基于plc水泥工艺煤磨控制系统

基于PLC的水泥工艺煤磨段自动控制系统设计 设计总说明 可编程控制器(PLC)是一种重要的、应用场合广泛的工业控制器,它通过数字式或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。组态软件是数据采集监控系统SCADA的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。使人们在异地也可以实现对现场设备进行监控和操作。 煤粉制备在工业生产中有重要作用，被广泛应用于冶金、矿山、电力、水泥等行业。传统煤粉制备控制系统，具有控制点少、靠人工测量、手动操作等特点，随着生产规模的不断扩大和产量的提高，控制系统的处理量不断增大，以往人工现场控制手段己很难满足生产的要求，同时由于人工检测误差大，控制设备落后、安全性低，给整个系统的生产操作和管理带来了很大的困难。基于上述原因，对煤粉制备控制系统的进行了开发和研究。 本文介绍了PLC 在水泥工艺煤磨段自动控制系统中的应用,以及该系统的硬件配置和功能。同时着重讲述了PLC在煤磨段工艺的煤粉收尘仓温度控制系统中对温度的控制，再结合先进的PID算法完善系统，达到运行可靠、节能的目的。使用WINCC软件做出上位监控画面，对下位系统进行实时监控，实现数据监控、故障报警和 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 功能。 关键词：煤磨段；PLC；PID；WINCC Rubs the section automatic control system design based on the PLC cement craft coal Design Description Coal powder preparation system is used widely in metallurgy ，mine，electric power, cement and SO on，which is important in industry production．Traditional control system has characteristics of a few I/O points，manual measure，manual operation．With the enlargement of production scale and enhancement of product unceasingly, the operation and management of control system have difficulties because of the quicker processing speed needed，manual operation not satisfying complex control demand，big error of manual measure，backwardness equipments and low safety of traditional system．Therefore，this paper，from both practical and experimental perspectives，develops and simulates coal powder preparation control system． Programmable Logical Controller (PLC) is an important and widely used industrial controller, which can control various machines and production processes by binary or analog input and output. The configuration software is the SCADA software platform tool of data acquisition supervisory system, a part of industrial application software's constituent. The user can be possible to monitor and operate the scene from remote location. This article has introduced PLC in the section of automatic control system's application of the cement craft coal