畢業(yè)論文基于plc的水泥工藝煤磨段自動控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　基于PLC的水泥工藝煤磨段自動控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　設(shè)計說明</b></p><p>　　煤粉制備在工業(yè)生產(chǎn)中有重要作用，被廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、電力、水泥等行業(yè)。傳統(tǒng)煤粉制備控制系統(tǒng)，具有控制點少、靠人工測量、手動操作等特點，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和產(chǎn)量的提高，控制系統(tǒng)的處理量不斷增大，以往人工現(xiàn)場控制手段己很難滿足生產(chǎn)的要

2、求，同時由于人工檢測誤差大，控制設(shè)備落后、安全性低，給整個系統(tǒng)的生產(chǎn)操作和管理帶來了很大的困難。</p><p>　　根據(jù)我國的水泥生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀，本文以水泥工藝煤粉制備系統(tǒng)為研究對象，分析并設(shè)計了基于PLC的水泥工藝煤磨段自動控制系統(tǒng)。</p><p>　　本文介紹了我國的水泥煤粉制備自動化現(xiàn)狀和水泥工藝煤磨段的設(shè)備構(gòu)成及工作原理，分析了煤磨段中需要控制和監(jiān)視的對象，以球磨機負荷為控制對象

3、，重點從上位系統(tǒng)和下位系統(tǒng)介紹了控制系統(tǒng)的設(shè)計過程。下位系統(tǒng)的設(shè)計通過對煤磨段的工作原理分析，確定系統(tǒng)的I/O點數(shù)，進行PLC的選型與硬件配置，繪制程序流程圖，并完成程序的編寫；上位系統(tǒng)的設(shè)計通過WinCC進行變量的建立、人機監(jiān)控畫面的設(shè)計；并且詳細介紹上位系統(tǒng)和下位系統(tǒng)的通訊和連接。</p><p>　　論文最后對系統(tǒng)進行調(diào)試和運行，分析系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能，并總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計過程中的主要工作內(nèi)容。</p>

4、<p>　　關(guān)鍵詞：煤磨段；PLC；自動控制；WinCC；監(jiān)控</p><p>　　Design of Cement Process Coal Mill Period Automatic Control System Based on PLC</p><p>　　Design Description</p><p>　　Coal preparation

5、 in industrial production has an important role, is widely used in metallurgy, mining, the electric power, the cement industry, etc. Traditional pulverized coal preparation control system, have less control points, by ar

6、tificial measurement, manual operation characteristics, such as the production scale to expand and increase yield, the control system of the productivity increase, and the control methods have artificially before it is d

7、ifficult to meet the requirements of product</p><p>　　According to China's cement production development present situation, this paper in cement process coal preparation system as the research object, th

8、e analysis and design of process based on PLC cement grinding coal for automatic control system. </p><p>　　This paper introduces the preparation of pulverized coal in China cement status and cement process a

9、utomation coal mill equipment for components and working principle and the analysis of the coal mill paragraph need to control and monitoring of the object, by the ball mill load is the object of control. Focus from uppe

10、r system and a system introduced the design of the control system of process. The design of the system through the position of coal mill segment of the working principle analysis, </p><p>　　Final paper on th

11、e system commissioning and operation, this paper analyzes the system can realize the function, and summarizes the system in the process of design work. </p><p>　　Key Words: cement craft coal rubs；PLC；automat

12、ic control；WinCC；monitor</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1項目背景、意義1</p><p>　　1.2煤粉制備控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3論文設(shè)計

13、內(nèi)容2</p><p>　　2 PLC和HMI基礎(chǔ)及應(yīng)用4</p><p>　　2.1可編程控制器基礎(chǔ)4</p><p>　　2.1.1 PLC簡介4</p><p>　　2.1.2西門子—S7-300 PLC4</p><p>　　2.2.3 PLC在水泥自動化的應(yīng)用5</p><p&

14、gt;　　2.3 人機界面基礎(chǔ)7</p><p>　　2.3.1 WinCC概述7</p><p>　　2.3.2 WinCC的組態(tài)及應(yīng)用8</p><p>　　3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計9</p><p>　　3.1煤磨段的工藝流程9</p><p>　　3.2煤磨段系統(tǒng)的控制要求11</p>&

15、lt;p>　　3.3煤磨段中球磨機負荷的控制要求12</p><p>　　3.4煤磨段自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計12</p><p>　　3.5控制系統(tǒng)各部分功能12</p><p>　　4 現(xiàn)場PLC控制站設(shè)計14</p><p>　　4.1系統(tǒng)中I/O點數(shù)的選取14</p><p>　　4.2 S7-3

16、00 PLC的選型與硬件配置21</p><p>　　4.2.1 STEP7簡單介紹21</p><p>　　4.2.2 PLC型號的選擇24</p><p>　　4.3 PLC控制器的設(shè)計27</p><p>　　4.3.1 基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)PID算法27</p><p>　　4.3.2 PID控制

17、及參數(shù)整定28</p><p>　　4.4主程序的編寫29</p><p>　　4.4.1地址分配29</p><p>　　4.4.2程序流程圖設(shè)計29</p><p>　　4.4.3程序的仿真29</p><p>　　5 上位WinCC監(jiān)控站設(shè)計35</p><p>　　5.1人機

18、界面（HMI）設(shè)計35</p><p>　　5.2變量設(shè)置38</p><p>　　6 系統(tǒng)調(diào)試及分析49</p><p>　　6.1上下位的連接與調(diào)試49</p><p>　　6.2控制回路的運行60</p><p>　　6.3運行結(jié)果分析67</p><p><b>　

19、　7 總結(jié)69</b></p><p>　　7.1論文的主要工作69</p><p>　　7.2進一步的研究工作69</p><p><b>　　致謝70</b></p><p><b>　　參考文獻71</b></p><p><b>　　附

20、錄72</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1項目背景、意義</p><p>　　水泥是建筑工程中最為重要的建筑材料之一，水泥的問世對工程建設(shè)起到了巨大的推動作用，引起了工程設(shè)計、施工技術(shù)、新材料開發(fā)等領(lǐng)域的巨大變革。水泥不僅大量用于工業(yè)與民用建筑中，而且廣泛用于交通、水利、海港、礦山等工

21、程，幾乎任何種類、規(guī)模的工程都離不開水泥[1]。</p><p>　　近年來，在新建或改建的新型干法窯水泥生產(chǎn)線中，自動化新技術(shù)、新裝備得到了廣泛應(yīng)用，對保證產(chǎn)品的質(zhì)量，降低消耗，提高勞動生產(chǎn)率起到了重要作用。但全國現(xiàn)有的8000多家水泥企業(yè)，大中型企業(yè)不足400家，立窯水泥產(chǎn)量占81％，優(yōu)質(zhì)回轉(zhuǎn)窯水泥產(chǎn)量不足19％，大部分水泥企業(yè)，特別是小立窯廠生產(chǎn)設(shè)備落后，自動化控制水平低，能源消耗高[2]。</p&g

