業(yè)設(shè)計是對我們知 識運用能力的一次全面的考核，也是對我們進(jìn)行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文和工作打下良好的基礎(chǔ)。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著地進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的 感 謝，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ 通過這一段時間的努力，我的畢業(yè)設(shè)計《基于 WinCC 的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計》終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。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(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他表示我 誠摯的謝意。非常感謝老師我畢業(yè)設(shè)計階段給 予我 的指導(dǎo) 。由于時間緊迫條件有限，作者水平有限，行文倉促，文中可能存在一些不足及疏忽之處，歡迎大家批評指正。自動控制系統(tǒng)采用西門子S7300 型 PLC 加擴(kuò)展模塊實現(xiàn)， PLC 和計算機(jī)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(hù)功能的設(shè)定，達(dá)到了對電機(jī)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。因目前 PLC 和變頻器是自動化控制線中的主流設(shè)備，它控制功能強(qiáng)，安全 性高 。介紹了該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟件流程，對各個部分的作用進(jìn)行了分析，以此說明自動化技術(shù)的必要性和可行性。 所以控制界面的設(shè)備隨時都有可能更新?lián)Q代、添加 /廢除 ， 技術(shù)人員可以利用 WinCC組態(tài)軟件非常方便的對原有 HMI界面系統(tǒng)的改造設(shè)計和自主設(shè)計開發(fā)新的界面 ， 走持續(xù)性發(fā)展的道路。 （ 2） 西門子公司的產(chǎn)品在硬件和軟件上都 有 一些限制 ， 如 ： WinCC TCP/IP 連接有限制 。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(jìn)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。力控軟件還提供了遠(yuǎn)程訪問功能，使用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程查看系統(tǒng)中各個現(xiàn)場設(shè)備的參數(shù)數(shù)據(jù)。進(jìn)行組態(tài)時，建立一個新的 I/O 設(shè)備連接，并設(shè)定好 PLC 的屬性，然后在力控實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)連接組態(tài)。 人機(jī)界面(human machine interface)的開發(fā)采用組態(tài)軟件來完成。對于企業(yè)在工程中能夠?qū)崿F(xiàn)集中監(jiān)控、控制及管理，提供了可靠可行方案和技術(shù)支持 [19] 。否則，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)行調(diào)試。根據(jù)需要，自動監(jiān)控系統(tǒng)選用Profibus 作為 WinCC 與 PLC 的通訊方式，通訊處理器選用 CP5611。只有 WinCC 和下位機(jī)進(jìn)行了連接， WinCC 才能采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)操作，起到控制作用。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(jī)的連接等 [18] 。 系統(tǒng)中 WinCC 的設(shè)計 新建一個 WinCC 項目，根據(jù)工藝要求組建控制畫面 圖 新建項目 WinCC的圖形編輯器由圖形程序和用于表示過程的工具組成。 第 23頁 (6) 集成到 MES和 ERP中 ： 標(biāo)準(zhǔn)接口使得 SIMATIC WinCC成為在 TIA環(huán)境下的一個完整部件。 (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(jī)上結(jié)合無疑是一個面向未來的概念。 (4) 提供所有主要 PLC系統(tǒng)的通訊通道 ： 作為標(biāo)準(zhǔn)， WinCC支持所有連接SIMATIC S5/S7/505控制器的通訊通道，還包 PROFIBUS－ DP， DDE， OPC等非特定控制器的通訊通道。 (2) 包括所有的 SCADA功能在內(nèi)的客戶機(jī) /服務(wù)器系統(tǒng) ： 即使最基本的WinCC系統(tǒng)仍能提供生成復(fù)雜可視化任務(wù)的組件和函數(shù)，生成畫面、腳本、報警、趨勢和報告的編輯器由最基本的 WinCC系統(tǒng)組件建立。 交叉引用 交叉引用用于檢索畫面、函數(shù)、歸檔和消息中所使用的變量、函數(shù)、 OLE對象和 ActiveX 控件等 [17] 。 