rubs, as well as the hardware and function in this system. Simultaneously emphatically narrated achieve controlling temperature in the coal rubs the section craft the powdered coal to receive warehouse temperature control system with PLC, combined advanced PID algorithm to consummate the system. It achieves reliable operation and energy saving. And using the WINCC software to make the monitoring pictures of central controller, to achieve the real-time monitoring to the monitoring terminal realize monitor the data and the malfunction alert and the record. Key Words: cement craft coal rubs；PLC；PID；WINC 目录 71 绪论 71.1系统简介 71.2 水泥行业介绍 71.2.1国内水泥工业发展现状 81.2.2水泥煤磨段工艺 91.3 系统的技术特点及应用前景 91.4系统的技术要求及研究内容 102 控制器的选择及控制计算法介绍 102.1 PLC控制概述 112.2 PLC工作原理 112.2.1 PLC的组成 112.2.2 PLC模块 112.2.3 PLC的工作原理 122.3 PLC控制系统的应用特点 132.4 西门子PLC 132.4.1 西门子S7-300 132.4.2西门子STEP7 142.5控制算法—PID 152.6 S7-300实现PID闭环控制的原理 163 下位控制系统设计 163.1系统 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 163.2系统输入输出的统计 173.3硬件的选型 183.4下位系统程序的设计 183.4.1系统流程图 183.4.2系统程序 244 上位监控系统设计 244.1 WINCC的简介 244.2 WINCC软件的性能特点 264.3 WINCC的系统结构 274.4主监控画面和报警画面 315 上下位通讯与仿真 315.1上下位通讯 355.2报警的制作 365.3上下位的仿真调试 426 结论 426.1总结 426.2 展望 437 致谢 44参考文献 45附页 1 绪论 1.1系统简介 现代水泥生产过程中，自动化占据着重要地位。它在保证生产安全可靠、提高产品质量及产量、降低能耗及成本、控制环境污染、降低工人劳动强度、提高设备的运转率及劳动生产率、实现科学的生产控制管理等方面都起着重要的作用[2]。 水泥工业自动化水平的提高，也为水泥生产新工艺的推广和完善创造了条件。水泥生产工艺复杂，设备连锁众多，各种检测信号相互影响，采用传统的人工控制或继电器仪表控制很难达到控制要求。如果生产线上的任何一台设备出现故障停机，将影响整个生产线的运行，严重时会发生压料、堵料，给生产带来很大的损失。采用PLC控制后，真正做到了自动控制，实时监控。设备出现故障后系统能够按照预先编制好的程序自动停止相关设备，并发出声光报警，提醒操作人员及时处理以免影响生产[1]。对一些重要的参数和报表系统能够自动生成历史记录和历史趋势，操作人员和技术人员可以随时查询历史数据了解生产情况。通过对数据的统计和分析提出新工艺，新方法，不断提高水泥的产量和质量。煤磨段是水泥生产中的核心工艺之一，在煤磨段工艺中进行原煤的粉碎、混合，经过机械加工，最终形成粉状的水泥燃料[4]。 煤磨段是水泥生产中的核心工艺之一，在煤磨段工艺中进行原煤的粉碎、混合，经过机械加工，最终形成粉状的水泥燃料。目前在国内大多数的水泥厂中的水泥煤磨的控制均采用继电器控制电路完成，这种控制方式虽然工艺简单，成本较低，但工人劳动强度较大，稍有操作疏漏就有可能发生事故。而且在水泥煤磨的实际过程中，由于现场机械振动、粉尘污染、物料颗粒不均、工艺过程的种种原因，造成水泥煤磨故障率较高，从而导致不必要的经济损失。因此设计一种基于PLC的水泥煤磨自动控制系统，采用性价比较高、抗干扰能力较强的PLC作为中央处理 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 ，配合控制软件实现水泥磨煤的自动控制，不仅能使整个粉磨系统、高效地运转，而且真正达到节能、安全、提高产量的目的[6]。 