22、t;<p>　　隨著水泥工藝的技術(shù)進步，自動化的重要性日益凸現(xiàn)，而自動化技術(shù)與裝備的不斷發(fā)展，為水泥生產(chǎn)新工藝的推廣應(yīng)用和完善創(chuàng)造了條件。因此，自動化與工藝技術(shù)是相輔相成的，它為提高產(chǎn)品的產(chǎn)質(zhì)量、設(shè)備運轉(zhuǎn)率和勞動生產(chǎn)率，降低能耗、勞動強度，實現(xiàn)科學(xué)管理等提供保障，使企業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟指標達到最佳。因此，水泥作為現(xiàn)階段建筑工程中的主要建筑材料，其自動化水平的發(fā)展和進步具有重要意義。</p><p>　　

23、1.2煤粉制備控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀</p><p>　　我國水泥工業(yè)自動化的發(fā)展大致經(jīng)過了這樣幾個階段:上世紀70年代以前，以人工作業(yè)為主，只有簡單的生產(chǎn)過程控制，如常規(guī)的一次儀表、二次儀表以及各種繼電器、保護裝置等。上世紀80年代初，水泥工業(yè)自動化水平有所提高，我國引進了新型干法水泥生產(chǎn)線以及自行開發(fā)設(shè)計的ZOO0t/d新型干法預(yù)分解水泥生產(chǎn)線，其生產(chǎn)過程采用集中控制方式，從而大大提高了水泥生產(chǎn)線的自動化水平。80年

24、代中期，我國水泥工業(yè)自動化又有了更大的發(fā)展，開始引進并應(yīng)用集散型控制系統(tǒng)(DCS)。90年代中后期，DCS系統(tǒng)的控制范圍從水泥生產(chǎn)線的主工藝流程擴展到整個水泥生產(chǎn)線上的有車間，同時，系統(tǒng)采集的信息量也大大增加，生產(chǎn)與經(jīng)營管理信息系統(tǒng)開始得以應(yīng)用。進入21世紀，我國水泥工業(yè)的自動化水平進一步提高，生產(chǎn)全過程的控制和信息采集系統(tǒng)更加優(yōu)化，我國自主設(shè)計的自動化控制系統(tǒng)不斷完善，相當一部分生產(chǎn)線已具備國際先進水平[3]。</p>

25、<p>　　目前我國水泥工業(yè)自動化技術(shù)水平可以分為4種情況:（1）對于一些大型水泥生產(chǎn)企業(yè)，如2000t/d以上新型干法水泥生產(chǎn)線，已經(jīng)普遍采用先進的集散控制系統(tǒng)(DCS)，包括對設(shè)備的監(jiān)控報警、堆場管理、磨機配料、窯的模糊邏輯控制等各項功能。（2）規(guī)模為700-1000t/d的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線中，一批有實力的企業(yè)采用了DCS或PLC控制系統(tǒng)，對工藝參數(shù)和設(shè)備運行實行全方位的測控，技術(shù)裝備和自動化水平較先進，管理水平較高。（3）是

26、絕大多數(shù)的中小水泥企業(yè)雖然計算機的應(yīng)用已經(jīng)很普遍，但仍處于采用模擬儀表對過程參數(shù)進行測控的階段，如:采用鈣鐵分析儀對出磨生料進行配料控制;采用磨機負荷控制系統(tǒng);熟料鍛燒采用立窯偏火控制裝置等。（4）還有相當數(shù)量的小立窯廠設(shè)備陳舊，工藝落后，人員素質(zhì)低，文化程度低，自動化技術(shù)極少或根本沒有采用[4]。</p><p><b>　　1.3論文設(shè)計內(nèi)容</b></p><p&g

27、t;　　可編程控制器(PLC)是集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動控制裝置。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動化的三大支柱(PLC、工業(yè)機器人、CAD/CAM)之一。PLC的應(yīng)用已成為一個世界潮流，我國工業(yè)自動化進程中，PLC技術(shù)將得到更全面的推廣和應(yīng)用。</p><p>　　本論文以德國西門子公司的S7-300 PLC為控制器，使用溫度、壓力、電流等傳感器將檢測到的

28、實際值轉(zhuǎn)化為電壓、電流信號，經(jīng)過模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，在WinCC監(jiān)控中顯示，并將采集到的球磨機電流信號送到PLC中進行PID運算，再將PID控制器輸出量轉(zhuǎn)化為圓盤喂料機輸入量，通過圓盤喂料機變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速變化實現(xiàn)對球磨機負荷的控制。同時利用SIMATTC的組態(tài)軟件“WinCC”設(shè)計一個人機界面（HMI），通過MPI與可編程控制器通信，對控制系統(tǒng)進行全面監(jiān)控，從而使用戶操作更方便。總體上包括的技術(shù)路線：系統(tǒng)總體設(shè)計，PLC

29、選型與硬件配置，PLC軟件編程，WinCC組態(tài)畫面，系統(tǒng)通訊，參數(shù)整定等。</p><p>　　全論文分七章,各章的主要內(nèi)容說明如下：</p><p>　　第一章，對水泥生產(chǎn)中制粉系統(tǒng)應(yīng)用的背景及國內(nèi)水泥自動化的發(fā)展狀況進行了解闡述，指出了本文的研究意義；</p><p>　　第二章，針對控制系統(tǒng)設(shè)計所需要的PLC和WinCC，進行簡單的介紹；</p>

30、<p>　　第三章，通過查找相關(guān)資料了解水泥工藝（煤磨段）的構(gòu)成及工作原理，了解系統(tǒng)的控制要求，并對主要控制部分進行研究，完成控制系統(tǒng)總體設(shè)計；</p><p>　　第四章，從PLC現(xiàn)場控制站設(shè)計角度,根據(jù)該自動控制系統(tǒng)控制要求與實現(xiàn)的功能，完成對PLC的選型、PLC的硬件配置以及PLC控制器的設(shè)計和參數(shù)的整定。完成控制系統(tǒng)下位設(shè)計，主要包括編程軟件STEP7的介紹以及程序設(shè)計；</p>

31、<p>　　第五章，控制系統(tǒng)上位設(shè)計，包括組態(tài)監(jiān)控畫面、變量建立和動態(tài)連接；</p><p>　　第六章，實現(xiàn)系統(tǒng)的上下位通訊，并進行調(diào)試，對調(diào)試結(jié)果進行分析并得出結(jié)論）；</p><p><b>　　第七章，總結(jié)全文。</b></p><p>　　2 PLC和HMI基礎(chǔ)及應(yīng)用</p><p>　　2.1可編

