基于PLC多种液体自动化混合控制系统设计

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1、吉林化工学院毕业设计说明书基于PLC多种液体自动化混合控制系统设计The Design of Variety Liquid Mixing Control System Based on PLC吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工学院毕业设计说明书独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以

2、明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二一年九月二十日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 二一年九月二十日摘 要本设计以三种液体的混合控制为例设计基于PLC的混合液体控制系统，其要求是将三种液体按一定比例混合，在电动机搅拌后要达

3、到一定的温度才能将混合的液体输出容器。液体混合系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个被控设备动作之间的相互关联性，针对不同的工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现液体混合系统从第一种液体加入到混合完成输出的这样一个周期控制工作的程序实现。设计以液体混合控制系统为中心,从控制系统的硬件系统组成、软件选用到系统的设计过程（包括设计方案、设计流程、设计要求、梯形图设计、外部连接通信等），旨在对其中的设计及制作过程做简单的介绍和说明。设计采用西门子公司的s7-300PLC实现液体混合控制系统，上位机采用Wincc组态软件为开发平台，设计液体混合控制系统的组态环境，操作者就可以直接监控PLC的运

4、行情况，并且可以在Wincc中适时改变系统的参数指标，从而大大的提高了工作效率。关键词 ：液体混合；西门子S7-300；PLC；WINCC- I -AbstractMixing liquid control system based on PLC is designed, which takes three kinds of liquid mixing control for example. It need to mix three kinds of liquid accorded to certain proportion, and output the liquid when it ac

5、hieve a certain temperature after the motor stir. Then it form circulation stateDesign liquid mix control system need that its act continuous and all devices relevance each other. For different state and control corresponding output so that achieve a control cycle from join the first liquid complete

6、 mixing liquid. The design mainly introduce and explain the making process, which based on liquid mixing control system, including hardware component and software choose (design scheme, flow, request, ladder-diagram, external connection). This design used s7-300PLC, which is produced Siemens, and PC

7、 used Wincc configuration software, then design configuration environment of liquid mixing control system. Operators can directly supervise and control condition of PLC, and they can change system parameters in the Wincc so that improve the system efficiency.Keywords ：Liquid mixture；Siemens S7-300；P

8、rogramable Logic Controller；Windows Control Center- 31 -目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 题目来源11.2 课题研究的背景、目的和意义11.3 国内外市场情况预测与工艺技术概况11.3.1 国内外市场情况预测11.3.2 国内外应用领域概况1第2章 液体混合控制方案32.1 PLC工艺流程概况32.2 PLC的I/O点表42.3 硬件选型52.4 调节阀52.5 变送器62.6 SIMATIC S7-300软件72.6.1 SIMATIC S7-300的用途72.6.2 SIMATIC S7-300的特点72.6.

9、3 STEP7项目中的模块82.7 Wincc软件122.7.1 Wincc软件概述122.7.2 Wincc的特点12第3章 软件开发及仿真调试143.1 下位机开发143.1.1 打开Step7/建立项目143.1.2 配置主机架153.1.3 符号编辑163.1.4 程序的设计173.1.5 程序的仿真233.2 上位机开发233.2.1 Wincc项目的建立233.2.2 图形编辑243.2.3 组态变量253.2.4 软件仿真及调试26结 论28参考文献29致 谢30第1章 绪 论1.1 题目来源在炼油、化工、制药等行业中,多种液体混合是必不可少的工序, 而且也是其生产过程中十分重要

10、的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质, 以致现场工作环境十分恶劣, 不适合人工现场操作。另外, 生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠等特点, 这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业, 特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制, 从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必就是摆在我们眼前的一大课题。 1.2 课题研究的背景、目的和意义本课题是针对多组分原料自动混合系统，一方面由于液体进料与控制过程比较复杂、使进料参数变化较大，造成液体混合精度控制难，难以用测量控制器进行测定；另一方面由于循环控制过程出现故障不能随时停机。针对这两个难题，

11、研究将电机控制技术、PLC控制、应用于多组分原料自动混合系统，从而提高多组分原料自动混合系统的稳定性、可靠性、精确性，以及多种液体混合循环控制时，可以自动或手动调节系统的启停。在大力提倡节约能源的今天，研究这种高性能、经济型的多组分原料自动混合系统，对于提高劳动生产率、降低能耗具有重要的现实意义。1.3 国内外市场情况预测与工艺技术概况1.3.1 国内外市场情况预测目前，全世界PLC生产厂家约200家，生产300多种产品。国内PLC市场仍以国外产品为主，如Siemens、Modicon、A-B、Omron、三菱、Ge的产品。经过多年的发展，国内PLC生产厂家约有三十家，但都没有形成颇具规模的生