1.2 水泥行业介绍 1.2.1国内水泥工业发展现状 中国水泥工业历经百年沧桑，只有在建国后，特别是在改革开放20年中，才获得了真正的大发展。 世界水泥产量1999 年达到1542 亿吨，其中中国就占了5.6亿吨，而且连续15年居世界首位，绝对量不可谓不高，人均消费量也远远超出世界人均水平，甚至达到了一些发达国家目前的年度消费水平。从生产工艺和装备制造等工业技术方面看，我国己基本上掌握了从1000 /10000t d 的全套新型技术。通过改革开放20多年的实践，中国的现代化水泥工业己初见端倪[7]。 但是，目前我国水泥工业面临的主要问题是，代表当代的新型技术在整个工业中的比例太低，还不到 20%。 80% 以上的还属于20、30 年代，40、50 年代和50 、60 年代的工艺技术，尽管做了些大的改进，但本质上无法脱胎换骨。如何把这个比例倒过来，是一项大的结构调整问题，这将是中国水泥工业今后10~ 20 年内一项艰巨的历史任务。此外，我国的人均水泥累积消费量还不高，不到发达国家的一半，质量、环保、能源和劳动生产率等主要技术经济指标也与发达国家有相当大的差距[8]。 1.2.2水泥煤磨段工艺 图1-1 系统图 原煤从堆煤场经提升机提升后送入原煤仓，通过原煤仓内部的荷重传感器计量后由圆盘喂料机送入煤磨。原煤在磨内借助热风机送来的热风进行烘干和粉磨，然后送入动态选粉机，不合格的粗粉送回磨头重新粉磨，细粉进入煤粉收尘器。收尘器收下的煤粉经双向螺旋输送机送至带荷重传感器的煤粉仓中，最后经过转子计量秤计量后送入窑头。 1.3 系统的技术特点及应用前景 目前，煤磨段大都采用继电器控制电路完成。但是工人劳动强度较大，稍有操作疏漏就有可能发生事故。而且在水泥煤磨的实际过程中，由于现场机械振动、粉尘污染、物料颗粒不均、工艺过程的种种原因，造成水泥煤磨故障率较高，从而导致不必要的经济损失。采用性价比较高、抗干扰能力较强的PLC作为中央处理单元，配合控制软件实现水泥磨煤的自动控制，使整个粉磨系统、高效地运转，真正达到高效、节能、安全。 现代水泥生产企业一般采用PLC为主体的计算机集散控制系统（DCS），实现全厂自动化控制要求，以降低成本，提高运行可靠性，保证水泥生产设备的安全，增加直接经济效益[11]。 1.4系统的技术要求及研究内容 对煤磨段温度控制系统进行比较全面的分析,并把传统的控制算法和PLC可编程序控制器应用于煤磨段控制系统，完成煤磨段温度控制系统的硬件设计和软件设计。 通过对西门子STEP-7和WINCC的学习，完成煤磨段温度控制系统的程序设计和上位监控画面的设计，由PLCsim软件进行仿真，并进行上下连接，确定系统的可实施性。 2 控制器的选择及控制计算法介绍 2.1 PLC控制概述 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术、网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 PLC是模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作[7]。 PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。 PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适[10]。 2.2 PLC工作原理 2.2.1 PLC的组成 图2-1 PLC组成框图 2.2.2 PLC模块 (1) 中央处理单元CPU CPU是PLC的核心部件，由运算器和控制器组成。主要用于：接收并存储从编程器输入的用户程序；检查编程过程是否出错；进行系统诊断；解释并执行用户程序；完成通信及外设的某些功能。 (2) PLC的I/O模块 输入/输出接口是 PLC 与外界连接的接口。 输入接口用来接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号。另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。 输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。 2.2.3 PLC的工作原理 PLC有两种工作状态，即运行（RUN）状态和停止（STOP）状态。 在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC停机或切换到STOP工作状态。 除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段，如图2-2所示。