32、程控制器基礎(chǔ)</p><p>　　2.1.1 PLC簡介</p><p>　　可編程控制器(programmable logic controller，PLC)是在繼電器控制和計算機控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自控制裝置。它具有可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡單、使用方便以及體積小、質(zhì)量輕、功耗低等優(yōu)點。PLC的應(yīng)用

33、范圍通?？煞殖梢韵聨追N類型：開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制、運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理和通信網(wǎng)絡(luò)[5]。</p><p>　　開關(guān)量的邏輯控制是PLC最基礎(chǔ)最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，又可用于多機群控制及自動化傳統(tǒng)水線。如電梯控制、高爐上料、磨床電鍍流水線等[5]。PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-

34、1 PLC基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.1.2西門子—S7-300 PLC</p><p>　　德國西門子公司是世界上較早研制和生產(chǎn)PLC的主要廠家之一，其產(chǎn)品具有各種尺寸以適應(yīng)各種不同的應(yīng)用場合。它包括從簡單小型控制器到具有過程計算機功能的大型控制器，可以配置各種輸入/輸出模塊、編程器、過程通信和顯示器件等。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能較強，

35、可靠性高[6]。</p><p>　　S7—300 PLC功能強、速度快、擴展靈活，它具有緊湊的、無槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖3.2所示。它的主要組成部分有導(dǎo)軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元CPU模塊、接口模塊（IM）、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）等。通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP和其它S7PLC相連。</p><p>　　S7-300是模

36、塊化小型PLC系統(tǒng)，各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，它采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6～0.1ｕs）指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度

37、傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（超時，模塊更換等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件STEP7

38、的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過</p><p>　　S7-300 能滿足中等性能要求的應(yīng)用，是S7系列PLC中應(yīng)用最廣的產(chǎn)品，它已成功地用于范圍廣泛的自動化領(lǐng)域。S7-300 的重點在于為生產(chǎn)制造過程中的系統(tǒng)解決方案提供了一個通用的自動化平臺。如圖2-2所示S7—300 PLC系統(tǒng)構(gòu)成。</p><p>　　2.2.

39、3 PLC在水泥自動化的應(yīng)用</p><p>　　在水泥生產(chǎn)企業(yè)中，由過程控制系統(tǒng)來完成生產(chǎn)工藝參數(shù)的檢測、顯示、記錄、調(diào)節(jié)、控制、報警等功能，它對提高水泥生產(chǎn)線的作業(yè)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量及縮短新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)周期起著極其重要的作用。其特點是可對生產(chǎn)過程進行實時控制。由于控制過程復(fù)雜，工藝滯后，監(jiān)控參數(shù)多且數(shù)據(jù)變化快，數(shù)據(jù)處理及貯存量大。根據(jù)過程控制系統(tǒng)的特點及不同生產(chǎn)工藝過程控制要求，應(yīng)用不同的控制系統(tǒng)才可以既

40、安全可靠又經(jīng)濟高效地完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p>　　隨著可編程序控制器(PLC)本身的技術(shù)進步，突出發(fā)揮了微機技術(shù)為基礎(chǔ)的周有能力，加強了其函數(shù)、數(shù)據(jù)處理、圖象顯示，聯(lián)網(wǎng)通訊能力、具備更強有力的軟件功能和合理方便的用戶界面等諸多方面的更新并趨于成熟，已在過程控制中占有及其重要的一席之地。PLC與傳統(tǒng)的集散型控制系統(tǒng)(DCS)之間的界限已不太明顯，從其設(shè)計思想的初衷——繼電器邏輯控制概念上有了非常大的飛躍，已跨

41、越初衷。由單純的一類工業(yè)控制裝置向綜合性控制系統(tǒng)滲透和發(fā)展、由只能構(gòu)成小規(guī)模系統(tǒng)朝著構(gòu)成完善的中大規(guī)模系統(tǒng)發(fā)展，打破了在過程控制系統(tǒng)中DCS獨領(lǐng)天下的格局?，F(xiàn)代水泥生產(chǎn)屬于典型的連續(xù)生產(chǎn)過程，具有大量的順控、聯(lián)鎖、電機驅(qū)動、物料處理等控制要求，而PLC正是基于這種控制目的開發(fā)出來的。而新一代的PLC在計算能力、響應(yīng)速度、聯(lián)網(wǎng)能力、靈活及可維護性等方面與DCS相比毫不遜色，顯示出PLC作為過程控制系統(tǒng)在現(xiàn)代水泥工業(yè)中廣泛的應(yīng)用前景。<

42、;/p><p>　　PLC系統(tǒng)主要特點是：工作可靠，運行速度快；積木式結(jié)構(gòu)，組合靈活；良好的兼容性；程序編制及生成簡單、豐富；網(wǎng)絡(luò)功能強。PLC系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實時順序控制、條件控制、計數(shù)控制、步進控制等功能；能夠完成模，數(shù)(A／D)、數(shù)，模(D／A)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)、實時監(jiān)控等功能[8]。</p><p>　　圖2-2 S7—300 PLC系統(tǒng)構(gòu)成框圖</p>&l

43、t;p>　　2.3 人機界面基礎(chǔ)</p><p>　　2.3.1 WinCC概述</p><p>　　監(jiān)控組態(tài)軟件不僅有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCDA)功能，而且有組態(tài)、開發(fā)和開放功能。監(jiān)控組態(tài)軟件是伴隨著計算機技術(shù)、DCS和PLC等工業(yè)控制技術(shù)的突飛猛進而發(fā)展起來的。隨著個人計算機(PC)的普及和開放系統(tǒng)的推廣，基于PC的監(jiān)控組態(tài)軟件在工業(yè)控制領(lǐng)域不斷發(fā)展壯大。監(jiān)控組態(tài)軟件廣泛運用于工業(yè)

44、、農(nóng)業(yè)、樓宇和辦公等領(lǐng)域的自動化系統(tǒng)。</p><p>　　隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，自動化產(chǎn)品呈現(xiàn)出小型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化、開放式和低成本的發(fā)展趨勢，并逐漸形成了各種標準的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。監(jiān)控組態(tài)軟件已經(jīng)成為其中的橋梁和紐帶，是自動化系統(tǒng)集成中不可缺少的關(guān)鍵組成部分。</p><p>　　西門子公司的WinCC是Windows Control Center(視窗控制中心)

45、的簡稱。它集成了SCADA、組態(tài)、腳本(Script)語言和OPC等先進技術(shù)，為用戶提供了Windows操作系統(tǒng)(Windows2000或XP)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。WinCC繼承了西門子公司的全集成自動化(TIA)產(chǎn)品的技術(shù)先進和無縫集成的特點錯誤!未找到引用源。。</p><p>　　WinCC運行于個人計算機環(huán)境，可以與多種自動化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈

