矿山空气压缩机智能监控控制仿真系统设计说明

吉林化工学院毕业 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 说明书 矿山空气压缩机智能监控控制仿真系统设计 Design of Simulation System for Intelligent Control of Mine Aircompressor 学生学号： 学生姓名： 专业班级： 测控 指导教师： 职 称： 讲 师 起止日期： 2014.2.24～2014.6.13 吉 林 化 工 学 院 Jilin Institute of Chemical Technology 摘 要 空气压缩机的安全生产和保护对于厂矿企业的生产是十分重要的。可编程控制器(PLC)将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计。利用传感检测仪表和PLC对矿山空气压缩机进行控制，实现空气压缩机监控系统设计，从而使生产系统获取良好的经济效益和安全性能。本设计介绍了空气压缩机PLC控制系统组成、保护功能、控制原理、系统通信、系统信号的采集，以及控制系统软件设计思想。 本文给出了空气压缩机监控系统的总体设计 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 硬件组态及网络通讯配置方案开发了空气压缩机公共参数系统。PLC的监控软件，及基于WinCC(Windows Control Center)的空气压缩机上位机过程监控软件，完成了监控系统的安装与调试工作。该方案充分利用将空压机与PLC控制器相连， 能够灵活方便地实现对空压机的远程监控。在对控制系统需求 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 的基础上，设计出空压机监控系统的总体结构，给出了系统的软硬件配置，详细阐述了系统各功能模块的内容及作用，并对系统调试原理和方法进行了说明。实际运行结果表明该控制系统运行良好，效果达到了预期要求。 关键词：空气压缩机；PLC；控制系统；WinCC Abstract The safety operation and protection of air compressor is of great importance to the production of factories and mining enterprises. Integrating the conventional relay control, computer control and communication control technologies, programmable logic control(PLC)is designed specially for industrial control. Sensing detection instruments and PLC are used to control mine air compressors, realizing the design of air compressor monitoring system so as to help the production system gain good economic benefits and safety performance. The paper describes the composition, protection function, control principle, system communication, collection of system signals and design idea of the PLC system of air compressors. The thesis gives the total design plan, hardware configuration and network communication plan of the air compressor monitoring system, and it develops the PLC monitoring software of public parameters and the super computer monitoring software of the air compressor monitoring system based on WinCC(Windows Control Center), and finishes the installation and debugging of the system. This method makes use of connect air compressors and PLC controller by which the air compressors can be easily monitored. Based on the analysis of requirements of the control system, this paper presents an overall scheme of the monitoring system, introduces the hardware and software configuration, and illustrates the function blocks and adjusting method of the system in detail. The result of the operation indicates the monitoring system works well and meets the requirements desired. Keywords: Air compressor；PLC；Control system；WinCC 目 录 I摘 要 IIAbstract 1第1章 绪论 