文本庫 文本庫編輯不同語言版本下的文本消息。 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(jìn)行打印工作。 圖 圖形編輯器 報警記錄 報警記 錄用于采集和歸檔報警消息。與外部控制器有過程連接的變量叫做過程變量 ， 也稱為外部變量。 WinCC 基本機(jī)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。 WinCC 的體系結(jié)構(gòu) WinCC 類似與 Windows 中的 資源管理器，它組合了控制系統(tǒng)所有必要的數(shù)據(jù)，以樹形目錄的形式分層排列存儲。 作為 SIMITIC 全集成自動化系統(tǒng)的重要組成部分 ， WinCC 確保與 SIMATIC S S7 個 505 系列 PLC 連接的方便和通信的高效； WinCC 與 STEP 7 編程軟件的緊密結(jié)合縮短了項目開發(fā)的周期，此外 WinCC 還有對 SIMATIC PLC 進(jìn)行系統(tǒng)診斷的選項， 為 硬件維護(hù)提供方便。這樣每個畫面的內(nèi)容就可以根據(jù)實際情況由設(shè)計人員靈活設(shè)計，每幅畫面中的對象數(shù)量均不受限制 [15] 。 在圖形界面上還具備報警通知和確認(rèn)、報表組態(tài)及打印 、歷史數(shù)據(jù)查詢與顯示等功能。而動態(tài)屬性則與表達(dá)式的值有關(guān)，表達(dá)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(dá)式。這些屬性可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)的。 組態(tài)軟件的主要作用 在圖形畫面生成方面，構(gòu)成現(xiàn)場過程的圖形畫面被劃分成三類簡單的對象：線、填充圖形和文本。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。 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境由若干個組態(tài)程序組成，如圖形界面組態(tài)程序、實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)程序等 。 (1)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 設(shè)計人員為實施其控制方案，在組態(tài)軟件的支持下，進(jìn)行應(yīng)用程序的系統(tǒng)生成工作所必須依賴的工作環(huán)境。2:h P580=0018 正向 /反向控制信號 P581=0020 高 速 /低速控制信號 P568=0014 正向點動控制信號 P569=0016 反向點動控制信號 P401=50Hz 正向高速頻率值 P402=30Hz 正向低速頻率值 P403=50Hz 反向高速頻率值 P404=30Hz 反向低速頻率值 P448=10Hz 正向點動頻率值 P449=10Hz 反向點動頻率值 =0041 設(shè)置主給定值為正向高速頻率值 =0042 設(shè)置主給定值為正向低速頻率值 =0043 設(shè)置主給定值為反向高速頻率值 =0044 設(shè)置主給定值為反向低速頻率值 P571=1 允許正向運轉(zhuǎn) P572=1 允許反向運轉(zhuǎn) P561=0012 變頻器允許工作控制信號 P060=0 結(jié)束參數(shù)設(shè)置 圖 6SE70 變頻器參數(shù)設(shè)置圖 第 18頁 第 19頁 4 基于 WinCC 的人機(jī)界面設(shè)計 組態(tài)軟件應(yīng)用 在組態(tài)軟件中，通過組態(tài)生成的一 個目標(biāo)應(yīng)用項目在計算機(jī)硬盤中占據(jù)惟一的物理空間 (邏輯空間 )，可以用惟一的名稱來標(biāo)識，稱為應(yīng)用程序。2:h P464=1 斜坡函數(shù)發(fā)生器減速時間 P465=0 斜坡函數(shù)發(fā)生器減速時間的單位 o:s。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(jī)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。 P108=730 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 P109=4 電機(jī)極對數(shù) P115=1 自動參數(shù)設(shè)置，參數(shù)值 P350P354 設(shè)定到額定值 P130=10 10:無脈沖編碼器 。通過部線對 DP 主站（ DPM1）進(jìn)行配置，每 DP 從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為 246 字節(jié) [12] 。強(qiáng)大的診斷功能，三級診斷診斷信息。 (7) 功能 DP 主站和 DP 從站間的循環(huán)用戶有數(shù)據(jù)傳送。 (6) 同步 控制指令允許輸入和輸出同步。 清除：在這種狀態(tài)下， DPM1 讀取 DP 從站的輸入信息并使輸出信息保持在 第 16頁 故障安全狀態(tài)。 (5) 運行模式 系統(tǒng)運行模式主要取決于 DPM1 的操作狀態(tài)，這此狀態(tài)由本地或總線的配置設(shè)備所控制 。 模塊診斷操作：一 個站點的某具體 I/O 模塊故障。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。