【正文】 塊少，編程較為復(fù)雜，價(jià)格也比較昂貴。 但是 DCS 的維護(hù)費(fèi)用高，對(duì)接地電阻要求嚴(yán)格，經(jīng)常會(huì)由于接地電阻不能滿足要求而燒壞模件。高檔 PLC 如 AB 公司的 PLC5C 系列等，有專門的冗余產(chǎn)品系列，也有專門的模擬量過(guò)程控制模塊。 PLC 一般應(yīng)用在小型自控場(chǎng)所，比如設(shè)備的控制或少量的模擬量的控 制及 聯(lián) 鎖，而大型的應(yīng)用一般都是 DCS。 發(fā)展 PLC 于 60年代末期在美國(guó)首先出現(xiàn)，目的是用來(lái)取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展， PLC 已十分成熟與完善，并開(kāi)發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能 。用于回路調(diào)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(qiáng)，對(duì)電源的質(zhì)量要求比較低。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(dòng)化程度不高。用于回路調(diào)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(qiáng)，對(duì)電源的質(zhì)量要求比較低。 目前廣泛使用的檢測(cè)方法有 PLC 控制，繼電器控制，單片機(jī)控制等。因?yàn)槠渚哂幸韵绿攸c(diǎn) [3]： 1． 可靠性 PLC 不需要大量的活動(dòng)元件和連 線電子元件。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。例如：冗余的設(shè)計(jì)。 PLC 有較高的易操作性。 PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件。編程出錯(cuò)率大大降低。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(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或程序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。用于梯形圖與電氣原理圖較為接近。 PLC 具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求降低。 3． 靈活性 PLC 采用的編程語(yǔ)言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語(yǔ)句描述編程語(yǔ)言。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變量十分容易。 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本文介紹了基于 WinCC的液體混合系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)配置靈活、控制可靠、維修方便，提高了生產(chǎn)效率，保證了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 所 需 完 成 內(nèi) 容上 位 機(jī)下 位 機(jī)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(bào)警畫面登錄畫面啟動(dòng)畫面配方畫面調(diào)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(shí) 現(xiàn)固 定頻 率控 制 圖 11 設(shè)計(jì)任務(wù)圖 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)圖，本次設(shè)計(jì)在以上面的幾個(gè)方面都完成了任務(wù)。通過(guò)以上操作，才能實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容，即基于 WinCC的液體混合系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)。我們的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)于軟件部分進(jìn)行仿真，但實(shí)際上是需要靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 設(shè)計(jì)的控制要求。如果在硬件方面沒(méi)有進(jìn)行正確的構(gòu)造，則軟件部分將無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的控制要求。 W i n C C 觸 摸 屏PS 307 5ACPU3152DPCP3431SM321SM322SM331系統(tǒng)啟動(dòng)配方A配方B配方C系統(tǒng)停止閥門A閥門B閥門C電機(jī)液位圖 21 系統(tǒng)構(gòu)成框圖 在圖 21 中，第一行 WinCC 以及觸摸屏是上位機(jī)的組成部分；第二行 S7300 是下位機(jī)部分；第三行是所連接的現(xiàn)場(chǎng)所需參數(shù)。 上位機(jī) WinCC 與觸摸屏通過(guò) TCP/IP 協(xié)議，與下位 機(jī)經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)卡 CP3431 與下位機(jī)進(jìn)行通訊。 