11.1 引言 11.2 课题背景及意义 3第2章 硬件选型和地址符号表 32.1 PLC模块的选择 42.2 系统软件设计 52.3 通信 62.4 地址和变量的配置 62.4.1 输入地址 62.4.2 输出地址 72.4 信号采集 8第3章 下位机程序设计 83.1 矿山空气压缩机控制系统的工艺流程 93.2 下位机程序设计 93.2.1 S7-300硬件的配置 103.2 下位机程序设计 103.2.1 S7-300硬件的配置 113.2.2 S7-300程序的设计 13第4章 矿山压缩机控制系统监控界面的设计 134.1 WinCC对本设计的意义 134.2 WinCC资源管理器的组成与相应功能 154.3 创建矿山空气压缩机控制系统监控项目 154.3.1 创建步骤 154.3.2 相关设置 164.4 建立逻辑连接 164.4.1 驱动的功能 174.4.2 添加SIMATIC S7 Protocol Suite驱动程序的步骤 184.5 建立变量连接 204.6 图形界面的设计 204.6.1 图形编辑器的介绍 224.6.2 压缩机主界面 234.6.3 报警画面 244.6.4 曲线画面 264.6.5 导航界面 274.7 组态图形界面 274.7.1 变量组态 284.7.2 常量组态 304.8 组态报警 304.8.1 报警记录的内容和功能 314.8.2 组态过程值归档 324.8.3 用户归档 36第5章 变频器控制 365.1 变频器工作原理 365.1.1工艺要求 365.1.2 参数设置介绍 375.2 变频器的下位机设计 39结 论 40参考文献 41致 谢 第1章 绪论 1.1 引言 在煤矿采煤生产中，空气压缩机（简称：空压机）主要负责向矿井大量的风动机械提供动力，其工作的可靠性和安全性直接影响着矿山的正常生产和经济效益。目前大部分空压机存在着控制方式落后、操作不方便的问题。控制回路大多为继电器控制，控制方式采用就地分散式人工操作，由固定人员24小时值守，值守人员根据井下用风量的需求手动启动或者停止空压机，并且定时巡检、记录运行状况。另外，空压机耗电量很大，其中有相当长时间是在空载或轻载状态下运行，导致能耗大、机器受损严重、运行成本较高。因此，设计一个操作方便、功能完善的全自动集中监控系统，对空压机进行监控和保护，提高空压机的工作效率，降低能耗，延长使用寿命，有着重要的现实意义[1]。 可编程控制器（PLC）是一种新型的通用控制装置，他将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计，具有功能强、通用灵活、可靠性强、环境适应性好、编成简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。近年来，随着可编程控制器的日渐成熟，越来越多设备的控制都采用PLC控制器来代替传统的继电器控制，并取得了很好的经济效益。 随着煤矿现代化的发展，矿山对矿山设备的要求越来越高,建设本质安全性矿山已成为煤矿生产建设的核心。矿山设备不断更新，不断进步，可靠性、易操作性、可监视性、易维护性等已是最基本的要求了。用继电器搭成的控制电路具有可靠性差、不易维护、不易监视，已不能适应当前的要求。现在迫切需要可靠性高、易维护、易操作、可监视并且价格不高这样的控制器来代替继电器搭成的电路[2]。随着电子技术、软件技术、控制技术飞速发展，可编程控制器（PLC）发展迅猛，性能很高，价格较为合理，与继电器搭的控制电路比具有非常大的优势。许多矿山设备已选用了PLC来代替比较重要的设备控制。传统的保护主要采用分离仪表，其可靠性差、集成度低、费用高，不能有效的满足矿山设备投入的经济性和安全性的要求。 1.2 课题背景及意义 本设计研究的主要内容是矿山空气压缩机的智能监控系统，主要是设计一套独立的由可编程控制器PLC、智能调节器、调节阀及各种检测仪表组成的机组监控系统，以保证压缩机组的安全可靠地运行。 对于空气压缩机的正常运行，我们主要关心各个参数（温度，压力）是否正常。以往的操作人员不得不亲自到现场去检测各个表的读数，不但费时费力，而且对操作人员的耳膜有损坏，一旦有些参数发生异常情况不能及时反映给操作人员，就很容易损坏机器，影响机器的运行，造成成本过高。同时，操作人员还得对某些参数进行记录，这是一项繁琐的工作，不仅增加了工作量，还增加了运行成本。 随着计算机应用在工业领域的日益发展，SIMATIC WinCC工业组态软件顺应而出。它的出现，大大简化了人员和设备配置。高性能的过程耦合、快速的画面更新以及可靠的数据使其具有高度的实用性[3]。WinCC组态软件能充分利用Windows强大的图形编辑功能，以动画形式显示监控设备的运行状态，方便构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表、历史数据等，为工业监控软件开发提供了便利的软件开发平台，从整体上提高了工控软件的质量。此外，它还具有高度的开放性和可扩充性，可以连接第三方设备。相比于以往的监测控制系统，我们只要在组态好的计算机图形界面上轻轻一点鼠标，就可以获需所要的信息，进行相应的操作。它不仅降低了运行成本，而且增加了系统的可靠性、稳定性和容错性。它具有的报警记录使我们能及时得知异常情况并找出错原因，它所具有的变量归档和报表打印使我们能大量存档并随时打印出来，以供分析。WinCC组态软件已成为远程监控应用和大型过程控制的理想选择[4]。 第2章 硬件选型和地址符号表 2.1 PLC模块的选择 PLC通过设计程序的梯形图逻辑以及上位机发出的指令，完成对现场设备的控制和数据采集。下位机PLC在系统中要完成数据采集、状态控制、数据计算、向上位机传输数据及状态信号、功能保护连锁，以及接受上位机传递来的相关地址内的数据，并通过对应的地址模块进行处理和输出，控制各个阀门的开关及电机的起动停止。下位机全部采用西门子SIMATIC S7系列PLC。在对控制对象和控制任务进行了分析和统计后，采用以下S7-300系列模块来组成本系统[5]。系统原理图如图2-1所示。 图2-1 系统原理图 1．