12、产能力和名牌产品，可以说PLC在我国尚未形成制造产业化。在PLC应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。专家估计，2000年PLC的国内市场销量为15(20万套（其中进口占90%左右），约25(35亿元人民币，年增长率约为12%)。预计到2005年全国PLC需求量将达到25万套左右，约35(45亿元人民币)。1.3.2 国内外应用领域概况目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类: 开关量的逻辑控制：这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既

13、可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等；模拟量控制：在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用；数据处理：现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统

14、；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统；通信及联网：PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第2章 液体混合控制方案2.1 PLC工艺流程概况液体自动混合系统的初始状态：在初始状态，容器为，电磁阀Y1，Y2，Y3，Y4 和搅拌机M以及加热元件R均为OFF， 液面传感器L1，L2，L3和温度检测T均为OFF。如图见2-1所示。图2-1 多种液体混合示意图液体混合操作过程：1、按动启动按钮，电磁阀

15、Y1闭合（Y1为ON），开始注入液体A 。2、当液面高度达到L3时（L3为ON） 关闭电磁阀Y1（Y1为OFF），液体A停止注入，同时，开启电磁阀Y2（Y2为ON）注入液体B 。3、当液面升至L2时（L2为ON） 关闭电磁阀Y2（Y2为OFF），液体B停止注入，同时，开启电磁阀Y3（Y3为ON），注入液体C 。4、当液面升至L1时（L1为ON） 关闭电磁阀Y3（Y3为OFF），液体C停止注入，然后开启搅拌电动机M，搅拌三分钟 停止搅拌 。5、加热（启动电炉R） 当温度（检测器T动作）300度时 停止加热（R为OFF），并放出混合液体（Y4为ON）。6、至液体高度降为L3后，再经30秒延时，液体

16、可以全部放完 停止放出（Y4为OFF）。液体混合过程结束。按动停止按钮，液体混合操作停止。根据上述液体混合操作，设计其简要流程图见图2-2所示。图2-2 多种液体混合流程图2.2 PLC的I/O点表点表的设计不仅需要依据项目的要求。同时，点表的设计直接的影响以后的PLC编程，此次设计只涉及一个温度模拟量。如表2-1 所示。元件物理地址类型电源作用传感器L1I 0.0DI24 V检测液位L1传感器L2I 0.1DI24 V检测液位L2传感器L3I 0.2DI24 V检测液位L3开始按钮I 0.3DI24 VSTRAT停止按钮I 0.4DI24 VSTOP电磁阀Y1Q 0.0DO24 V控制液体A

17、流量电磁阀Y2Q 0.1DO24 V控制液体B流量电磁阀Y3Q 0.2DO24 V控制液体C流量电磁阀Y4Q 0.3DO24 V控制混合液流量电机Q 0.4DO24 V搅拌加热器Q 0.5DO24 V加热表2-1 多种液体自动混合控制系统的I/O点表2.3 硬件选型1、电源：6ES7 3071BA000AA01；负载电源电压：120/230 VAC；板卡电源电压：24 VAC。2、CPU：6ES7 3152AG100AB0；128KB工作存储器0.1ms/1000条指令，MPI+DP连接（DP主站或DP从站）多排最多可组态32个模块用于直接数据交换的发送和接收功能，恒定总线循环时间路由S7通讯

18、（可在的FB/FC固化程V2.0）。3、DI卡：6ES7 3211BH010AA0；数字输入模块DI16 24V，分成16组。4、DO卡：6ES7 3221BH010AA0；数字输入模块DO16 24V /0.5A 分成8组。5、带一体化温度变送器的双金属温度计：特点：现场显示温度，直观方便；具有自动切断电源和报警功能；安全可靠，使用寿命长； 多种结构形式，可满足不同要求；设定点误差：电接点温度计，其设定点误差应不超过基本误差限的1.5倍。 6、温度变送器：输出信号：420mA（如果需要其它输出信号请在订货时注明）；基本误差：0.5%FS；接线方式：二线制、三线制、四线制；工作电压：24VDC