46、活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。它為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短了軟件設(shè)計周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一個特點在于其整體開放性，它可以方便地與各種軟件和用戶程序組合在一起，建立友好的人機界面，滿足實際需要。用戶也可將WinCC作為系統(tǒng)擴展的基礎(chǔ)，通過開放式接口，開發(fā)其自身需要的應(yīng)用系統(tǒng)

47、。</p><p>　　WinCC因其具有獨特的設(shè)計思想而具有廣闊的應(yīng)用前景。借助于模塊化的設(shè)計，能以靈活的方式對其加以擴展。它不僅能用于單用戶系統(tǒng)，而且能構(gòu)成多用戶系統(tǒng)，甚至包括多個服務(wù)器和客戶機在內(nèi)的分布式系統(tǒng)。WinCC集生產(chǎn)過程和自動化于一體，實現(xiàn)了相互間的集成[9]。</p><p>　　采用WinCC的西門子的計算機系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)合理、可靠，在編程軟件方面也有特色，是現(xiàn)時采用比

48、較多的工廠自動化的過程控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.3.2 WinCC的組態(tài)及應(yīng)用</p><p>　　組態(tài)軟件工程的一般組建過程主要有：工程項目系統(tǒng)分析、設(shè)計用戶操作菜單、制作動態(tài)監(jiān)控畫面、編寫控制流程程序、完善菜單按鈕功能、編寫程序調(diào)試工程、連接設(shè)備驅(qū)動程序和工程完工綜合測試等。</p><p>　　WinCC采用了當今流行的面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，很類似流行的V

49、isual Basic的語言。對象的屬性可以進行設(shè)定或編程以實現(xiàn)對該對象的動畫及事件的觸發(fā)，內(nèi)嵌的MSC減少了開發(fā)者的學(xué)習(xí)時間，并增加了靈活性。</p><p>　　在上位機軟件設(shè)計中，利用WinCC強大的組態(tài)功能能設(shè)計出友好的用戶監(jiān)控畫面，實現(xiàn)在線幫助、用戶權(quán)限管理、報警記錄及查詢、系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)記錄及查詢、報表生成及打印等功能。此外，為了方便維護與參數(shù)設(shè)置，設(shè)計了參數(shù)設(shè)定、參數(shù)保存與恢復(fù)、參數(shù)校正、I/O狀態(tài)表

50、等功能，可以查看PLC的輸入輸出狀態(tài)，在線設(shè)定延時。上下限及其他控制參數(shù)，在線進行信號補償?shù)萚7]。</p><p>　　3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計 </p><p>　　水泥生產(chǎn)過程中，煤粉的制備具有現(xiàn)場工藝復(fù)雜、設(shè)備類型多樣、I/O點數(shù)多等特點，為保證生產(chǎn)的可靠連續(xù)性，要求煤粉制備過程能夠安全、連續(xù)的提供煤粉，其制備系統(tǒng)所研磨的煤粉不但要滿足燃燒工藝的要求，還要進行防燃、防爆和回收，同時要求

51、系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好以及完善的故障診斷功能，合理的選擇控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)并設(shè)計性價比高的設(shè)計方案具有十分重要的意義。</p><p>　　本章首先簡要介紹了煤粉制備系統(tǒng)的生成工藝流程，然后結(jié)合系統(tǒng)的控制要求，最終確定系統(tǒng)的總體設(shè)計。水泥生產(chǎn)工藝中，煤粉制備的框圖如圖3-1所示。</p><p>　　3.1煤磨段的工藝流程</p><p>　　根據(jù)原煤的物理化學(xué)性能

52、以及燒成系統(tǒng)對煤粉燃料的要求，煤粉制備選用球磨機作為主機設(shè)備，并配有選粉機，煤粉收塵器及相匹配的輸送的控制設(shè)備，具體結(jié)合工藝流程圖介紹如下：</p><p>　　來自煤庫的原煤經(jīng)斗式提升機直接送入磨頭原煤倉。倉下設(shè)有棒閥、圓盤喂料機，通過調(diào)節(jié)圓盤喂料機的電機轉(zhuǎn)速可控制入磨喂煤量。原煤經(jīng)電動翻板閥進入磨內(nèi)進行烘干粉磨。</p><p>　　用于烘干原煤水分的熱源是熱風(fēng)機。</p>

53、<p>　　控制系統(tǒng)主機設(shè)備為球磨機。出磨煤粉由廢氣帶入動態(tài)選粉機，分離了的粗粉經(jīng)錐形鎖風(fēng)閥摻入螺旋輸送機，通過電動翻板閥回磨進行再粉磨。廢氣由煤磨引入煤粉收塵器進行凈化，凈化后的廢氣排入大氣，其含塵濃度符合國家排放標準要求。由煤粉收塵器收集下來的煤粉經(jīng)雙向螺旋輸送機進入煤粉倉。當煤粉在煤粉倉收塵器內(nèi)發(fā)生事故燃燒時，通過雙向螺旋輸送機向外排放。</p><p>　　窯頭喂煤采用煤粉計量稱，本稱集喂煤

54、、計量、調(diào)節(jié)、輸送于一體，操作非常方便，本稱的輸送氣源來自2臺羅茨風(fēng)機。</p><p>　　整個煤粉制備過程的工藝流程圖如下圖3-2所示。</p><p>　　圖3-1 煤粉制備框圖</p><p>　　圖3-2 煤磨段工藝圖</p><p>　　3.2煤磨段系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　對于水泥工藝煤磨段，基

55、于S7-300 PLC和WinCC V6.0組態(tài)軟件，完成給煤機轉(zhuǎn)速控制磨機負荷自動控制系統(tǒng)的開發(fā)。</p><p>　　在煤粉制備啟動時，設(shè)計啟動裝置。</p><p>　　斗式提機的啟?？刂?。</p><p>　　原煤倉原煤料位的實時檢測、顯示與報警。</p><p>　　圓盤喂料機的啟?？刂?，在工頻范圍內(nèi)的變頻調(diào)速，調(diào)整給煤量。<

56、/p><p>　　電動翻板閥啟停控制。</p><p>　　煤磨入口、出口、定子3處溫度的讀取顯示、報警。</p><p>　　煤磨入口、出口2處壓力的讀取顯示、報警。</p><p><b>　　熱風(fēng)閥的開關(guān)控制。</b></p><p>　　熱風(fēng)機和冷風(fēng)機的啟停控制。</p><

57、;p>　　煤粉收塵器的壓力、溫度實時顯示、報警，以及啟?？刂?。</p><p>　　螺旋輸送機的啟?？刂啤?lt;/p><p>　　煤粉倉料位、重量的實時檢測、顯示與報警。</p><p>　　煤粉倉溫度的顯示、報警。</p><p>　　轉(zhuǎn)子秤輸送值的實時顯示、報警，以及單機下的啟?？刂啤?lt;/p><p>　　羅茨