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。 图2-2 PLC运行原理图 2.3 PLC控制系统的应用特点 (1)可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统将极高的可靠性。 (2)配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 (3)易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 (4)系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造。 2.4 西门子PLC SIEMENS PLC在中国的产品，根据规模和性能的大小，主要有 S7-200、S7-300 和S7-400等，本次设计主要应用的是S7-300。 2.4.1 西门子S7-300 S7-300针对的是中小系统，他的模块可以扩展多达32个模块，背板总线也在模块内集成，它的网络连接已比较成熟和流行，有MPI（多点接口）、Profibus和工业以太网，使通讯和编程变的简单和多选性，并可以借助于HWConfig工具可以进行组态和设置参数。 S7-300的模块稍微多一点，除了信号模块（SM）之外，它还有： 接口模块（IM）——用来进行多层组态，把总线从一层传到另一层； 占位模块（DM）——为没有设置参数的信号模块保留一个插槽或为以后安装的接口模块保留一个插槽； 功能模块（FM）——执行特殊功能，如计数、定位、闭环控制相当于对CPU功能的一个扩展或补充； 通讯处理器（CP）——提供点对点连接、Profibus和工业以太网。 MPI接口用来连接到编程设备或其他设备，DP接口用来直接连接到分布式I/O。 2.4.2西门子STEP7 每个自动化过程都是由许多较小的部分和子过程组成，所以工程建立的第一个任务是分解子任务。而每个子任务定义了自动化系统要完成的硬件和软件要求。其中硬件包括输入/输出数目和类型，对应模块序号和类型，所用机架号，CPU型号和容量，HMI（人机界面）系统，网络系统。软件方面主要是程序结构，自动化过程中的数据管理，组态数据、通讯数据及程序和项目文档。在SIEMENS的S7中，上述工作都在项目管理（SIMATIC 管理器），包括必须的硬件（+组态），网络（+组态），所有程序和自动化解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的数据管理。F1在线帮助。 图2-3 西门子组合硬件和软件 2.5控制算法—PID PID控制问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。 PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 PID参数的整定方法： PID参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法，它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改；二是工程整定法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。 PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。 控制器参数经验方法实质上是一种经验凑试法，是工程技术人员在长期生产实践中总结出来的。它不需要进行事先的计算和实验，而是根据运行经验，先确定一组控制器参数，并将系统投入运行通过观察认为加入干扰（改变设定值）后的过渡过程曲线，根据各种控制作用对过渡过程的不同影响来改变相应的控制参数制，进行反复凑试，直到获得满意的控制质量为止。本次设计就是使用的是经验法，根据工艺和实际经验获取PID参数。 2.6 S7-300实现PID闭环控制的原理 以PLC作为控制器构成的闭环控制系统，如图2-1 所示。图中的虚线部分由PLC来实现。检测元件将被控量实际值pv 测量转换为1V～5V 电压信号或4mA～20mA 电流信号，该模拟信号接至PLC 的AI 模块，进行A/D 转换，根据用户编写的PID 控制程序，将测量值与给定值sp比较，通过二者的偏差e(t)进行PID算法的运算得到输出操作信号u(t)，经PLC 的AO 模块进行D/A 转换，转换后的信号（1V～5V 电压信号或4mA～20mA 电流信号）用于驱动执行结构，实现对被控对象的控制。 