电源模块PS307将120/230交流电压转变为24V直流电压，为S7-300提供电源。考虑到负载模块不是很多，故选取5A的电源。 2．CPU模块CP315-2DP具有24K字节的RAM程序存储容量，通过背板总线为其提供5V电源后，可以通过MPI口、PROFIBUS主/从口与上位机进行通讯。 3．数字量输出(DO)模块SM322 本系统选择直流16路继电器输出型数字量输出模块，其型号为：SM332 DO16*DC24V/0.5A 6ES7 322-8BH01-0AA0。本设计共4个数字量输出，故选用一块该模块。 4．数字量输入（DI）模块SM321本系统采用16个数字量输入块。其型号为：SM321 DI16* DC24V 6ES7 321-1BH01-0AA0。本次系统用了两个数字量输入。 5．模拟量输入(AI)模块SM331 本系统采用12位模拟量输入模块。其型号为：SM331 AI8*12bit 6ES7 331-7KF02-0AB0。本次设计共26个模拟量输入，故选用四块该模块。 6．模拟量输出(AO)模块SM332 本系统采用12位模拟量输入模块。其型号为：SM332 AO2*12bit 6ES7 332-5HB01-0AB0。本次设计共2个模拟量输入，故选用一块该模块。 2.2 系统软件设计 计算机系统是整个系统的核心，包括两个部分：上位机监测系统和 PLC 控制系统。上位机软件采用德国SIMATIC公司的WinCC(Windows Control Center)软件，定时采集各种仪表和监测传感器检测的信号。可以进行监测报表的查询、打印以及压风机多种状态的图形输出。此外，本系统还实现了与企业内部局域网的链接，PLC采集到的信号经过工业以太网传输到远程调度室，使企业授权人员能浏览或者控制压风机的运行状况。下位机全部采用西门子SIMATIC S7系列PLC，S7-300控制器实现对空气压缩机的监控以及冷却水、气压等外围参数进行检测与控制[6]。 PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP-7V5.4编程软件开发。PLC主程序主要由系统初始化程序、集中控制程序、远程控制程序、全自动控制程序、误操作提示程序、模拟量(压力、液位、温度等)采集处理程序、参数设置程序和报警程序等构成。 图2-2 S7-300组态中导入智能仪表的GSD文件 PLC与温度、压力等参数的采集模块的通信是采用PROFIBUS现场总线进行数据交换。对于本系统，根据煤矿现场条件、传输距离、传输速率、传输可靠性等要求，PROFIBUS总线是最经济最适合本系统的监控层的网络结构。在本S7-300PLC控制系统中，只需要在STEP7中导入智能仪表的GSD文件然后进行相应的组态即可。如图2-2所示。 S7-300PLC通过RS-485与通风机房各高压柜中的微机保护装置通信，收集各高压柜的遥测、遥信数据[7]。解析上传的遥测、遥信等报文，并分类存储在内部存储器中。通过配备的触摸屏系统可以实现遥测、远程信息的现场集中显示。 2.3 通信 PLC与WinCC的通信中，在对过程驱动程序进行配置以前，应满足以下条件： 1．PLC配备一个通讯接口，WinCC通过过程驱动程序来支持该通讯接口； 2．PLC的通讯接口必须适当配置，以便使控制程序能借助于通讯调用功能访问该接口； 3．WinCC所要访问的标签地址（取决于使用的PLC）必须正确； 4．在WinCC内部安装相应的通讯硬件； 5．为了能够在运行方式下访问标签，PLC必须与过程取得连接，并与WinCC系统的物理连接安装完好[6]。WinCC与PLC之间的过程通讯结构如图2-3所示。 图2-3 WinCC与PLC之间的过程通讯结构 2.4 地址和变量的配置 2.4.1 输入地址 输入地址（AI）如表2-1所示： 表2-1 输入地址符号表 输入符号 输入地址 1#风压模拟量输入值 PIW2 1#二级排气模拟量输入值 PIW4 1#一级气压模拟量输入值 PIW6 1#缸体压力模拟量输入值 PIW8 1#出水管温度模拟量输入值 PIW10 1#总水管压力模拟量输入值 PIW12 1#风包温度模拟量输入值 PIW14 1#电机温度模拟量输入值 PIW16 1#一级气缸温度模拟量输入值 PIW18 1#缸体温度模拟量输入值 PIW20 1#出水管温度模拟量输入值 PIW22 1#二级温度模拟量输入值 PIW24 2#风压模拟量输入值 PIW26 2#二级排气模拟量输入值 PIW28 2#一级气压模拟量输入值 PIW30 2#缸体压力模拟量输入值 PIW32 2#出水管温度模拟量输入值 PIW34 2#总水管压力模拟量输入值 PIW36 2#风包温度模拟量输入值 PIW38 2#电机温度模拟量输入值 PIW40 2#一级气缸温度模拟量输入值 PIW42 2#缸体温度模拟量输入值 PIW44 2#出水管温度模拟量输入值 PIW46 2#二级温度模拟量输入值 PIW48 1#液位模拟量输入值 PIW50 2#液位模拟量输入值 PIW52 2.4.2 输出地址 输出地址（AO/DO）如表2-2所示： 表2-2 输出地址符号表 输出符号 输出地址 1#报警 Q0.2 2#报警 Q0.3 1#停车 Q0.4 2#停车 Q0.5 1#阀开度输出值 PQW2 2#阀开度输出值 PQW4 2.4 信号采集 S7-300为每个本机数字量输入提供脉冲捕捉功能。脉冲捕捉功能允许PLC捕捉到持续时间很短的脉冲。而在扫描周期的开始，这些脉冲不是总能被CPU读到。当一个输入设置了脉冲捕捉功能时，输入端的状态变化被锁存并一直保持到下一个扫描循环刷新。这就确保了一个持续时间很短的脉冲被捕捉到并保持到S7-300读取输入点[8]。 第3章 下位机程序设计 3.1 矿山空气压缩机控制系统的工艺流程 其流程图如图3-1所示。 图3-1 程序流程图 首先传感器启动，采集信号对于空压机是否超限，如果不超限则启动变频器，启动电机来带动空压机运动，产生气流给气泵和气镐提供气源。气镐用于矿山开矿。气泵用于从山下输送水。保证正常的生活用水。当空压机启动后，实时检测数据，当出现报警或者停机时及时检查或者停止空压机。