58、風(fēng)機手動就地選擇與遠程人機界面的選擇，并能實現(xiàn)啟動與停止控制，電流顯示、報警。</p><p>　　中控室可集中監(jiān)控主要生產(chǎn)工藝流程，可實現(xiàn)整個系統(tǒng)的工藝流程圖、操作圖、實時曲線圖、歷史曲線圖的顯示與打印等功能。在現(xiàn)場控制室也設(shè)置與中控室同樣功能的監(jiān)控系統(tǒng)，操作由現(xiàn)場控制室執(zhí)行，中控室負責(zé)監(jiān)控。</p><p>　　所有設(shè)備的故障信號在中控有顯示。</p><p>

59、　　3.3煤磨段中球磨機負荷的控制要求</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗，磨內(nèi)負荷小時，磨煤機電流?。回摵稍黾訒r，磨煤機電流隨之增加。如果啟動一臺空磨，然后緩慢向磨中加煤，則電流將穩(wěn)定增加直至最大。如加煤過量，則電流會再次下降。中間有一個電流峰值。至于加煤過程中為什么電流會下降，主要是因為重力中心將向磨的中心轉(zhuǎn)移，最終會看到磨的電功率消耗是依據(jù)磨的加煤量。因此認為，利用磨電流代替存煤量參與球磨機負荷控制，使其處于最佳

60、載煤量運行，將大大提高制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟性。</p><p>　　根據(jù)球磨機控制原理，煤磨電機電流經(jīng)傳感器檢測變送到PLC，與設(shè)定值比較，大于則送至PID中進行運算，運算完成后輸出，調(diào)節(jié)給煤機轉(zhuǎn)速進行給煤量調(diào)節(jié)，使球磨機負荷處于正常工作狀態(tài)。</p><p>　　3.4煤磨段自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計</p><p>　　根據(jù)工藝流程，結(jié)合控制要求，針對煤粉制備設(shè)備類型多樣

61、、點數(shù)多且分布極為分散等特點，提出了現(xiàn)場 PLC控制站 + 上位WinCC組態(tài)監(jiān)控架構(gòu)的總體設(shè)計方案。</p><p>　　結(jié)合系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，用PLC進行下位控制站設(shè)計，WinCC進行上位監(jiān)控設(shè)計。在PLC現(xiàn)場控制站設(shè)計部分，根據(jù)控制系統(tǒng)控制要求，確定系統(tǒng)控制點和控制量，合理地進行PLC硬件配置，設(shè)計PLC控制程序。在上位WinCC監(jiān)控設(shè)計部分，建立相應(yīng)的變量，繪制監(jiān)控畫面并組態(tài)，并設(shè)置通訊方式。</

62、p><p>　　控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖3-3所示。</p><p>　　3.5控制系統(tǒng)各部分功能</p><p>　　1.下位PLC控制站</p><p>　　該煤磨工藝的自動化監(jiān)控系統(tǒng)共設(shè)1個PLC控制站，PLC站的主要作用是采集現(xiàn)場的信號并控制設(shè)備的運行，現(xiàn)場的信號包括料位、溫度、壓力、并包括設(shè)備的運行狀態(tài)。當控制系統(tǒng)運行模式選擇開關(guān)選擇到“自動模

63、式”時，操作人員不能使用現(xiàn)場的啟停按鈕來控制設(shè)備的運行。這時，PLC會根據(jù)程序自動或者根據(jù)上位監(jiān)控系統(tǒng)給出的信號控制設(shè)備的運行。當控制系統(tǒng)運行模式選擇開關(guān)選擇到“手動模式”時，操作人員可以使用現(xiàn)場的啟停按鈕來控制設(shè)備的運行。</p><p>　　圖3-3 控制系統(tǒng)架構(gòu)圖</p><p>　　2.上位WINCC監(jiān)控站</p><p>　　該系統(tǒng)的上位監(jiān)控系統(tǒng)僅一個操作

64、站，用戶既能完成系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試及控制參數(shù)的在線修改和設(shè)置等，又能完成對整個煤粉制備的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控等功能。煤磨工藝的各個設(shè)備的工藝參數(shù)以及各個設(shè)備的運行狀態(tài)通過PLC采集并在上位機監(jiān)控畫面上顯示，操作人員可以查看工藝各個設(shè)備的運行情況。同時可以對報表存檔打印，顯示實時報警和歷史報警等，方便操作人員進行工藝分析和查找故障。當現(xiàn)場控制柜的模式選擇開關(guān)選到“手動”時，在上位機監(jiān)控畫面中可以選擇設(shè)備為“手動”運行狀態(tài)，然后手動控制設(shè)備的運行。&

65、lt;/p><p>　　4 現(xiàn)場PLC控制站設(shè)計</p><p>　　本控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場PLC控制站設(shè)計方案如圖4-1所示。其中第三章已將控制系統(tǒng)的控制要求和功能實現(xiàn)目標作了介紹，本章主要完成余下的設(shè)計內(nèi)容。</p><p>　　圖4-1 現(xiàn)場PLC控制站設(shè)計流程圖</p><p>　　4.1系統(tǒng)中I/O點數(shù)的選取</p><

66、p>　　要對一個實際的生產(chǎn)運行系統(tǒng)進行監(jiān)控，需要在了解生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，對系統(tǒng)進行深入分析后選取要進行監(jiān)控的點，對系統(tǒng)進行控制，具體來說是對系統(tǒng)中的某些點進行控制或系統(tǒng)中的某些設(shè)備運行狀況進行監(jiān)控，確保系統(tǒng)的正常運行，最終達到了對系統(tǒng)進行控制的目的。</p><p>　　水泥生產(chǎn)煤磨段主要的控制對象是球磨機的負荷。球磨機的負荷可以通過煤磨電機電流間接測量，通過對煤磨電機電流的控制，利用圓

67、盤喂料機變頻器，調(diào)節(jié)量圓盤喂料機電機轉(zhuǎn)速進而改變原入磨量（語句不通），實現(xiàn)對球磨機負荷的控制。所以，煤磨電機電流與圓盤喂料機轉(zhuǎn)速均是模擬量輸入點，這兩個點也是要進行控制的量。在該系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)控制要求，系統(tǒng)的主要運行參數(shù)有電流、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等，所以我們要對相應(yīng)設(shè)備的這些參數(shù)進行實時監(jiān)控，確保系統(tǒng)的正常運行。譬如電流，如果設(shè)備電機出現(xiàn)過載現(xiàn)象，長期超出所規(guī)定的電流上限值，會使設(shè)備壽命減短甚至損壞；如果電流過小，則導(dǎo)致設(shè)備難以經(jīng)濟運行