19、；输出负载：0-500欧姆（特殊定货需注明）。 7、磁翻板液位指示器：特点：防爆结构，可用于高温、高压环境色块，采用流线型弧面设计，指示更加灵敏七对继电器控制输出接点，自由设定各参数、自校正、自诊断报警输出；压力：10Mpa以内可定制；输出信号：4-20mA，限位开关，hart协议等可选配。8、HL-F磁翻板液位变送器：分辨率：5mm；测量精度：0.2%；输出电流：4-20mA 负载阻抗500；报警输出接点：1 - 7个。9、OSA86系列通用电磁阀：特点：太空理念、飞碟活塞、三维密封、严防泄流、导向装置、避免故障、多种功能、通用性强。控制方式：常闭式、常开式。标准电压：AC220V、DC24

20、V。电气连接：接线盒式（普通型）、电缆引线式（防爆型）。防护等级：德国标准DIN43650A（IP65）。其他功能：E防爆型（防爆等级D2CT5）；S手动功能；X信号反馈；T定时开关。10、防爆电加热器：防爆等级：de2CT1-4；防护等级：IP54；功率：120kW；工作温度：418；工作压力：2.5Mpa；电压：380V。2.4 调节阀调节阀是最终控制元件的最广泛使用的型式。其他的最终控制元件包括计量泵、调节挡板和百叶窗式挡板(一种蝶阀的变型)、可变斜度的风扇叶片、电流调节装置以及不同于阀门的电动机定位装置。常见的控制回路包括三个主要部分，第一部分是敏感元件，它通常是一个变送器。它是一个能

21、够用来测量被调工艺参数的装置，这类参数如压力、液位或温度。变送器的输出被送到调节仪表调节器，它确定并测量给定值或期望值与工艺参数的实际值之间的偏差，一个接一个地把校正信号送出给最终控制元件调节阀。阀门改变了流体的流量，使工艺参数达到了期望值。在气动调节系统中，调节器输出的气动信号可以直接驱动弹簧一薄膜式执行机构或者活塞式执行机构，使阀门动作。在这种情况下，确定阀位所需的能量是由压缩空气提供的，压缩空气应当在室外的设备中加以干燥，以防止冻结，并应净化和过滤。当一个气动调节阀和电动调节器配套使用时，可采用电一气阀门定位器或电一气转换器。压缩空气的供气系统可以和用于全气动的调节系统一样来考虑。2.5

22、 变送器 变送器的作用是将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。一般分为：温度/湿度变送器，压力变送器，差压变送器，液位变送器，电流变送器，电量变送器，流量变送器，重量变送器等。除有传感的功能之外还有放大整形的功能，输出为标准的控制信号。如：420mA。二线制传输方式中，供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号，目前大多数变送器均为二线制变送器；四线制方式中，供电电源、负载电阻是分别与变送器相连的，即供电电源和变送器输出信号分别用二根导线传输。两线制电流变送器的输出为420 mA，通过250 的精密电阻转换成15

23、 V或2-10V的模拟电压信号.转换成数字信号有多种方法，如果系统是在环境较为恶劣的工业现场长期使用，因此需考虑硬件系统工作的安全性和可靠性。系统的输入模块采用压频转换器件LM231将模拟电压信号转换成频率信号，用光电耦合器件TL117进行模拟量与数字量的隔离。同时模拟信号处理电路与数字信号处理电路分别使用两组独立的电源，模拟地与数字地相互分开，这样可提高系统工作的安全性。如图2-3所示。图2-3 变送器模块2.6 SIMATIC S7-300软件SIMATIC S7系列可编程控制器是西门子全集成自动化系统中的控制核心，是其集成与开放特性的重要体现。SIMATIC S7 PLC继承的强大通讯功

24、能，是其得以成功的另一个重要方面。如今，PROFIBUS有超过1200余家会员单位，全球的总安装结点已经突破1000万，是全球公认的工业现场总线标准的领跑者；新一代工业以太网标准PROFInet的提出，为以太网在工业领域更大范围的应用提供了技术保障。凭借继承统一的通讯，SIMATIC S7 PLC在实现车间级、工厂级、企业级乃至全球企业链的生产控制与协同管理中起到中坚作用。不断创新的PLC编程组态工具STEP7采用SIMATIC软件的集成统一架构，为实现PLC编程组态的易用性和友好性以及与上位机组态系统的集成统一性提供了一个功能强大、风格一贯的软件平台。2.6.1 SIMATIC S7-300