图2-1 PLC 闭环控制系统 3 下位控制系统设计 3.1系统分析 根据水泥煤磨收尘仓控制原理，收尘仓有三个温度经传感器检测变送到PLC，与设定值比较，大于该值送至PID中进行运算，运算完成后输出，调节电磁阀开度进行温度调节使其达到温度设定值；小于设定值则不运算。 3.2系统输入输出的统计 输入输出量有数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出四种。 根据分析煤磨段的工艺，其输入输出情况如表3-1： 设备名称 采样信号 信号类型 1 斗式提升机过载电流 PIW256 模拟量 2 原煤仓料位 PIW258 模拟量 3 磨机1轴前温度 PIW260 模拟量 4 磨机2轴前温度 PIW262 模拟量 5 磨机1轴后温度 PIW264 模拟量 6 磨机2轴后温度 PIW266 模拟量 7 热风机转速 PIW268 模拟量 8 煤粉收尘仓压力 PIW270 模拟量 9 煤粉收尘仓温度1 PIW272 模拟量 10 煤粉收尘仓温度2 PIW274 模拟量 11 煤粉收尘仓温度3 PIW276 模拟量 12 煤粉仓料位 PIW278 模拟量 13 计量称重量 PIW280 模拟量 14 电磁阀开度 PQW288 模拟量 15 起始信号 I12.0 数字量 16 提升电机 I12.1 数字量 17 磨机电机 I12.2 数字量 18 螺旋输送机1皮带 I12.3 数字量 19 离心风机电机 I12.4 数字量 20 螺旋输送机2皮带 I12.5 数字量 3.3硬件的选型 根据实际工艺和冗余考虑。这就要求在选择CPU、I/O模块等时要适当留有约10%的裕量。如图3-2 图3-2 硬件选型 设备型号：电源模块：CP307-5A CPU模块：CPU315-DP 输入输出模块：AI 8*12bit 2个，AO 4*12bit 1个，DI 16*DC24V 1个。 3.4下位系统程序的设计 3.4.1系统流程图 图3-3 系统流程图 信号经传感器采集检测变送到PLC，与设定值比较，大于设定值送至PID中进行运算，运算完成后输出，调节电磁阀开度进行温度调节使其达到温度设定值；小于设定值则不运算。 3.4.2系统程序 OB1主程序 监测数据采集的实现是调用FC105“SCALE”，将输入A/D转换后的数字量转换为被控对象的一个检测值，结果放在MD寄存器中，如图3-4； 图3-4 监测数据的采集 调用FC106“UNSCALE”，将PID输出的操作值（MD162）转换为0～27648之间的一个数字量，结果输出给模拟量输出存储器(PQW288)。如图3-5。 图3-5 PID输出转换 煤粉收尘仓温度数据检测： 图3-6煤粉收尘仓温度数据检测 运行与故障报警包括提升电机故障、过载电流报警、磨机故障报警、皮带电机1和 2故障报警、风机故障报警。其中过载电流报警是电流过载5min后报警，因此使用定时器S_ODTS和比较指令CMP>=1指令；其他报警可使用常开和常闭指令。如图3-7、3-8。 图3-7运行与故障报警 图3-8提升机过载电流报警 三个检测温度比较大小：温度1先与温度2比较，得出最大的，把最大的给温度1，再与温度3比较，得出最大的，再把最大的给温度1，这样温度1温度最大，然后与设定值比较，大于它，把温度1给PID的过程值寄存器。如图3-9。 图3-9收尘仓检测温度比较大小 PID参数设定包括PID三参数的使能开关（M0.3、M0.4、M0.5），设定值（MD20）、比例值（MD150）、积分值（MD154）、微分值（MD158）如图3-10、图3-11。 图3-10PID参数 图3-11 PID使能开关 PID运算模块（OB35） 图3-12 PID运算模块 4 上位监控系统设计 组态软件是数据采集监控系统SCADA的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。它具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。组态软件由早先单一的人机界面。向数据处理机方向发展，管理的数据量越来越大。随着组态软件自身以及控制系统的发展，监控组态软件部分与硬件发生分离，为自动化软件的发展提供了充分发挥作用的舞台。OPC的出现，以及现场总线尤其是工业以太网的快速发展，大大简化了一种设备间互连，降低了I/O设备驱动软件的工作量。I/O驱动软件也逐渐向 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化的方向发展。本次毕设使用的组态软件是WINCC软件。 4.1 WINCC的简介 SIMATIC WINCC是HMI/SCADA软件中的后起之秀，1966年进入世界工控组态软件市场，当年就被美国某杂志评为最佳HMI软件，以最短的时间发展成第三个在世界范围内成功的SCADA系统，而在欧洲，它无可争议地成为第一。 