68、，影響生產(chǎn)效率。在對這些點進行監(jiān)控后，如果有異常，操作員會立即采取相應(yīng)的措施。（改為：針對監(jiān)控的數(shù)據(jù)，操作人員根據(jù)實際需求采取相應(yīng)的措施，以便即使避免故障產(chǎn)生，影響正常生產(chǎn)）</p><p>　　除此之外，系統(tǒng)中各個設(shè)備的啟停順序也是根據(jù)實際工藝進行控制并監(jiān)控，由于設(shè)備運行與否會影響整個制粉系統(tǒng)的正常生產(chǎn)，因此設(shè)備的啟停是否滿足實際生產(chǎn)要求是很關(guān)鍵的，譬如系統(tǒng)中給料部分必須是在球磨部分運行后才允許啟動的，當然，對

69、設(shè)備的運行或故障狀態(tài)也要進行監(jiān)控，這樣以便于現(xiàn)場檢修或者故障處理。（看看修改后的句子怎樣）</p><p>　　根據(jù)以上分析和第三章中詳述的系統(tǒng)控制要求，可以確定系統(tǒng)中的I/O點。如圖所示。</p><p>　　這樣，在對系統(tǒng)進行控制時，就得到了具體的變量，在設(shè)計時所針對的就是這些變量，而不是籠統(tǒng)的系統(tǒng)。同時，根據(jù)點的個數(shù)，可以進行S7-300的硬件選型。</p><p

70、><b>　　表4-1 I點統(tǒng)計</b></p><p>　　表4-2 模擬量檢測點</p><p>　　表4-3 系統(tǒng)設(shè)備故障與運行狀態(tài)監(jiān)測點</p><p>　　表4-4 檢測信號轉(zhuǎn)換值地址分配</p><p>　　4.2 S7-300 PLC的選型與硬件配置</p><p>　　4.2

71、.1 STEP7簡單介紹</p><p>　　STEP 7編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，S7-300系統(tǒng)的組態(tài)和編程是STEP 7上進行的。STEP 7是SIMATIC PLC組態(tài)和編程的標準軟件包，如圖4-2所示，該軟件包提供一系列的應(yīng)用程序（工具），它們支持自動化項目創(chuàng)建過程的各個階段。</p><p>　　STEP 7具有硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護

72、、文件建檔、運行和診斷功能等功能。STEP 7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標打開或選中某一對象，按F1鍵可以得到該對象的在線幫助。</p><p>　　使用STEP 7軟件包的應(yīng)用程序（見圖4-2）時，無需分開打開各個工具，當選擇相應(yīng)功能或打開一個對象時它會自動啟動[10]。</p><p>　　圖4-2 STEP 7 標準軟件包</p><p>　　1.打開

73、計算機中SIMATIC STEP7軟件。</p><p>　　打開計算機后，雙擊桌面上的 圖標，打開STEP7軟件，界面如圖4-3：</p><p>　　圖4-3 step7窗口</p><p>　　2.在STEP7軟件的SIMATIC MANAGER中建立新項目。</p><p>　?。?）建立新項目的名字和存儲路徑點擊SIMATIC MA

74、NAGER窗口中 圖標或者點擊工具欄上的文件—新建，彈出如圖4-4的對話窗口。</p><p>　　圖4-4 新建項目窗口 圖4-5 項目窗口</p><p>　　在Name欄下，填入你要建立的新項目的名稱，如：李金偉，然后通過瀏覽(B)按鈕選擇你的新項目所要存儲的路徑。最后，點擊OK按鈕關(guān)閉改窗口。在SIMATIC MANAGER將會出現(xiàn)剛新建的項目“

75、李金偉”，如圖4-5所示。</p><p>　　（2）建立項目工作站</p><p>　　點擊插入-----站點-----2 SIMATIC 300 站點，建立一個S7-300的工作站。如圖4-6，4-7。</p><p>　　圖4-6 新建工作站</p><p>　　圖4-7 工作站建立完成</p><p>　　4.

76、2.2 PLC型號的選擇</p><p>　　在確定了系統(tǒng)的輸入輸出變量后，就可以進行硬件選型，即模擬S7-300PLC實物，來進行程序的運行和數(shù)據(jù)的處理。由于煤磨段控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，現(xiàn)場控制站的PLC選擇CPU 315/315-2DP。</p><p>　　CPU 315-2DP具有中、大規(guī)模的程序存儲容量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果需要可以使用SIMATIC功能工具；對二進制和浮點數(shù)運算具有較高的

77、處理性能；具有PROFIBUS DP主/從接口。可用于大規(guī)模的I/O配置或建立分布式I/O結(jié)構(gòu)。CPU運行時需要微存儲卡MMC。</p><p>　　在選型過程中，要注意機架上槽的配置規(guī)則，特定的槽只能添加相應(yīng)的模塊，而不能隨意添加。插槽1僅適用于電源(例如，6ES7 307-...)或為空；槽2僅適用于CPU(例如，6ES7 314-...)；槽3接口模塊(例如，6ES7 360-.../361-...)或為空

78、；槽4 - 11：信號或功能模塊、通訊處理器或為空。</p><p>　　硬件選型的步驟如下：</p><p>　　點擊SIMATIC MANAGER界面的的左邊窗口的SIMATIC 300，在右面的窗口出現(xiàn)硬件圖標，如圖4-10。</p><p>　　雙擊硬件圖標，打開Hw configuration，如圖4-11。</p><p>　　在

79、右邊的產(chǎn)品目錄窗口選擇SIMATIC 300中的機架，雙擊Rail，將在右邊的窗口出現(xiàn)帶槽位的機架示意，如圖3-9。</p><p>　　在右邊的目錄窗口選擇相應(yīng)的模塊插入到（0）UR與（1）UR的槽位中去。采用IM365模塊連接機架1與機架2。各模塊的訂貨號可查看硬件實物的下方標識。切記選中的模塊型號要與實際的模塊型號一致。槽位1，插入電源模塊PS；槽位2，插入CPU，槽位3，空白；槽位4及后面的槽位，插入的模

80、塊對應(yīng)實際I/O模塊的安裝順序。全部硬件插入完畢后如圖4-12所示。</p><p>　　圖4-8 S7-300的CPU 圖4-9 S7-300的安裝</p><p>　　圖4-10 硬件窗口</p><p>　　圖4-11 Configuration窗口</p><p>　　圖4-12 硬件配置結(jié)果</p&g

81、t;<p>　?。?）編譯硬件組態(tài)，并下裝到CPU。</p><p>　　點擊畫面上的圖標，對剛剛完成的硬件組態(tài)進行編譯。系統(tǒng)提示編譯成功沒有錯誤后，點擊圖標將硬件的組態(tài)下裝到CPU?；蛘撸诰幾g完成后，關(guān)閉HW configuration 窗口，返回到SIMATIC MANAGER窗口，用鼠標選中SIMATIC 300圖標，然后點擊窗口上的圖標，下裝剛剛完成的硬件組態(tài)。</p>&l