确认错误以后重新启动空压机。 3.2 下位机程序设计 3.2.1 S7-300硬件的配置 1．打开桌面上的SIMATIC Manager快捷图标，按照“新建项目向导”添加一个新的项目。 2．鼠标左键单击“SIMATIC 300站点”，双击右边的“硬件”对SIMATIC 300的站点进行组态，在SIMATIC 300站点界面中的左上部分添加“机架”，然后在右边选择我们已经选型好的硬件，选择“SIMATIC 300”，在PS-300中选择电源模块，CPU-300中选择CPU模块，在SM-300中可以添加数字量输入、数字量输出，以及模拟量输入/输出模块。如图3-2所示。 在界面的左下角可以看到填入机架内的模块的订货号。添加完成后，点击“保存并编译”。 如果添加的正确的话，编译无误，如果添加错误的话，组态的硬件无法被编译或保存，必须组态正确才可以保存[17]。 图3-2 SIMATIC 300硬件配置 3.2 下位机程序设计 3.2.1 S7-300硬件的配置 1.打开桌面上的SIMATIC Manager快捷图标，按照“新建项目向导”添加一个新的项目。 2.鼠标左键单击“SIMATIC 300站点”，双击右边的“硬件”对SIMATIC 300的站点进行组态，在SIMATIC 300站点界面中的左上部分添加“机架”，然后在右边选择我们已经选型好的硬件，选择“SIMATIC 300”，在PS-300中选择电源模块，CPU-300中选择CPU模块，在SM-300中可以添加数字量输入、数字量输出，以及模拟量输入/输出模块。如图3-3所示。 在界面的左下角可以看到填入机架内的模块的订货号。添加完成后，点击“保存并编译”。 如果添加的正确的话，编译无误，如果添加错误的话，组态的硬件无法被编译或保存，必须组态正确才可以保存[10]。 图3-3 SIMATIC 300硬件配置 3.2.2 S7-300程序的设计 对S7-300的硬件配置完成之后，可以进行下一步程序的编写了，下面介绍一下本系统中的主要程序的设计。手动控制变频器来控制电机启动空压机的正常运行。来带动气泵和气镐运作[11]。为矿山的作业提供了方便。下面简单介绍一下S7的编程。 首先在PLC程序中都有OB100对初始数据进行初始化，它的作用是启动系统的时候一次值。给报警限定值赋值。如图3-4所示。 图3-4 初始化 然后将模拟量信号采集经过FC105转换为数字量存入DB块中，FC105是将0-27648模拟量转换成你所要求的数字量即采集来的现场数据，再将DB块中的数字量与限定模拟量值比较进行报警及停机判断。如图3-5所示。 图3-5 模拟量转换 其次控制变频器启动电机，来启动空压机，实时监空压机的各个数据参数，进行报警和停机。 最后是PID控制：在实际的工程应用中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近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。通过PID控制对矿山的用水库中的液位进行控制，能保真矿山的居民正常的用水和工业用水。M7.0是手自动切换如图3-6所示。 图3-6 PID控制图 第4章 矿山压缩机控制系统监控界面的设计 4.1 WinCC对本设计的意义 WinCC运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全[12]。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。 WinCC最引人注目之处还是其广泛的应用范围。独立于工艺技术和行业的基本系统设计，模块化的结构，以及灵活的扩展方式。使其不但可以用于机械工程中的单用户应用，而且还可以用于复杂的多用户解决方案，甚至是工业技术中包含有几个服务器和客户机的分布式系统[13]。 WinCC对本课题的意义： 1．多任务：这意味着我们在一台计算机上除了监控压缩机外，还可以执行其他应用项目。 2．多处理平台：WindowsNT可在一个平台上支持2到32个处理器，同时，WinCC支持均衡的多处理系统[14]。也就是说我们可以用两台或者两台以上的计算机同时监控轴流压缩机。当其中一台出现故障时，另外一台计算机仍然可以继续监控压缩机，从而不影响压缩机的正常运行。 3．使工业应用更加安全：WindowsNT是模块化的操作系统，它允许用户关掉某些应用而不影响其它应用。这保证了压缩机检测系统运行的独立性[15]。 4．开放体系：Windows支持公共接口：ODBC、OPC、DDE、ActiveX、OCX和SQL。这意味着我们可以根据需要随时扩展和升级轴流压缩机防喘振控制系统[16]。 5．强大的API（应用编程接口）：WinCC可以通过脚本语言直接采用Windows中提供的强大的Win32API。这使我们在设计项目的时候又多了一条解决问题的途径。 6．硬件实用性：Windows允许在用户的应用中使用大多数打印机、多条码装置、PC照相机等现货硬件和其他带有Windows驱动程序的现货设备。这增强了监控系统的附加功能，如：现场打印报表[17] [18]。 4.2 WinCC资源管理器的组成与相应功能 WinCC基本系统是很多应用程序的核心，它主要包含以下几部件如图4-1所示： 图4-1 WinCC功能画面 1．变量管理器 定义和存放内外部变量；通过各种协议集和系统或者外部PLC建立连接。 2．图形编辑器 是一种用于创建过程画面并使其动态化的编辑器。它可以用包含在对象和样式选项板中的众多图形对象来创建复杂的过程画面。也可以通过动作编程将动态添加到单个图形对象上[19]。向导提供了自动生成的动态支持并将他们连接到对象，也可以在库中存储自己的图形对象。 3．报警记录（信息系统） 负责消息的采集和归档，包括过程、预加工、表达式、确认及归档等消息的采集功能。可以任意地选择消息块、消息级别、消息类型、消息显示以及报表。系统向导和组态对话框在组态期间提供相应的支持，为了在运行中显示消息，可以使用包含在图形编辑器的对象选项板中的报警控件。 4．