25、的用途STEP7 是用于SMATIC 300/400 站，创建可编程逻辑控制程序的标准软件。针对不同的工程技术人员，可以使用语句表、体梯形图、功能块等语言。使用STEP7 可以完成一些比较大或比较复杂的应用。例如：可以用高级语言或图形设计语言进行程序设计。可以和SMATIC附加的软件包兼容。SETP7软件界面友好。操作方便。硬件组态软件编程简单清晰明了。是复杂的编程工作变的简单。指令丰富符合IEC国际标准。具有自动检测语法错误功能。帮助功能强大版本向下完全兼容。可以把SETP7软件编写的程序很方便的转化成STEP7的程序。其逻辑关系保持不变。在STEP7中一些非标准的指令和功能块。也可以自动用

26、新的指令和功能快代替。2.6.2 SIMATIC S7-300的特点1、模块化中小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用；2、大范围的各种功能模块可以非常好地满足和适应自动控制任务；3、由于简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活；4、方便用户和简易的无风扇设计；5、当控制任务增加时，可自由扩展；6、由于大范围的集成功能使得它功能非常强劲。2.6.3 STEP7项目中的模块在STEP7软件中，结构化的用户程序是以“块”的形式实现的。块是一些独立的程序或者数据单元，在STEP7中主要有以下几种类型的块：组织块OB（Organization Block）功能FC（Function）功

27、能块FB（Function Block）系统功能SFC（System Function）系统功能块SFB（System Function Block）背景数据块背景DB（Instance Data Block）共享数据块共享DB（Share Data Block）打开示例项目，可以看到这些块都存储在S7程序的Blocks目录下，如图2-4所示。图2-4 STEP7项目中的块 OB、FC、FB、SFC和SFB中包含由S7指令构成的程序代码，因此成为程序块或者逻辑块。背景DB和共享DB中不包含STEP7的指令，它们用于存放用户数据，称为数据块。上述各类的主体有两个部分组成：变量声明部分和程序部分（

28、对程序块而言）或者数据部分（对数据块而言）。在图2-5中双击OB1的图标，可以在LAD/STL/FBD编辑器（简称“程序编辑器”）中打开它。打开后的界面如图2-5所示。图2-5 LAD/STL/FBD程序编辑器界面 变量参数声明窗口和代码窗口中可以分别看到OB1的主体中的内容变量和程序代码。 各模块的具体功能如下： 1、组织块（OB）。在CPU中，用户程序由启动程序、主程序和各种中断响应程序等不同的程序模块构成，这些模块在STEP7中的实现形式就是OB。OB是直接被操作系统调用的用户程序块，OB与不同的CPU类型是相关的，某一型号的CPU支持哪些OB是确定的。例如，OB35和OB40可在CPU

29、315-2DP中使用，而OB36和OB41则不行。因此，用户只能编写目标CPU支持的OB。 OB1是对应于循环执行的主程序的程序块，它是STEP7程序的主干。其他大多数OB则对应于不同的中断处理程序（另外还有启动程序和背景程序等非中断类的OB）。与每一个OB紧密相连的是它对应的类型和优先级。OB的类型指出了它的功能，例如延时中断、硬件中断等；OB的优先级则用于表明一个OB是否可以被另外一个OB中断，优先级较低的OB总是可以被优先级较高的OB中断。在S7系列CPU中，背景循环OB90的优先级最低，其次就是OB1，它的优先级是1，因此OB1通常总是可以被其他OB中断。对于S7-300的CPU，各个

30、OB的优先级都是固定的，用户无法更改。 2、功能（FC）和功能块（FB）。FC和FB都是由用户自己编写的程序模块，可以被其他程序块（OB、FC和FB）调用。与其他编程语言中的“函数”相似，FC/FB也带有参数，以名称的方式给出的参数称作形式参数（形参），在调用时给形式参数赋的具体值就是实际参数（实参），例如：将实参“I0.1”赋给形参“START”。 FC与FB的根本区别在于，FC不具备的存储区，而FB拥有自己的存储区背景DB，在调用任何一个FB时，都必须指定一个背景DB。这一区别使得FC和FB在以下几个方面有所不同。 参数、变量的类型。分别打开示例项目中的FC1和FB1，在变量声明区中，可以