82、t;p>　　在窗口中排列了組件后，對于缺省屬性的組件，要打開屬性對話框來改變其屬性。具體做法是雙擊該組件，或選擇菜單命令編輯 > 對象屬性或者鼠標右鍵：將光標移到組件上，按下鼠標右鍵，然后從彈出式菜單中選擇對象屬性命令。CPU 屬性對系統(tǒng)特性具有特殊意義。在CPU 的對話框中，可以設(shè)置下列各項，例如：啟動特性、用于中斷的本地數(shù)據(jù)區(qū)及優(yōu)先級、存儲區(qū)、保持性能、時鐘存儲器、保護級別以及密碼 - 僅舉其中一小部分實例。STEP 7

83、“了解”可以設(shè)置的內(nèi)容以及設(shè)置范圍。在CPU 的“常規(guī)”標簽頁中，或通過CPU 接口屬性，可以將參數(shù)分配給接口(例如，MPI 或集成PROFIBUS-DP 接口)。通過這些對話框，還可以訪問要與CPU 連接的相應(yīng)子網(wǎng)的屬性對話框。</p><p>　　在輸入輸出模塊添加成功后，STEP 7 會為其分配輸入輸出地址。這意味著每個模塊都有一個起始地址(第一個通道的地址)；剩余通道的地址以這個起始地址為基礎(chǔ)。</

84、p><p>　　可以用下列方式顯示已被使用的輸入輸出地址以及任何地址間隔：</p><p>　　（1） 打開要顯示其地址的站。</p><p>　　（2） 選擇菜單命令視圖 > 地址總覽。</p><p>　　（3） 在“地址總覽”對話框中，選擇想要顯示其已分配的輸入和輸出的模塊(如CPU)。</p><p>　　4

85、.3 PLC控制器的設(shè)計</p><p>　　4.3.1 基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)PID算法</p><p>　　以PLC作為控制器構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖4-13所示。圖中的虛線部分由PLC來實現(xiàn)。檢測元件將被控量實際值PV測量轉(zhuǎn)換為1V～5V電壓信號或4mA～20mA電流信號，該模擬信號接至PLC的AI模塊，進行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)用戶編寫的PID控制程序，將測量值與給定值SP比較，通過二

86、者的偏差e(t)進行PID算法的運算得到輸出操作信號u(t)，經(jīng)PLC的AO模塊進行D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號（1V～5V電壓信號或4mA～20mA電流信號）用于驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對被控對象的控制。</p><p>　　圖4-13 基于PLC的閉環(huán)控制系統(tǒng)</p><p>　　4.3.2 PID控制及參數(shù)整定</p><p>　　PID參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容

87、。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法，它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改；二是工程整定法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。</p><p>　　PID控制器參

88、數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善。</p><p>　　控制器參數(shù)經(jīng)驗方法實質(zhì)上是一種經(jīng)驗湊試法，是工程技術(shù)人員在長期生產(chǎn)實踐中總結(jié)出來的。它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運行經(jīng)驗，先確定一組控制器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入運行通過觀

89、察認為加入干擾（改變設(shè)定值）后的過渡過程曲線，根據(jù)各種控制作用對過渡過程的不同影響來改變相應(yīng)的控制參數(shù)制，進行反復(fù)湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。本次設(shè)計就是使用的是經(jīng)驗法，根據(jù)工藝和實際經(jīng)驗獲取PID參數(shù)。</p><p><b>　　4.4主程序的編寫</b></p><p><b>　　4.4.1地址分配</b></p>&

90、lt;p>　　在SIMATIC Manager窗口下雙擊符號表圖標，如圖4-14，彈出符號表窗口，依照系統(tǒng)I/O點的選取，建立符號，完成后顯示如圖4-15。</p><p>　　4.4.2程序流程圖設(shè)計</p><p>　　程序設(shè)計流程見圖4-16。</p><p>　　根據(jù)程序流程圖以及Step7為我們提供的編程模塊，可以進行程序的編寫，在編寫程序時，是分塊

91、進行編寫的。這里主要有三個模塊，OB1、OB35、OB100。其中OB1中是主程序，OB35是循環(huán)中斷程序，OB100是初始化程序。程序見附頁。</p><p>　　4.4.3程序的仿真</p><p>　　程序編寫完成后，進行仿真，檢驗程序能否運行，以便做進一步的修改完善。利用Step7提供的仿真器來仿真。在打開Step7軟件后，點擊窗口中的圖標，打開仿真器窗口，如圖4-17所示。<

92、;/p><p>　　圖4-14 符號表窗口</p><p>　　圖4-15 建立符號</p><p>　　圖4-16 程序流程圖</p><p><b>　　圖4-17 仿真器</b></p><p>　　選中SIMATIC后，點擊窗口中的圖標，將寫好的程序下載到PLC中，然后打開OB1塊中的主程序。

93、如圖4-18所示。</p><p>　　圖4-18 OB1主程序</p><p>　　此時可以將CPU置于運行狀態(tài)，進行仿真。在仿真器窗口中的CPU小窗口中RUN-P前打鉤，CPU開始運行，程序也開始運行。點擊程序窗口中的圖標，可以監(jiān)視程序的運行狀態(tài)。如圖4-19所示。</p><p>　　如圖4-19 OB1主程序運行</p><p>　　

94、在仿真窗口中將地址I20.0置1，如圖4-20所示。此時程序運行窗口中，觀察M0.1，它處于“通”如圖4-21所示。</p><p>　　由于FC105模塊的IN端輸入值為零，所以它的OUT端也為零，沒有輸出值，見圖4-22。在仿真器窗口中為地址為PIW326的變量賦值，如圖4-23。此時在IN端有了輸入，在輸出端也會有相應(yīng)的輸出值，如圖4-24所示。</p><p>　　圖4-20 仿真

95、器里將I20.0置1</p><p>　　圖4-21 M0.1“通”</p><p>　　圖4-22 羅茨風(fēng)機1電流檢測</p><p>　　圖4-23 電流賦值</p><p>　　圖4-23 程序運行顯示結(jié)果</p><p>　　通過對程序的仿真，在仿真窗口中改變相應(yīng)的輸入值，在程序中的輸出值或輸出狀態(tài)也會相應(yīng)的變

96、化，程序能夠正常運行。</p><p>　　5 上位WinCC監(jiān)控站設(shè)計</p><p>　　5.1人機界面（HMI）設(shè)計</p><p>　　上位系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容是人機監(jiān)控畫面的設(shè)計、變量的建立以及畫面的組態(tài)。人機監(jiān)控畫面其實就是在WinCC的圖形編輯器里，利用它所提供的庫中的標準對象來搭建一個模擬現(xiàn)場的畫面，并在畫面中將所要監(jiān)控的參數(shù)在相應(yīng)的位置顯示出來，為操