变量记录（归档及趋势） 被用来采集、处理和归档工业现场的过程数据。可以自由的选择归档、采集和归档定时器的数据格式。可以通过WinCC在趋势和表格控件显示过程值，并分别在趋势和表格形式下显示。 4.3 创建矿山空气压缩机控制系统监控项目 4.3.1 创建步骤 1．启动WinCC，单击“开始”>SIMATIC>WinCC>WinCC V6.2 SP3 ASIA菜单项。 2．资源管理器运行后，单击菜单中的“文件”，选择“新建”，弹出一个WinCC“资源管理器”对话框。 3．在对话框中选择“单用户项目”，单击“确定”，弹出第二个对话框，如图4-2所示输入项目名称，选择保存路径，单击创建即可。 图4-2 新建用户 4.3.2 相关设置 如果希望对过程进行监控，则必须激活与外部可变成控制器机器控制器的通讯。激活项目时，将装载运行系统所需要的附加程序模块。右击右边窗口的计算机图标，单击“属性”，弹出一个“计算机属性”对话框，在这个对话框里，有“常规”，“启动”，“参数”，“图形运行系统”，“运行系统”五个版面。如图4-3所示。 1．在“常规”选项卡上，检查“计算机名称”输入框中是否输入了正确的计算机名称。此名称应与Windows的计算机名称相同。Windows下的计算机名称可在Windows控制面板中“系统”下的网络标志（Windows 2000）或者“计算机名称”（Windows XP）选项卡上找到。但是这种更改必须要WinCC重启后才能生效。 2．在“启动”选项卡上，可选择WinCC运行系统的启动组件，根据项目的要求进行选择。在缺省状态下，将始终启动并激活图形运行系统。为获得更好的性能，如果项目目前没有使用到某个组件，则不可选择。 3．在“参数”选项卡上，可选择运行系统的语言和时基。 4．在“图形运行系统”选项卡上，应设置WinCC项目的启动画面。这样，项目启动时将首先打开所选择的启动画面。在此选项卡上，还可以设置WinCC图形运行系统的窗口属性以及其他图形运行系统的属性。 5．在“运行系统”选项卡上，可设置Visual Basic画面脚本和全局脚本的调试特性，还可以设置启用监视键盘等选项。 注意：当启动WinCC运行系统时，WinCC使用在“计算机属性”对话框中设置的属性进行运行，并随时修改运行系统的这些设置。对运行系统的修改，大部分的设置在重新修改激活后即可生效；部分设置须重新启动，才能生效。 图4-3 设置计算机参数 4.4 建立逻辑连接 4.4.1 驱动的功能 WinCC为了与外部设备（如PLC）进行通讯，必须组台用于该设备的通道。此通讯驱动程序支持多种网络协议和类型，具有良好的开放性和灵活性。无论是单用户系统，还是冗余多服务器\多用户系统，WinCC均是较好的选择。通过ActiveX、OPC、SQL等 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 接口，WinCC可以方便地与其他软件进行通信。通道就是在设备和WinCC之间生成的逻辑借口的驱动器，具有三个功能： 1．为使用人员提高组态物理和逻辑连接参数的方法。 2．通过数据管理器在外部设备和WinCC变量之间建立一个在线运行接口。 3．为用户提高一个简便接口用于外部设备或应用的存储器结构加入变量标签并设置地址。 4.4.2 添加SIMATIC S7 Protocol Suite驱动程序的步骤 1．在WinCC项目管理器的浏览窗口中，右击“变量管理”。 2．从快捷菜单栏中选择“添加新的驱动程序”，打开“添加新的驱动程序”菜单项，选择“SIMATIC S7 Protocol Suite.chn”如图4-4所示。 图4-4 添加S7驱动程序 3．建立连接参数： 添加完“SIMATIC S7 Protocol Suite.chn”驱动程序之后，点击图标前面的“+”号，就可以看到“MPI”、“PROFIBUS”图标，单击“新建驱动程序连接”，会弹出一个连接属性的对话框，如图4-5所示。 在名称栏里输入“plc1”。还可以单击旁边的“属性”按钮，弹出一个“连接参数”对话框，在这里可以设置S7的网络地址：站地址、段ID、机架号、插槽号（如图4-6所示）。单击“确定”之后，资源管理器右边窗口里将出现一个名称为“kyj”的握手图标，这表面和PLC的逻辑连接就建立好了。 图4-5 新建变量连接 图4-6 设置卡槽号 4.5 建立变量连接 变量系统是组态软件的重要组成部分，WinCC中的变量类型有In和Out。In和Out是相对于主站来说的，即In表示WinCC从S7-300系列PLC入读数据，Out表示WinCC向S7-300系列PLC写出数据。按照功能又可以分为外部变量、内部变量、系统变量和脚本变量这四种。 由外部过程为其提供变量值的变量，称为外部变量，也称为过程变量；过程没有为其提供变量值的变量，称为内部变量。 WinCC还提供了一些预定义的中间变量，称为系统变量。每个系统变量均有明确的意义，可以提供事项的功能，一般用以表示运行系统的状态。 1．变量的数据类型 数据类型取决于用户怎样去使用该变量。WinCC中的变量分为以下数据类型：二进制变量、有符号8位数、无符号8位数、有符号16位数、无符号16位数、有符号32位数，无符号32位数，32位浮点数、64位浮点数、8位字符集文本变量、16位字符集文本变量、结构类型变量、原始数据类型和文本集。 8位数占1字节的存储空间，16位数占2字节的存储空间，依此类推。8位字符集和16位字符集存储空间都为0-255字节，所不同的是8位字符集用来表示ASCII字符集中的字符串，而16位用来表示Unidode字符集的文本变量。 2．创建与编辑变量 在WinCC项目管理器的变量管理器中，打开“内部变量”目录。右击“PROFIBUS”下的“kyj”握手连接图标，从快捷菜单栏中选择“新建变量”菜单项，打开变量属性框，如图4-7所示。在“常规”选项卡上，我们可以设置变量的五个属性：“名称”、“数据类型”、“长度”、“地址”、“改变格式”。不同的数据类型，它的长度不一样。 图4-7 新建变量 如：16位数的长度是2，这时长度框变为灰色，表明不可以更改。当数据类型为文本时，此时长度框内数值默认为10，切为白色，表明可以更改数据长度。