31、看到参数和变量类型。FC和FB都具有输入（IN）、输出（OUT）、输入/输出（IN_OUT）三种参数类型。IN类型的参数用于块调用时的数据输入；OUT类型的参数用于输出结果；IN_OUT类型的参数则级可以作为数据的输入，又可以作为数据和输出。FC和FB都具有临时（TEMP）变量。临时变量存储在系统的本地数据堆栈（Local Date Stack）中，当FC或者FB调用完毕后，这些变量空间就会释放，因此临时变量仅在FC或者FB调用期间有效。FB有静态（STAT）变量类型，而FC没有。与临时变量不同，静态变量存储在FB的背景DB中，当FB调用完毕后，静态变量的数据仍然有效。FC还有一个返回值变量（

32、RET_VAL）用以返回调用的结果。使用OUT或者IN_OUT类型的参数可以输出多个变量，因此比RET_VAL具有更大的灵活性。参数的赋值。由于FC没有数据区，因此在调用FC的时候必须给形参附实参；FB的情况则比较复杂。对于FB的大多数类型的参数，可以赋实参，也可以不赋。如果不给FB的形参赋值，则自动读取当前的背景DB中的参数值。但对FB的某些特殊数据类型的参数也要求必须给形参赋实参。3、系统功能（SFC）和系统功能块（SFB）。SFC和SFB是预先编写好的可供用户程序调用的FC和FB，它们已经固化在S7的CPU中，因此称为“系统功能”和“系统功能块”。通常SFC和SFB提供一些系统级的功能调

33、用，例如通讯功能等。需要注意的是，虽然SFB已经固化在CPU中，但是CPU中并不包含背景DB，因此SFB和FB一样，在调用之前需要由用户生成相关的背景DB。与OB一样，SFC和SFB也是与具体的CPU相关的，通过查阅相关CPU的技术手册可以找到该CPU支持的SFC和SFB的详细信息。4、背景DB和共享DB。DB分为背景DB和共享DB两种类型。如前所述，背景DB是和FB相关联的，也必须指明一个与之对应的背景DB。需要说明的是，背景DB与共享DB没有本质的区别，它们的数据都可以被任何一个OB、FC或FB读写。两者之间的主要区别在于使用的目的：背景DB的用途或者目的是为某一个FB提供数据，因此其数据

34、格式必须与该FB的变量声明一致；共享DB的主要目的是为用户程序提供一个可保存的数据区，它的数据结构并依赖于特定的程序块。打开示例项目，在S7程序的块目录下单击按钮，查看块的详细信息，如图2-6所示。 图2-6 在STEP7中查看背景DB和共享DB FB可以有多个背景DB与之对应，这非常适合“过程相同，数据不同”的情况，像同样的工艺和不同的配方、同样的控制流程和不同的生产线等。过程工艺或者控制流程等写在FB中，而配方、生产线参数等放在不同的背景DB中，只要将FB调用与不同的背景DB组合，就可以方便的实现配方的切换或者对不同对象的控制。假如FB要控制的对象或者要实现的配方数目非常多，那么就需要生成

35、很多背景DB，这是非常繁琐的。STEP7还提供了一种多背景DB（Multiple InstancesDB）的方式，可以将多组不同的背景数据放在一个。2.7 Wincc软件2.7.1 Wincc软件概述西门子公司的WinCC是Windows Control Center(视窗控制中心)的简称。它集成了SCADA、组态、脚本(Script)语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操作系统(Windows 2000或XP)环境下使用各种通用软件的功能。WinCC继承了西门子公司的全集成自动化(TIA)产品的技术先进和无缝集成的特点。WinCC运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制

36、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。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的另一个特点在于其整体开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。用户也可将WinCC作为系统扩展的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统。2.7.2 Wincc的特点WinCC具有以下性能特点：1、创新软件技术的使用。WinCC是基于最

37、新发展的软件技术。西门子公司与Microsoft公司的密切合作保证了用户获得不断创新的技术。2、包括所有SCADA功能在内的客户机/服务器系统。即使最基本的WinCC系统仍能够提供生成复杂可视化任务的组件和函数，生成画面、脚本、报警、趋势和报表的编辑器由最基本的WinCC系统组件建立。3、可灵活剪裁，由简单任务扩展到复杂任务。WinCC是一个模块化的自动化组件，既可以灵活地进行扩展，从简单的工程到复杂的多用户应用，又可以应用到工业和机械制造工艺的多服务器分布式系统中。4、众多的选择和附加件扩展了基本功能。已开发的、应用范围广泛的、不同的WinCC选件和附加件，均基于开放式编程接口，覆盖了不同工