在设计思想上, SIMATIC WINCC秉承西门子公司博大精深的企业文化理念，性能最全面、技术最先进、系统最开放的HMI/SCADA软件是SIMATIC WINCC开发者的追求。WINCC是按世界范围内使用的系统进行设计的，因此从一开始就适合于世界上各种主要制造商生产的控制系统，如A-B、Modicon、GE等，并且通讯驱动程序的种类还在不断的增加。通过OPC的方式，WINCC还可以与更多的第三方软件控制器进行通讯。 作为SIMATIC全集成自动化系统的重要组成部分，WINCC确保与SIMATIC S5,S7和505系列的PLC连接的方便和通讯的高效；WINCC与STEP7编程软件的紧密结合缩短了项目开发的周期。此外，WINCC还有对SIMATIC PLC进行系统诊断的选项，给硬件维护提供了方便。 4.2 WINCC软件的性能特点 WINCC作为一个功能强大的操作监控组态软件，其主要性能特点如下： (1)应用最新的软件技术 WINCC是由SIEMENS公司与Microsoft公司合作开发的用于控制工程的人机界面组态软件，正是基于Microsoft公司技术的先进性与创新性，保证用户能够获得不断创新的技术。 (2)包括所有SCADA功能在内的客户-服务器系统 WINCC是世界上3个 (WINCC、iFix、inTatch)最成功的SCADA系统之一，由WINCC系统组件建立的各种编辑器可以生成画面、脚本、报警、趋势和报告，即使是最基本的WINCC系统，也能提供生成复杂可视化任务的组件和函数。 (3)可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务 WINCC是一个模块化的自动化软件，可以灵活地进行扩展，可应用在办公室和机械制造系统中。从简单的工程应用到复杂的多用户应用，从直接表示机械到高度复杂的工业过程图像的可视化监控和操作。 (4)可由专用工业和专用工艺的选件和附件进行扩展 WINCC在开放式编程接口的基础上开发了范围广泛的选件和附件，使之能够适应各个工业领域不同工业分支的不同需求。 (5)集成ODBC/SQL数据库 WINCC集成了Sybase SQL Anywhere标准数据库，使得所有面向列表的组态数据和过程数据均存储在WINCC数据库中，可以容易地使用标准查询语言 (SQL)或使用ODBC (Open Data Base Connectivity )驱动访问WINCC数据库。这些访问选项允许WINCC对其他的Windows程序和数据库开放其数据，例如，将其自身集成到工厂级或公司级的应用系统中。 (6)具有强大的标准接口 WINCC建立了DDE(Dynamic Data Exchange)、OLE(Object Link and Embed)、OPC(OLEFor process Control)等在Windows程序间交换数据的标准接口，因此，能够毫无困难地集成Active X控制和OPC服务器、客户端功能。 (7)统一脚本语言 WINCC的脚本语言由ANSI-C标准编程语言生成。 (8)开放API编程接口可以访问WINCC的模块 所有的WINCC模块都有一个开放的C编程接口(C-API)，可以在用户程序中集成WINCC组态和运行时的功能。 (9)通过向导进行简易的(在线)组态 组态工程师除了可利用综合库，在一个WYSIWYG环境中，进行简单的对话和向导外，在调试阶段，同样可进行在线修改。 (10)选择组态软件的语言 WINCC软件是基于多种语言开发的，可以在德文、法文、意大利文、西班牙文、中文及其他多种亚洲语言之间进行选择。可以存储用户喜爱的任何一种语言文本，可以在线进行语言转换。 (11)提供所有主要PLC系统的通信通道 作为标准，WINCC支持所有连接到SIMATIC S5/S7/505控制器的通信通道，还包括 PROFIBUS-DP、DDE、OPC等非特定控制器的通信通道。此外，还可以通过选件或附件提供广泛的非特定控制器的通信通道。 (12)具有与基于PC的控制器的SIMATIC WinAC的紧密接口 将软/插槽PLC集成在PC上，在PC上实现PLC的操作和监控，WINCC提供了与WinAC连接的接口。 (13)是全集成自动化工TIA的部件 TIA(Total Integrated Automation)集成了包括WINCC在内的所有SIEMENS产品，WINCC是所有过程控制的窗口，是TIA的中心部件。TIA意味着在组态、编程、数据存储和通信等方面的一致性。 (14)作为SIMATIC PCS7过程控制系统申的操作员站 SIMATIC PCS7是TIA中的过程控制系统。