输入名称为“TE101”，单击地址域旁边的“选择”按钮，打开“地址属性”对话框。在过程变量的地址属性对话框中，选择数据列表框中过程变量所对应的存储区域，数据（D）对应于变量用到的数据存放在Step7的哪个数据块中。地址（A）则表示数据存放的初始地址。如：在“数据（D）”中选择“位内存”，在“地址（A）”中选择位，输入“1、0”，单击“确定”。如图4-8所示。 图4-8 设置变量 4.6 图形界面的设计 4.6.1 图形编辑器的介绍 图形编辑器是用于创建过程画面并使其动态化的编辑器。只能为WinCC项目管理器中当前打开的项目启动图形编辑器。WinCC项目管理器可以用来显示当前项目中可用画面的总览。WinCC图形编辑器所编辑画面文件的拓展名。资源管理器中，右击图形编辑器图标，选择“新建画面”，这时，在资源管理器右边窗口就会出现一个缺省名为“Newpdl.pdl”的画面图标。选择这个图标，右击，选择“重命名画面”，输入更改后的名称，如“主画面”。再右击图标选择“打开画面”或者双击该图标，即可进入画面。如图4-9所示。 图4-9 WinCC图形编辑器 图形编辑器包括以下元素： 绘图栏、标题栏、菜单栏、标准工具栏、“对象选项板”、“样式选项板”、“动态向导”、“对齐选项板”、“图层选项板”、“变量选项板”。前面几项是比较常见的，在这里就不做介绍了，现在重点介绍“对象选项板”。 “对象选项板”由标准选项板和控件选项板组成。 标准选项板包括： 1．标准对象：生成复杂对象的原始形状。静态文本：允许生成对象的文字标题。一个复杂的对象由多种不同的形状生成，这些可能组合起来形成一个简单的对象，或用智能属性生成用户定义对象。 2．智能对象：用于通用任务的已做好的对象。输入输出域：具有通过WinCC变量标签读或写过程值的能力。 3．窗口对象：含有与Windows程序连接的标准对象。按钮：当按下或松开时，允许执行一个事件。 4．控制选项板 控制选项板提供了一系列已经定义好的控件。如在线趋势控件“WinCC Online Trend Control”，在线报警控件“WinCC Alarm Control”和归档报表控件“WinCC Online Table Control”,如图4-10所示。 此外，单击菜单栏里的“查看”，选择“工具栏”，我们可以看到还有“动态向导”和“变量”两个工具栏没有显现出来，“动态向导”里有很多用于组态的动作函数，如“Single Picture Change”,在我们需要的时候可以随便调用。 了解了这些就可以开始图形界面的设计了。 图4-10 控件 4.6.2 压缩机主界面 矿山空气压缩机的主界面是所有图形界面中显示相关参数最多的界面，主要显示的参数有：入口压力和出口压力、出口温度等。它也是本课题中最关键的界面，通过主界面，我们可以了解到矿山空气压缩机的智能监控系统的运行状态，方便于操作人员监测各个参数。其设计步骤如下： 1．选取标准对象里的多边形工具构造压缩机的大概形状。 2．单击菜单项里的“查看”，选择“库”，在打开的库中选择“全局库”，在“全局库”中选择所需的压缩机，再选择其中的管道图形，拖放到绘图区，通过缩放、旋转、拷贝和粘贴生成一系列所需要的管道，并排好。用同样的方法调出所需要的阀。 3．接下来创建若干个输入输出域。并逐一输入各个参数的名称和单位。将输入输出域的各个变量连接好。 初步设计好的界面如图4-11所示。 图4-11 压缩机控制画面 4.6.3 报警画面 在WinCC运行时显示报警的参数及相应的提示或帮助文本，同时还能将报警数据存档。通过使用报警控件，用户在组态时就可获得高度的灵活性，因为希望显示的消息文本、消息行和消息块均可在图形编辑器中进行组态，根据本课题的工艺要求，当入口压力、出口压力、出口温度超出一定的范围时都会对仪器产生损害，如果操作人员不及时采取措施，不仅会造成仪器的损害，而且会增加成本。因此我们要对这几个点设置报警点，其设计步骤如下： 1．在对象选项板的控件选项板中调出“WinCC Alarm Control”，输入名称“Alarm”后确定。缩放到合适的大小，拖放到合适的位置，双击，弹出一个对话框。这里我们可以设置很多参数，在“常规”中把“窗口类型”设置为“短期归档窗口”。颜色在自定义选项中选择淡黄色；在“参数”栏的“选择”勾选“行”；在“状态栏”中，勾选“状态栏”中包含的元素，选择对齐方式。在“消息行”中设置消息行包含的元素有：日期、时间、编号、消息文本和错误点。如图4-12所示。 2．在“标准对象选项板”中选择“按钮”选项，拖放到合适的位置，双击并输入“返回导航界面”。 图4-12 报警记录 3．默认情况下，WinCC项目在运行状态时并不装载“报警记录”。为了在运行系统中使用报警记录功能，需要重新定义运行系统的属性。在项目管理器中，单击“计算机”按钮，从快捷菜单栏中选择“属性”菜单项。在打开的“计算机属性”对话框中选择“启动”选项卡，激活报警记录运行系统复选框，也自动激活“文本库运行系统”复选框，单击确定。 4.6.4 曲线画面 一、趋势控件： 趋势画面在WinCC运行时能直观的显示一些重要的参数的趋势，即用来自当前状态（实时数据）和过去状态（历史数据）的实际数值以图形点形成。设计步骤如下： 1．选择控件选项板中的“WinCC Online Trend Control”，拖放到合适的位置。在弹出的对话框中输入窗口的标题“压力曲线”，单击“确定”。再双击，弹出如图4-13所示的“WinCC 在线趋势控件的属性”对话框。 2．“曲线”栏中，输入“二级排气压力”作为第一条曲线的名称，选择趋势显示的颜色为红色，连接变量2 EJPQYL，显示类型为“线性连接点”。 3．在“常规”栏中，需要选择“装载归档数据”。然后勾选“状态栏”以及“工具栏”。 4．“工具栏”中，勾选打开对话框“设置参数”、“缩放区域”和“开始/停止更新”等有用选项。 图4-13 历史曲线设置 5．“时间轴”中，选择趋势的“时间格式”为“hh：mm：ss：ms”。还可以设置时间范围。 6.“数据轴”中将“自动”勾掉，在“接受变量属性”中自“0”至“1”填写好变量范围。 