38、业分支的需求。5、使用Microsoft SQL Server 2000作为其组态数据和归档数据的存储数据库，可以使用ODBC,DAO,OLE-DB,WinCC OLE-DB和ADO方便地访问归档数据。6、强大的标准接口（如OLE，ActiveX和OPC）。WinCC提供了OLE，DDE，ActiveX，OPC服务器和客户机等接口或控件，可以很方便地与其他应用程序交换数据。7、使用方便的脚本语言。WinCC可编写ANSI-C和Visual Basic脚本程序。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）。这意味着可以在用户程序中集成

39、WinCC的部分功能。9、具有向导的简易（在线）组态。WinCC提供了大量的向导来简化组态工作。在调试阶段还可进行在线修改。10、可选择语言的组态软件和在线语言切换。WinCC软件是基于多语言设计的。这意味着可以在英语、德语、法语以及其他众多的亚洲语言之间进行选择，也可以在系统运行时选择所需要的语言。11、提供所有主要PLC系统的通讯通道。作为标准，WinCC支持所有连接SIMATIC S5/S7/505控制器的通讯通道，还包括PROFIBUS DP，DDE和OPC等非特定控制器的通讯通道。此外，更广泛的通讯通道可以由选件和附加件提供。12、与基于PC的控制器SIMATIC WinAC紧密接口

40、，软/插槽式PLC和操作、监控系统在一台PC机上相结合无疑是一个面向未来的概念。在此前提下，WinCC和WinAC实现了西门子公司基于PC的、强大的自动化解决方案。13、全集成自动化TIA(Totally Integrated Automation)的部件。TIA集成了西门子公司的各种产品包括WinCC。WinCC是工程控制的窗口，是TIA的中心部件。TIA意味着在组态、编程、数据存储和通讯等方面的一致性。14、SIMATIC PCS7过程控制系统中的过程控制系统中的SCADA部件，如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优点和基于PC的过程

41、工业自动化优点的过程处理系统（PCS）。基于控制器的PCS7对过程可视化使用标准的SIMATIC部件。WinCC作为PCS7的操作员站。15、符合FDA 21 CFR Part 11的要求。16、集成到MES和ERP中。标准接口使SIMATIC WinCC成为在全公司范围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，为公司管理MES（制造执行系统）和ERP（企业资源管理）提供管理数据。第3章 软件开发及仿真调试结合Step7和Wincc在各自工艺流程中的所发挥的的作用，充分利用Step7和Wincc各自的特点进行对各个工段的观察和控制3.1 下位机开发项目的创建有两种

42、：分别是直接创建和使用向导创建。直接创建是将产生一个空项目，用户需要手动添加项目框架中的各项内容，使用向导创建则是向用户提供一系列选项，根据用户的选择，自动生成整个项目的框架。3.1.1 打开Step7/建立项目单击预览按钮可以显示/隐藏对话框下方的预览窗口。在预览窗口中可以立即看到不同选项对将生成的项目产生的影响。单击下一步按钮进入下一步操作。如图3-1所示。图3-1 S7-300项目管理器在CPU列表中选择CPU315-2DP(1)，MPI地址默认为“2”，单击下一步按钮进入下一步操作。如图3-2所示。图3-2 CPU选型3.1.2 配置主机架在STEP7中组态S7-300主机架，必须遵循

43、以下规范：CPU的配置：1、在项目中插入一个SIMATIC 300 站点，双击硬件图标，打开硬件组态程序。在硬件目录中找到S7-300机架，拖拽到左上方的视图中，即可添加一个主机架。2、插入主机架后，分别向机架的1号槽添加电源、2号槽添加CPU。硬件目录中的某些CPU型号有多种操作系统版本，在添加CPU时，CPU的型号和操作系统版本都需要与实际硬件一致。3、如果需要扩展机架，则应该在IM-300 目录下找到相应的接口模块，添加到3号槽。如无扩展机架，3号槽留空。4、4-11号槽中可以添加信号模块、功能模块、通讯处理器等，上述模块分别在硬件目录中的SM-300、FM-300和CP-300目录下。

44、I/O模块的配置：1、数字量I/O模块参数配置把数字量I/O模块插入到机架中的时候，系统会为这些模块分配相应的I/O地址，如果用户需要更改这些地址设置，可以双击该模块，在弹出的属性对话框中选中地址标签页，去掉对系统默认的默认选择，就可以在开始框中输入新的起始地址了。修改后，系统会自动计算结束地址。2、模拟量I/O模块参数配置模拟量I/O模块的地址也可以由用户修改，其修改方法与数字量I/O模块相同。除地址设置之外，在模拟量I/O模块的属性对话框中还有相应的功能设置页，完成其属性的设置。3、显示地址信息通过菜单查看|-地址总揽,或者工具栏上的按钮，可以查看硬件组态中的个I/O模块的地址分配情况。如