PCS7是结合了基于控制器的制造业自动化的优点和基于PC的过程工业自动化的优点的过程处理系统 (PCS)，它对过程可视化使用包括WINCC的标准SIMATIC部件。 (15)可集成到MES和ERP中 WINCC的标准接口使WINCC成为全公司范围IT环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程，将范围扩展到工厂监控级，以及为公司管理系统提供管理数据。 4.3 WINCC的系统结构 WINCC具有模块化的结构，其基本组件是组态软件(CS)和运行软件(RT)。 4.3.1组态软件 启动WINCC后，WINCC资源管理器随即打开。WINCC资源管理器是组态软件的核心，整个项目结构都显示在WINCC资源管理器中。从WINCC资源管理器中调用特定的编辑器，既可用于组态，也可对项目进行管理，每个编辑器分别形成特定的WINCC子系统。 主要的WINCC子系统包括： (1) 图形系统 用于创建画面的编辑器，也称作图形编辑器。 (2)报警系统 对报警信号进行组态的过程，也称报警记录。 (3)归档系统 变量记录编辑器，用于确定对何种数据进行归档。 (4)报表系统 用于创建报表布局的编辑器，也称作报表编辑器。 (5) 用户管理器 用于对用户进行管理的编辑器。 (6) 通信 提供WINCC与SIMATIC各系列可编程控制器的连接。 4.3.2 运行软件 用户通过运行软件对过程进行操作和监控，主要执行下列任务： (1) 读出已经保存在CS数据库中的数据。 (2) 显示屏幕中的画面。 (3) 与自动化系统通信。 (4) 对当前的运行系统数据进行归档。 (5) 对过程进行控制。 4.4主监控画面和报警画面 主监控画面包括原煤提升机、风机、原煤仓、磨机、动态选粉仓、煤粉收尘仓、混料仓、称重仓、传送带、煤仓原件，还有运行与故障报警标志，PID手动设定位，三参数写入位等。报警记录中有风机转速报警、温度报警、仓位报警、压力报警等。如图4-1。 图4-1 主监控画面 报警组态是为了在运行状态下监控那些反映设备实际状态的变量的变化,并及时提示现场设备的故障信息。进入报警记录，在左上角的浏览窗口可看到报警记录所具有的组件。“消息块”决定了报警时提示该报警的哪些信息，如该报警产生的位置、日期、时间等。消息等级决定了该报警的级别，一般我们都选择Error级的Alarm型。 在报警记录下方的数据窗口，须添加所有欲监控的变量。在下拉菜单中选择“属性”即打开该报警变量的属性窗口在属性窗口的“参数”标签页中设置该报警的等级及类型。单击 “消息变量”栏旁的按钮可选择报警变量属性窗口的“文本”标签页中，“消息文本”栏中填写该报警发生时提示的文本消息。添加所有变量后的报警记录如图4-2所示。 图4-2报警记录 在图形编辑器中，将“对象选项板”的“控件”板的“WinCC Alarm Control”控件放到界面上并拖至合适尺寸，双击“WinCC Alarm Control”控件弹出“WinCC Alarm Control属性”对话框，更改其属性。如图4-3和4-4所示。 图4-3报警画面 图4-4 WinCC报警控件属性 在属性对话框中，“常规”标签页设置该控件的标题、窗口类型；“参数”标签页设置是否具有行标题、列标题等；“字体”标签页设置字体及其大小；“工具栏”标签页设置是否具有工具栏及工具栏具有哪些功能；“状态栏”标签页设置是否具有状态栏及状态栏显示哪些状态；“消息块”标签页设置该控件显示哪些块的那些内容；“消息行”标签页中，左边的列表中显示了所有在消息块中选中的内容，右边的列表显示了实际要在该控件中显示的内容，通过Up、Down按钮可对这些选项进行排序。 5 上下位通讯与仿真 5.1上下位通讯 （1）首先是在STEP7里面根据具体的工程需求写好程序，并在PLCSIM里面进行仿真后确认程序正确无误。 （2）打开WINCC通过以下方式创建一个新的项目：添加新的驱动程序也就是新项目右击浏览窗口中的“变量管理”，在快捷菜单中选择“添加新的驱动程序”如图1所示。 图5-1 设置界面1 （3）在“添加新的驱动程序”对话框中选择一个驱动程序例如“SIMATIC S7 Protocol Smite.chn，单击打开按钮则选择的驱动程序显示在变量的管理子目录下。 图5-2 设置界面2 （4） 点击MPI建立项目连接：点击右键再点开属性修改链接属性如下图所示，在逻辑设备名称一栏中选择PLCSIM(MPI) 因为下位机PLC的仿真与上位机WINCC选择的是MPI通讯方式，实际工程可以根据不同的需要选择不同的方式，例如可以选择总线方式或者自适应的MPI方式等等。 。 图5-3 设置界面3 图5-4 设置界面4 （5）选择刚才新建的驱动程序在它的属性里面修改链接的地址机架与插槽号等如下图所示。 