用同样的方法做好其他变量的趋势：1#、2#的风包压力、缸体压力、进水管压力、一级排气压力、总水管压力、风包温度、出水管温度、二级温度、缸体温度、一级气缸温度、轴瓦温度的趋势图。 二、表格控件： 表格画面在WinCC运行时能直观的显示一些重要的参数的数值，与趋势画面配合可以将数据的状态了解的更加全面，设计步骤如下： 1．选择控件选项板中的“WinCC Online Table Control”，拖放到合适的位置。在弹出的对话框中输入窗口的标题“压力表格”，单击“确定”。再双击，弹出如图4-13所示的“WinCC 在线趋势控件的属性”对话框。 2．“列”栏中，输入“二级排气压力”作为第一列的名称，选择趋势显示的颜色为红色，连接变量“2 EJPQYL”。 3．在“常规”栏中，需要选择“装载归档数据”。然后勾选“状态栏”以及“工具栏”。 4．“工具栏”中，勾选打开对话框“设置参数”、“缩放区域”和“开始/停止更新”等有用选项。 5．“列”中，选择趋势的“时间格式”为“hh：mm：ss：ms”。还可以设置时间范围。 用同样的方法做好其他变量的数据表格：1#、2#的风包压力、缸体压力、进水管压力、一级排气压力、总水管压力、风包温度、出水管温度、二级温度、缸体温度、一级气缸温度、轴瓦温度的表格数据。 4.6.5 导航界面 导航界面使我们能在各个需要浏览的图和表格之间方便的切换。设计步骤如下： 1．从对象选项板的智能对象中选择“画面窗口”，拖放到绘图区中，调整大小和位置。右击画面窗口，单击“属性”，在弹出的对话框中，把“其他”项中的“画面名称”改为“主界面”，调节缩放因子。如图4-14所示。当我们激活运行WinCC时，画面窗口缺省显示的是设计主界面。 2．选项标准对象板中的窗口对象中的按钮，创建15个各个窗口按钮（4.7.2有详细介绍）。 3．加入退出系统按钮，具体做法：单机动态向导中的系统函数>退出WinCC运行系统>鼠标左键>完成。 设计好的导航界面如图4-15所示。 图4-14画面窗口属性设置 图4-15导航窗口 4.7 组态图形界面 界面设计好之后，接下来就是要组态各个图形对象。广义的组态含有配置、设置的意思。比如：为图形对象配置对应的变量，设置图形对象的属性动态和事件动态。 4.7.1 变量组态 变量组态就是将变量连接到图形对象上去，这是一种简单的组态形式。连接的变量可以是外部变量也可以是内部变量。 图4-16 I/O变量连接 右击选择“组态对话框”，将弹出一个对话框，如图4-16所示。单击右边的黄色文件夹图标，在已经建立的变量中选择我们所需要连接的变量；选择更新的周期为“根据变化”，确定输入/输出域。 当然，通过右击选择“属性”进入属性对话框，如图4-17所示， 在“输入/输出域”的“输出值”再右击选择“变量”也可以进行变量的连接。在这里，我们可以设置“域类型”为“输出”；输出“数据格式”为“十进制数”，输出格式设置为9.99，这样输出域只能显示0-9.99的数值。 当WinCC运行时，输入输出域就能实时显示从PLC采集来的参数数据。 图4-17 I/O变量连接 4.7.2 常量组态 顾名思义，就是创建动态连接时连接的为常量。这种组态用在实现画面的跳转上。以导航画面中的“返回”按钮为例子。当导航画面窗口在显示其他界面的时候，我们希望通过用鼠标点击这个按钮，使主画面窗口能够跳转显示导航画面。 具体做法是： 1.右击按钮，选择“属性”，在事件栏中右键单击“鼠标动作”，选择“直接连接”，如图4-18所示。 图4-18 画面切换设置 2.在弹出的“直接连接”对话框中，如图4-19所示。选择“源”为常量，即“导航画面”。选单击确定之后，可以在“鼠标动作”出现一个蓝色的闪电箭头，表明组态成功。 这样一来，当WinCC运行时，鼠标点击“返回”按钮时，导航画面窗口就能实现我们所期望的跳转了。 图4-19 画面连接 4.8 组态报警 报警组态其实也是变量组态的一种形式，所不同的是报警组态是在报警记录（也可以说报警记录编辑器）中进行的。 在WinCC中，报警记录编辑器负责消息的采集和归档，包括过程、预加工、表达式、确认及归档等消息的采集功能。报警消息系统给操作完提供了关于操作状态和过程故障状态的信息。它们将每一临界状态提早通知操作员，并帮助消除空闲时间。在组态期间，可对过车工内中应出发消息的时间进行定义。这个事件可以是设置自动化系统中的某个特定位，也可以是过程值超出预先定义的限制值。系统可用画面和声音的形式报告记录消息事件，还可用电子和书面的形式存档。报警可以通知操作员在生产过程中，发生的故障和错误消息，用于及早报警临界状态，并避免停机或缩短停机时间。 4.8.1 报警记录的内容和功能 报警记录有两个系统组成：组态系统和运行系统。 报警记录的组态系统为报警记录编辑器。报警记录定义显示何种报警、报警的内容、报警的时间。报警的运行系统主要负责过程值的监控、控制报警输出、管理报警确认。 报警的消息块：系统块、过程值块、用户文本块。 消息类型：可将消息分为16个类别，每个消息类别还可以定义16种消息类型。 报警归档：短期归档和长期归档。如图4-20所示。 图4-20 报警记录设置 4.8.2 组态过程值归档 在WinCC项目管理器中打开变量记录编辑器，如图4-21所示。 图4-21 变量记录编辑器 进行变量的归档如图4-22所示。 图4-22 进行变量归档 选择变量归档如图4-23所示。 图4-23选择归档变量 所需要的归档变量如图4-24所示。 图4-24 变量趋势归档 趋势图表和趋势画面如图4-25所示。 图4-25 趋势画面 4.8.3 用户归档 用户归档是对一些总要的数据进行长时间保存。 打开用户归档，选择归档右键插入新归档向导如图4-26、4-27、4-28和4-29所示。 图4-26 新归档页面 图4-27 通讯选择 图4-28 归档变量名 图4-29 归档权限设置 将变量插入归档中如图4-30、4-31、4-32所示。 图4-30 变量常规设置 图4-31 归档值设置及变量选择 图4-32 变量权限 总的归档图变量和归档表如图4-33和4-34所示。 