45、图3-3所示图3-3 配置选定3.1.3 符号编辑符号的编辑是根据此前的点表设定，必须前后一致。如图3-4所示图3-4 符号编辑3.1.4 程序的设计首先设计组织块OB1使其成为一个程序运行的总块，下分两个功能FC1、FC2，一个用来编辑数据量，一个用来编辑模拟量。这样，在运行时当程序运行到OB1时就会自动读取OB1中的子模块FC1、FC2。此次设计还涉及到一个温度模拟量，所以还需添加一个编辑地址数据块DB1。如图3-5所示。图3-5 模块选定模块选好后就要开始进行每一个模块的具体编辑。首先，对OB1进行编辑，把它看做是此次程序的一个总块，一个包含数字量和模拟量的总块。如图3-6所示。图3-6

46、 OB1程序设计总块后开始设计总块中的模拟块，模拟量都是装在FC1中，FC1是一个模拟量模块。所以在FC2中设计模拟量T101。如图3-7所示。图3-7 FC2程序编辑S7-300不能直接读取PIW，若想读，应该将PIW赋给中间变量MW，然后读MW,所以在“RET_VAL”处填写MW。“IN”是输入地址，根据前边的选定配置中介绍的，我们选择地址288，因此在输入地址处填写“PIW288”。程序中说明当温度上升到300,这样我们就将温度的范围选为0度至400度。输出地址“OUT”为DB1.DBD0。在图3-7中，程序段2的主要用途是将“SCALE”中的中间变量MW读取并传递到电脑。因为此次设计只

47、涉及一个模拟量，所以先对模拟量进行编辑，双击DB1，根据第二章所述，其地址为0.0；温度名称为T101；类型选择REAL；如图3-8所示。图3-8 DB1块温度设计模拟量设计完毕后开始设计数字量。首先是按动启动按钮，电磁阀Y1闭合（Y1为ON），开始注入液体A 。根据题意，设“START”为启动按钮，点击“START”导通后面的置位“Y1”,使Y1一直导通。如图3-9所示。图3-9 启动电磁阀YI接着当液面高度达到L3时（L3为ON） 关闭电磁阀Y1（Y1为OFF），液体A停止注入，同时，开启电磁阀Y2（Y2为ON）注入液体B 。根据题意，设“L3”为液面传感器L3，当液面到达L3时，复位“Y

48、1”，使Y1关闭，同时又置位“Y2”，使Y2一直导通。如图3-10所示。图3-10 关闭Y1启动Y2接着当液面升至L2时（L2为ON） 关闭电磁阀Y2（Y2为OFF），液体B停止注入，同时，开启电磁阀Y3（Y3为ON），注入液体C 。根据题意，同上如图3-11所示。图3-11 关闭Y2启动Y3当液面升至L1时（L1为ON） 关闭电磁阀Y3（Y3为OFF），液体C停止注入，然后开启搅拌电动机M，搅拌三分钟 停止搅拌 。根据题意，设“L1”为液面传感器L1，当液面到达L1时，复位电磁阀“Y3”，使Y3关闭，并同时置位“M”，使搅拌电动机启动。如图3-12所示。图3-12 关闭Y3开启搅拌搅拌三分钟

49、 停止搅拌，根据题意，利用中间变量“M”使电动机“T1”搅拌三分钟（为了缩短检测时间，三分钟改为三秒钟），同时设“M0.0”为中间变量。如图3-13所示。图3-13 设置搅拌时间搅拌停止后，立刻加热（启动电炉T）。利用上一步程序里的中间变量，去置位电炉“T”，使电炉加热。如图3-14所示。图3-14 搅拌停止当温度（检测器T动作）300度时。根据题意，当“MOVE”模块的输出“MW4”的温度值大于或等于300，比较器“CMP”导通，并导通中间变量“M0.1”，如图3-15所示。图3-15 设置温度检测值停止加热（R为OFF），并放出混合液体（Y4为ON）。根据题意，由上一步中的中间变量，来复位