在系統(tǒng)構(gòu)成框圖中的最后一行，就是本次設(shè)計(jì)所要控制的主要現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)。通過(guò)下位機(jī)的變量與實(shí)基于 WinCC 的液體混合仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 際現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的連接，來(lái)實(shí)現(xiàn)下位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的控制。最終，達(dá)到實(shí)現(xiàn)使用觸摸屏來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的目的。根據(jù)生產(chǎn)要求不同，按照不同的配方進(jìn)行注料，由于兩個(gè)進(jìn)料罐與其管道是相同的，即可近似為同一時(shí)刻內(nèi)，進(jìn)料流量相同，所以根據(jù)注入的定時(shí)時(shí)間不同，即可達(dá)到配方要求?；旌蠒r(shí)間到達(dá)所要求的定時(shí)時(shí)間后，閥門 C 打開(kāi)，使混合后的產(chǎn)品進(jìn)入儲(chǔ)物罐。 系統(tǒng)工藝流程圖如圖 22 所示。 工藝過(guò)程與控制要求： 1． 初始狀態(tài) 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 7 各電磁閥門 Y Y Y3 和攪拌機(jī) M 均為 OFF，容器為空的，液面?zhèn)鞲衅?L L2為 OFF。 電磁閥 Y1 閉合 （ Y1 為 ON），開(kāi)始注入液體 A，電磁閥 Y2 閉合 （ Y2 為 ON），開(kāi)始注入液體 B。注料部分完畢； 2) 當(dāng) 液體 A， B 注入 結(jié)束后 ， M 為 ON，開(kāi)始攪拌； 3) 利用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)速度，使其對(duì)液體進(jìn)行一次慢攪拌，一次快攪拌； 4) 混合液體攪拌混合時(shí)間為 6s， M 為 OFF，停止攪動(dòng) ； 5) 電磁閥閉合（ Y3 為 ON），將混合后的液體注入儲(chǔ)物罐； 6) 當(dāng)液面下降到 L2 時(shí)，再經(jīng)過(guò) 5s，容器放空， 完成一次操作； 3． 停止操作 按下停止按鈕，在當(dāng)前的混合操作處理完畢后，才使系統(tǒng)停止于初始狀態(tài) 。在此系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)如下幾種故障： 1) 電磁閥門 Y Y Y3 出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn) 作； 2) 電機(jī) M 出現(xiàn)故障，不能實(shí)時(shí)的對(duì)液體進(jìn)行混合攪拌； 3) 在注料之前，混合罐并非是空罐，此時(shí)要利用液面?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行檢測(cè)，若混合罐確實(shí)不為空的狀態(tài)，則要停止注料動(dòng)作，打開(kāi)閥門 C，將液體排進(jìn)儲(chǔ)物罐內(nèi)； 以上幾種故障信號(hào)，均為實(shí)際生產(chǎn)中所遇到的常規(guī)性故障，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)立即停車檢測(cè)，對(duì)故障進(jìn)行檢修，以免遭成不必要的浪費(fèi)與損失，確保系統(tǒng)可進(jìn)行安全性生產(chǎn) 。品種繁多的 CPU模塊，信 號(hào)模塊和功能模塊滿足各種領(lǐng)域的自動(dòng)控制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時(shí)更換模塊很方便。有的CPU 還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線 PROFIBUSDP 接口， PROFINET 接口或 PtP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）串行通信接口。使用 CPU集成的 PROFIBUSDP 接口或通信處理器， S7300 可以作 DP 網(wǎng)絡(luò)上的主站或從站。 STEP7 的功能塊圖和梯形圖編程語(yǔ)言符合 IEC61131 標(biāo)準(zhǔn)，語(yǔ)句表編程語(yǔ)言與 IEC 標(biāo)準(zhǔn)稍有不同，以保證與 STEP5 的兼容， 3 種編程語(yǔ)言可以互相轉(zhuǎn)換。 S7300 按指定的刷新速度自動(dòng)地將數(shù)據(jù)傳送給 SIMATIC 人機(jī)界面。各種 CPU有不同的性能，有的 CPU 集成有數(shù)字量和模擬量輸入 /輸出點(diǎn)，有的 CPU 集成有 PROFIBUSDP等通信接口。 2． 電源模塊（ PS） 電源模塊用于將 AC 220V的電源轉(zhuǎn)換為 DC24V電源，供 CPU模塊和 I/O 模塊使用。 3． 信號(hào)模塊（ SM） 信號(hào)模塊是數(shù)字量輸入 /輸出模塊（簡(jiǎn)稱為 DI/DO）和模擬量輸入 /輸出模塊（簡(jiǎn)稱為AI/AO）的 總稱，它們使不同的過(guò)程信號(hào)電壓或電流與 PLC 內(nèi)部的信號(hào)電平匹配。 5． 通信處理器（ CP） 通信處理器用于 PLC 之間， PLC 與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC接入 PROFIBUSDP， ASi 和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。 