图4-33 用户归档变量 图4-34 检测数据归档 第5章 变频器控制 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。 5.1 变频器工作原理 5.1.1工艺要求 根据系统要求，控制电路给电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号，通过改变电动机电压、电流，从而改变电动机的频率，是外部变量控制在要求范围内[20]。 在本系统中可以直接输入频率。 5.1.2 参数设置介绍 如图5-1通过基本操作面板更改参数的数值改变频率。 图5-1 通过基本操作面板更改参数 在下位机编程中通过改变控制字完成对变频器的控制。具体控制字如图5-2所示。 图5-2 PPO1通信有效的数据字符示意图 电机的启动步骤： 1.电动机的初始化状态为：将控制字047E传送给PZD1中的STW，将数值0传送给PZD2中的HSW（主设定值）。 2.电动机运行准备状态为：将控制字047F传送给PZD1中的STW，将所设定的频率值传送给PZD1中的HSW（主设定值）。 注意：在2中047F的传送和频率设定值的传送一定要先传送047F后，再给频率设定值。 047E 表示电机准备运行，047F表示电机正转开始运行，0C7F表示电机反转开始运行。 注意：当正/反向切换时，电机一定要处于停止状态 ，变频器频率设置为 0 Hz。 此时电动机处于启动状态，但设定频率必须为0，PLC给定值必须之后进行赋值。 5.2 变频器的下位机设计 在S7 中对PZD (过程数据)读写参数时调用SFC14和SFC15，SFC14(“DPRD_DAT”)用于读Profibus从站(MM440)的数据，SFC15(“DPWR_DAT”)用于将数据写入Profibus 从站(MM440)，硬件组态时PZD的起始地址：W#16#108(即256)。 RECORD 表示：数据块（DB3）中定义的PZD数据区相对应的数据地址；RET_VAL 表示：程序块的状态字，可以以编码的形式反映出程序的错误等状态。在本例中设定值和控制字可以从数据块DB1中传送，DB1.DBW20 设为047E 再变为047F后DB1.DBW22 中的频率值将输出。状态字和实际值可从DB1.DBW8,DB1.DBW10读出。如图5-3、5-4所示所示。 图5-3 变频器程序 图5-4 初始化及正转 结 论 本文主要阐述了基于WinCC的矿山空气压缩机智能监控系统设计，完成了用WinCC对空气压缩机运行的各个环节的监控以及对现场的控制。本系统实现了矿山空气压缩机的智能监控，可以在无人值守的情况下自动运行，可根据现场的异常情况进行相应的报警，并在异常情况系统解决不了时进行自动停机，确保了空气压缩机运行的安全性，从而全面实现了所需的各项指标和技术要求。本系统能显示系统工作状态和参数，能对系统运行进行操作，具有实时报警、趋势曲线、报警记录查询等功能。 本设计大大简化了人员和设备配置。本设计高性能的过程耦合、快速的画面更新以及可靠的数据使其具有高度的实用性。WinCC组态软件能充分利用Windows强大的图形编辑功能，以动画形式显示监控设备的运行状态，方便构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表、历史数据等，为工业监控软件开发提供了便利的软件开发平台，从整体上提高了工控软件的质量。此外，它还具有高度的开放性和可扩充性，可以连接第三方设备。相比于以往的监测控制系统，我们只要在组态好的计算机图形界面上轻轻一点鼠标，就可以获需所要的信息，进行相应的操作。它不仅降低了运行成本，而且增加了系统的可靠性、稳定性和容错性。它具有的报警记录使我们能及时得知异常情况并找出错原因，它所具有的变量归档和报表打印使我们能大量存档并随时打印出来，以供分析。WinCC组态软件已成为远程监控应用和大型过程控制的理想选择。本设计在应用在矿山空气压缩机运行中，可以对系统内整体和局部的情况都进行监视，可以实现对系统的集中控制，大大节省了时间及人力，降低了人员现场监测变量的危险性，提高了工作效率。 参考文献 [1] 苏中华.浅议现代矿山空气压缩设备技术的发展[J].矿山机械,2007,35(8):49-52. 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[20]T.Krairojananan,S.Suthapradit.A PLC program generator incorporating sequential circuit synthesis techniques in Proc[J].Circuit and Systems,1998,65(7):399-402. 致 谢 四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。随着这篇本科毕业论文的最后落笔，我四年的大学生活也即将划上一个圆满的句号。回忆这四年生活的点点滴滴，一切中的一切都是历历在目，让人倍感留恋，倍感珍惜。    四年吉林化工学院的学习生活注定将成为我人生中的一段重要旅程。四年来，学校的师长、领导、同学都给予我的关心和帮助，使我终身收益，我真心地感谢他们。    然后，我要衷心感谢一直以来给予我无私帮助和关爱的老师们，特别是我的指导老师王影老师， 实验室老师孙明革老师、刘麒老师，谢谢你们这四年以来对我的关心和照顾，从你们身上，我学会了如何做人做事，如何面对我将后的人生。 最后，我要感谢我的父母及家人，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。 启动 检测传感器信号 启动变频器 超限 空压机启动 泵和气镐启动 检测信号 检测报警信号 检测停机信号 空压机报警 空压机停机 确认报警 是 否 检测故障 _1369390032.vsd � WinCC��������� WinCC����������� ��������������WinCC��� ����������WinCC��� ��������������WinCC��� ��������� �������� PLC