循環(huán)主－從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主－主數(shù)據(jù)傳送。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)。支持單主或多主系統(tǒng)。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接 127 個站點。 現(xiàn)場總線的特點 (1) 全數(shù)字化通信 (2) 開放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) (3) 互可操作性與互用性 (4) 現(xiàn)場設(shè)備的智能化 (5) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度 分散性 (6) 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 (7)現(xiàn)場控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò) (8)通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性，設(shè)備間具有互可操作性 (9)功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性 (10)控制功能下放到現(xiàn)場，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性 [11] 第 15頁 PROFIBUSDP 的特點 PROFIBUSDP(Process Field BusDecentralized Periphery,分布式外設(shè)現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn) )是 PLC 與遠(yuǎn)程 I/O、驅(qū)動裝置以及其他 PROFIBUS 設(shè)備之間的主站 從站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的鏈接標(biāo)準(zhǔn)，主要用于 PLC 與外部控制設(shè)備之間高速數(shù)據(jù)通信，以組成生產(chǎn)線內(nèi)部的現(xiàn)場總線網(wǎng)，在 PROFIBUS 中使用最為廣泛。 鑒于以上介紹的幾種現(xiàn)場總線，根據(jù)幾種現(xiàn)場總線的特點，最終選擇了 PROFIBUS（過程現(xiàn)場總線）。 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(qiáng)大的可靠性、可診斷性和易維護(hù)性。WorldFIP 與 FFHSE 可以實現(xiàn) ―透明聯(lián)接 ‖，并對 FF 的 H1 進(jìn)行了技術(shù)拓展，如速率等。 HART 能利用總線供電，可滿足 第 14頁 本質(zhì)安全防爆的要求，并可用于由手持編程器與管理系統(tǒng)主機(jī)作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。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。采用 Lonworks 技術(shù)和神 經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)，通訊速率從 300bit/s 至 ，直接通信距離可達(dá) 2700m（ 78Kbit/s），被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。它借助于 RUPI44 系列單片機(jī) ，通過單片機(jī)中串行通訊接口單元 SIU實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通訊速率最高可達(dá) 1Mbps，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10,km(5Kbps下 )，掛接設(shè)備數(shù)量最多可達(dá) 110 個。 FF 分低速 H1 和 高速 H2 兩種通信速率。 FF（基金會現(xiàn)場總線） 基金會現(xiàn)場總線以 ISO/OSI 開放系統(tǒng)互聯(lián)模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層為 FF 通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用上增加 了 用戶層。 PROFIBUS（過程現(xiàn)場總線） PROFIBUS 現(xiàn)場總線由 PROFIBUSDP、 PROFIBUSFMS 和 PROFIBUSPA 第 13頁 組成。 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(qiáng)大；西門子的仿真軟件 S7300 要強(qiáng)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(qiáng)大的功能支持及用戶進(jìn)行編程啟動和維護(hù)等。通信處理器可以減輕 CPU 處理通信的負(fù)擔(dān)，并減少用戶對通信的編程工作。 在緊湊型 CPU 中所采取的創(chuàng)新設(shè)計，現(xiàn)在也應(yīng)用到全新標(biāo)準(zhǔn)型 CPU300 系列，這樣就大大提高了 CPU 的性能：縮短機(jī)器時鐘時間、減少工程