6． 接口模塊（ IM） 接口模塊用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架 。 本次設(shè)計(jì)的 S7300 硬件選擇 本次設(shè)計(jì)硬件選擇中，選擇訂貨號(hào)為： 6ES7 3152AF000AB0 的 CPU 315（ 1），該CPU 功能強(qiáng)大，可滿足大部分控制要求，且性價(jià)比較好，所以選擇該 CPU。 所以在硬件選擇中，選擇訂貨號(hào)為：6ES7 3317KB000AB0 的 2 路模擬量輸入卡。 詳細(xì)端子圖見(jiàn)附錄 B。 在下位機(jī)編程的過(guò)程中，要有清晰的思路，才能進(jìn)行正確的編程。 本次設(shè)計(jì)，下位機(jī)程序較為簡(jiǎn)單，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下： 1) 啟動(dòng)系統(tǒng)； 基于 WinCC 的液體混合仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 2) 判斷儲(chǔ)物罐中的液位是否為高液位，如果是高液位，則需打開(kāi)閥門 C 進(jìn)行排放，直到排放結(jié)束后，在進(jìn)行注料；若不為高液位，則進(jìn)行配方的選擇； 3) 判斷一下閥門 A， B 是否故障，如果發(fā)生故障，則需停車檢修。若無(wú)故障，則進(jìn)行電機(jī)的調(diào)速； 5) 電機(jī)運(yùn)行結(jié)束后，閥門 C 將自動(dòng)打開(kāi)，此時(shí)需判斷閥門 C 是否出故障，如果出故障，則需停車檢修。 下位機(jī)程序流程圖 如圖 31 所示 。 圖 32系統(tǒng)硬件選擇 2． 打開(kāi)符號(hào)編輯器，在編輯器中添加程序所需變量，如圖 33 所示。 程序段 1， 2 分析如下： 程序段 1， 2 為系統(tǒng)啟停程序段。 系統(tǒng)的停止利用點(diǎn) 手動(dòng)控制，對(duì)中間變量 進(jìn)行復(fù)位，一旦啟用停止按鈕，則 被復(fù)位，達(dá)到系統(tǒng)停車的目的。 程序段 3— 6 分析如下： 通過(guò)定時(shí)器對(duì)閥門打開(kāi)時(shí)間的定時(shí)，對(duì)液體混合比例進(jìn)行控制。 程序段 7— 10 分析如下： 通過(guò)定時(shí)器對(duì)閥門打開(kāi)時(shí)間的定時(shí)，對(duì)液體混合比例進(jìn)行控制。 程序段 11— 14 分析如下： 通過(guò)定時(shí)器對(duì)閥門打開(kāi) 時(shí)間的定時(shí)，對(duì)液體混合比例進(jìn)行控制。 程序段 3— 14 為配方選擇程序段。利用定時(shí)器進(jìn)行閥門定時(shí)，對(duì)液體混合比例進(jìn)行控制。這種方法，簡(jiǎn)單易行，操作可靠。 程序段 15— 20 分析如下： 程序段 15— 20 為電機(jī)運(yùn)行程序段。 在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)控制要求，利用變頻器的調(diào)節(jié)去調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，首先使電機(jī)進(jìn)行 5s 的慢速攪拌，然后再進(jìn)行 5s 的快速攪拌。 程序段 22 為儲(chǔ)物罐注料程序段。當(dāng)電機(jī)快速運(yùn)行結(jié)束時(shí)，閥門 C 打開(kāi)，使產(chǎn)品注入到儲(chǔ)物罐。在混合罐內(nèi)的最低處，有液面?zhèn)鞲衅?L2，當(dāng) L2檢測(cè)到液位到達(dá)最低處，并且是在液體排放的過(guò)程中，開(kāi)始進(jìn)行 5s 的排空。 程序段 25— 28 分析如下： 程序段 25— 28 程序段為變量規(guī)整程序段。這樣規(guī)整有利于上位機(jī)的畫面運(yùn)行，以及畫面觀察。 程序段 29— 32 程序段分析如下： 程序段 29— 32程序段為手動(dòng)故障控制程序段。檢修結(jié)束后，要進(jìn)行報(bào)警復(fù)位。 程序段 33 分析如下：報(bào)警復(fù)位。 圖 34 系統(tǒng)仿真畫面 基于 WinCC 的液體混合仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 第 4 章 上位機(jī) WinCC 軟件組態(tài) WinCC 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 西門子視窗控制中心 SIMATIC WinCC（ Windows Control Center）是 HMI/SCADA軟件中的后起之秀， 1996 年進(jìn)入世界工控組態(tài)軟件市場(chǎng)，當(dāng)年就被美國(guó) Control Engineering 雜志評(píng)為最佳 HMI 軟件，以最短的時(shí)間發(fā)展成第三個(gè)在世界范圍內(nèi)成功的SCADA 系統(tǒng)；而在歐洲，它無(wú)可爭(zhēng)議的成為第一。作為 SIMATIC 全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分， WinCC 確保與 SIMATIC S5， S7 和 505 系列的 PLC 連接的方便和通訊的高效； WinCC 與 STEP7 編程軟件的緊密結(jié)合縮 短了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的周期。 WinCC 系統(tǒng)構(gòu)成