图5-5 设置界面5 （6）在新建立的项目地下建立新的变量，可以注释清楚变量名称也就是在程序里面的I/O点，模拟量采用的MD（浮点的32位字符）数字量采用M（二进制），与STEP7里面的点一一对应，设置如下图。 图5-6 设置界面6 设置完成如下图所示： 图5-7 设置界面7 （7）根据添加的变量在Graphics Designer 图形编辑器里，根据工艺在“库”里面寻找相关的设备以及要用的元器件，并在“对象选项板”选择需要的点、 线、 面以及按钮等，或者在控件里找到输入/输出域添加，就会产生如下图的监控画面。 图5-8监控画面 （8）输入/输出域点击右键打开组态对话框建立工程链接，点击变量后面的黄色图标会出现（6）中添加的变量，点击加入的“对应变量”然后确定，如果有需求可以在“属性”里进行修改比如：位修改 显示字符大小修改 采集时间修改等等。 5.2报警的制作 （1）打开报警记录项目，添加模拟量报警，如下图所示。 图5-9 报警设置 （2）完成添加后进行报警记录的编辑，如下图是已编辑完成的。 图5-10 报警记录 （3）启动计算机选项中的报警记录运行栏，再在形编辑中做一个报警画面即可。 5.3上下位的仿真调试 （1）打开step7，并打开其中的PLCsim项，运行下面程序，开始进行仿真；再打开WINCC软件，运行主监控画面。WINCC画面如图5-11所示。 图5-11 监控界面 （2）调试与仿真 电机故障仿真：打开主开关（I 12.0），同时打开皮带电机1和 2开关（I 12.3、I 12.4）。观察仿真程序和主监控画面，如图5-12、图5-13。 图5-12 点击运行与故障报警 图5-13电机故障仿真 数据采集：在S7-PLCSIM中写入数据（PIW 256提升电机过载电流检测、PIW258原煤仓料位检测、PIW260磨机1轴前温度、PIW262磨机2轴前温度）。观察监控画面。图5-14、图5-15。 图5-14 PLCsim仿真 图5-15数据采集 PID仿真：在上位监控画面中手动写入参数，同时打开PID使能开关并观察PLCsim的监控项的值（MD20、MD148、MD156）和OB35中PID模块（FB41）的运算结果（MD156）。 图5-16手动设定值 图5-17 PID的运算仿真 系统设计完成后，可实现对煤磨系统温度的自动控制，设定一个温度值，采集的煤粉收尘仓温度与设定值比较并经过PID运算后得到一个操作值，来控制电磁阀阀门的开度，进而控制煤磨系统的温度。 在人机监控画面上把温度设定为75℃，在仿真器中把煤粉收尘仓温度设为75℃，下位机的程序被执行，主程序如图5-18所示，PID模块如图5-19所示。电磁阀会有一个相应的开度，如图5-20所示。 图5-18主程序运行结果 图5-19 PID模块输出结果 图5-20上位机运行画面显示结果 6 结论 6.1总结 本课题来源于实际的工程项目，是一整套水泥煤磨自动控制控制系统，包括上位机控制系统、下位机控制系统。本文所设计的内容成功完成了项目要求和技术条件要求。设计的主要内容是了解国内外水泥工业状；掌握水泥煤磨工艺的构成及工作原理，学习PLC技术与WINCC软件在水泥煤磨段中的应用，改变以往继电器的简陋使用和工人现场操作的状况，使其在实际运用中使系统具有较高的稳定性、可靠性和实用性，并且使操作人员的操作更加灵活和安全，使产品的质量产量得到提高。同时可编程序控制器的原理，了解S7－300的性能，掌握STEP7编程及仿真软件的使用；进行S7－300设备选型，画出系统硬件接线图, 根据自动控制系统方案，编写主程序；上位监控组态画面。 6.2 展望 通过几个月的设计学习，我对水泥煤磨自动控制系统有了很大程度的了解。由于缺少经验，理论方面也存在不足，并且条件有限使设计方面有一些不足，个人技能还有待提高，理论知识有待加强。本人会在以后的工作和学习中增强各方面的知识并不断加以提高。本次毕业设计充分锻炼了独自解决问题的能了，给日后的学习、工作和生活带来很大帮助。 7 致谢 首先要感谢导师赵敏华老师对我悉心指导，她严谨细致，给了我很多宝贵的意见和建议，使我受益匪浅。同时她一丝不苟的工作作风一直是我工作和学习中的榜样，给我起了指明灯的作用；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。 其次，我要感谢学姐的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油！这次毕业设计就不会如此的顺利进行。 参考文献 [1] 甘源.Profibus-DP在巴基斯坦水泥项目上的运用[J].智能建筑与城市信息,2007,(01). 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