97、作員提供一個操作平臺，來完成對系統(tǒng)運行過程的監(jiān)控。</p><p><b>　　1.新建一個項目</b></p><p>　　在WinCC資源管理器中，單擊菜單上“文件”按鈕并在下拉菜單中選擇“新建”按鈕（或在工具欄上單擊“新建”按鈕），出現(xiàn)“WinCC Explorer” 對話框，我們一般采用“單用戶項目”，單擊“確定”按鈕關(guān)閉該對話框。如圖5-1所示。</p

98、><p>　　圖5-1 WinCC新建項目窗口</p><p>　　項目新建成功后，在WinCC資源管理器中，右擊項目名稱并在下拉菜單中選擇“屬性”，可以更改項目的屬性，也可以選擇計算機，更改計算機的屬性。</p><p>　　在WinCC資源管理器中，右擊“圖形編輯器”并在下拉菜單中選擇“新建”，即可打開新建界面。在該界面中添加全部欲在運行狀態(tài)下顯示的內(nèi)容。添加的內(nèi)容

99、包括兩部分，一部分是現(xiàn)場的實體模型，可以從它提供的庫中選擇，另一部分是“對象選項板”中列出的靜態(tài)文本、輸入輸出域、報警控件等對象，來顯示系統(tǒng)運行時的參數(shù)。</p><p>　　在這個監(jiān)控畫面中，要添加的對象有風(fēng)機、球磨機、選粉機、收塵器、風(fēng)閥、輸送器等。在畫面窗口中打開庫，選擇需要的對象，如圖5-2所示。</p><p>　　在“對象選項板中”中選擇需要的輸入輸出域、靜態(tài)文本等，顯示煤磨段

100、設(shè)備在運行時的參數(shù)，如溫度、壓力、電流等。</p><p>　　依照工藝圖中設(shè)備的位置，從庫中選擇相應(yīng)的對象，進行人機畫面的組態(tài)，在添加對象后，右鍵點擊對象，打開屬性對話框，可以更改對象的屬性，如大小、顏色、字體等。在組態(tài)時，對象的大小要適中，合理布局，保證畫面的美觀。對象與對象的連接要得當，使得看起來是個整體。</p><p>　　圖5-2 WinCC標準對象庫</p>&

101、lt;p>　　工作過程中需要監(jiān)控的參數(shù)有系統(tǒng)運行時，各設(shè)備的溫度、壓力、電流等。需要對設(shè)備的運行、故障狀態(tài)進行監(jiān)控。在組態(tài)畫面中相應(yīng)的位置添加輸入輸出域和靜態(tài)文本對象，在運行時顯示各參數(shù)。</p><p><b>　　2.主畫面設(shè)計</b></p><p>　　主畫面設(shè)計包括登錄畫面、監(jiān)控畫面、運行畫面。如圖5-3、5-4、5-5所示。</p>&

102、lt;p><b>　　圖5-3 登錄畫面</b></p><p><b>　　圖5-4 監(jiān)控畫面</b></p><p><b>　　圖5-5 運行畫面</b></p><p><b>　　5.2變量設(shè)置</b></p><p>　　WinCC中變量

103、分為內(nèi)部變量和外部變量，內(nèi)部變量只在WinCC內(nèi)部使用，外部變量是指與PLC進行通訊的變量，由于上下位系統(tǒng)要進行通訊連接，應(yīng)使用外部變量，在變量建立之前添加新的驅(qū)動程序，右擊“變量管理器”在下拉菜單中選擇“添加新的驅(qū)動程序” ，在“添加新的驅(qū)動程序”對話框中選擇“SIMATIC S7 Protocol Suite”并單擊“打開”。如圖5-6所示。</p><p>　　圖5-6 添加新驅(qū)動程序</p>

104、<p>　　在添加的驅(qū)動程序下建立新的驅(qū)動程序連接。這里使用MPI地址進行上下位的通訊，在MPI目錄下建立了新驅(qū)動連接后，要對其連接屬性進行更改，“機架號”指的是CPU所在的機架號?！安宀厶枴敝傅氖菣C架中CPU所在的插槽號。如圖5-7所示。</p><p>　　圖5-7 MPI連接參數(shù)</p><p>　　圖5-8變量地址屬性</p><p>　　在新連

105、接下建立需要的變量，與下位建立相同的變量。模擬量建立在s7-300plc（1）中，建立時其數(shù)據(jù)類型選擇32位浮點數(shù)，在地址選擇對話框中的數(shù)據(jù)欄選擇位內(nèi)內(nèi)存，變量地址就是下位程序中確定的各變量的地址，如羅茨風(fēng)機1電流的地址為MD100，在地址對話框中地址為MD100，如圖5-8所示。</p><p>　　在s7-300plc（0）中，建立二進制變量，如循自動模式地址為E20.0，如圖5-9所示。</p>

106、<p>　　圖5-9 變量屬性窗口</p><p>　　圖5-10 模擬變量建立結(jié)果</p><p>　　圖5-11二進制變量建立結(jié)果</p><p>　　模擬變量的建立如圖5-10所示；二進制變量的建立如圖5-11所示。</p><p>　　5.3報警、變量記錄與PID仿真畫面的組態(tài)</p><p>&

107、lt;b>　　1.報警畫面組態(tài)</b></p><p>　　報警組態(tài)是為了在運行狀態(tài)下監(jiān)控那些反映設(shè)備實際狀態(tài)的變量的變化,并及時提示現(xiàn)場設(shè)備的故障信息。進入報警記錄，在左上角的瀏覽窗口可看到報警記錄所具有的組件。“消息塊”決定了報警時提示該報警的哪些信息，如該報警產(chǎn)生的位置、日期、時間等。消息等級決定了該報警的級別，一般我們都選擇Error級的Alarm型。</p><p&

108、gt;　　在報警記錄下方的數(shù)據(jù)窗口，須添加所有欲監(jiān)控的變量。在下拉菜單中選擇“屬性”即打開該報警變量的屬性窗口在屬性窗口的“參數(shù)”標簽頁中設(shè)置該報警的等級及類型。單擊 “消息變量”欄旁的按鈕可選擇報警變量屬性窗口的“文本”標簽頁中，“消息文本”欄中填寫該報警發(fā)生時提示的文本消息。</p><p>　　由于本工藝系統(tǒng)監(jiān)視變量較多，所以，本論文添加 “羅茨風(fēng)機報警燈”、“羅茨風(fēng)機1故障報警”、“羅茨風(fēng)機1啟動故障”、

109、“羅茨風(fēng)機1停機故障”、“羅茨風(fēng)機1運行故障”這5消息變量，以此反映羅茨風(fēng)機1的報警記錄，其中電流過載報警是模擬變量，其余為二進制變量。添加所有變量后的報警記錄如圖圖5-12所示。</p><p>　　圖5-12 報警記錄窗口</p><p>　　圖5-13 WinCC報警控件</p><p>　　在圖形編輯器中，將“對象選項板”的“控件”板的“WinCC Alar