50、“T”，使其关闭并置位“Y4”使其导通。如图3-16所示。图3-16 关闭加热开启Y4至液体高度降为L3后。根据题意，在“L3”设一个常闭点，当液面在L3之上时，“L3”一直处于关闭，当液面低于L3后，导通中间变量“M0.2”。如图4-17所示。图3-17 设置液位高度再经30秒延时，液体可以全部放完 停止放出（Y4为OFF）。液体混合过程结束。根据题意，利用中间变量导通计时器“T2”30秒（为了缩短检测时间，30秒改为3秒钟）。“S_ODT”是一个延迟导通的计时器，当30秒，即使结束后，使“Y4”复位，关闭电磁阀Y4，并导通中间变量“M0.3”。如图3-18所示。图3-18 液体延时释放按动

51、停止按钮，液体混合操作停止。根据题意，流程结束关闭所有点，首先复位中间变量，如图3-19所示。图3-19 复位T2接下来就是关闭所有点，设“STOP”为关闭点，当流程结束时，点击“STOP”，同时关闭“Y1”“Y2”“Y3”“Y4”“T”“M”。如图3-20所示。图3-20 关闭程序3.1.5 程序的仿真经过一系列的程序编辑，点击“激活”进行仿真，如图3-21所示。图3-21 程序仿真3.2 上位机开发3.2.1 Wincc项目的建立启动WinCC，单击“开始”SIMATICWinCCWindows Control Center 6.0菜单项，即运行WinCC。运行WinCC后，出现一个项目类

52、型对话框。选择建立新项目的类型为“单用户项目”，并单击“确定”按钮进入创建新项目对话框。如图3-22所示。图3-22 项目类型对话框创建新项目对话框，在对话框中输入zhaokun作为项目名称，并为项目选择一个项目路径为C:，以项目名称作为路径中最后一层文件夹的名字，单击“创建”按钮，即创建新项目成功。如图3-23所示。图3-23 创建新项目对话框项目创建完成后，就进入WinCC项目管理器。如图3-24所示。图3-24 WinCC项目管理器3.2.2 图形编辑Wincc编辑当中，首先应先新建一个液体混合图形文件，并在文件中编辑工段图形。如图3-25所示。图3-25 图形编辑3.2.3 组态变量右

53、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3-26所示。图3-26 变量管理对话框单击“变量管理”SIMATIC S7 PROTOCOL SUITEMPI前面的“+”，展开各自节点，出现节点PLC1，将其改名为“zhaokun”，并建立“新建变量”，如DI、DO、AI。如图3-27所示。图3-27 组态变量然后根据图形要求，对每个变量在进行编辑。如图3-28所示。图3-28 变量编辑3.2.4 软件仿真及调试为了实现仿真效果，程序编制结束后启动仿真器，下载程序,进行仿真调试，具体仿真步骤如下所示：1、打开STEP7软件，调入已编写好的程序。2、在调入窗口中用鼠标单击

54、图标，启动仿真，并把仿真器的选项勾在STOP选项上。3、用鼠标单击窗口中的图标，把已经编好的程序下装到PLC中。4、启动WinCC软件，打开工程，运行WinCC资源管理器主菜单“文件”“激活”，也可直接单击工具栏上的图标，运行工程，运行过程和运行结果分别如图3-29所示，如图3-30所示，如图3-31所示。图3-29 运行过程画面图3-30 运行过程画面图3-31 运行过程画面结 论多种液体混合控制已成为现代工业不可或缺的一项技术，大大的提高的工程的可操作性，同时也提高了生产效率，降低了生产中的危险性。结合混合液体装置各个工段工艺流程和控制方案，利用PLC编程软件和WinCC监控软件的特点，实

55、现了液体混合各个工段控制系统设计和开发。系统数据显示准确，所有控制回路均能平稳操作，运行可靠，有较高性价比，而且界面美观，操作方便，各种功能使用良好，使设备实现了自动化的操作和运行，解决了原来设备管理人员必须往返于各个设备之间记录运行参数的麻烦，减少了设备的维护工作量和生产事故，故障处理速度快，大大提高了劳动效率和产品的产量，从而取得了良好的收益。参考文献1 贾德胜等. PLC实用子程序M.北京:人民邮电出版社，2006.12 田淑珍.可编程控制器原理及应用M.北京:机械工业出版社，2005.73 廖常初.PLC编程及应用M.北京:机械工业出版社，2002.94 吴明亮,蔡夕忠.可编程控制器实

56、训教程M.北京:化学工业出版社，20055 张进秋,陈永利,张中民.可编程控制器原理及应用实例M.北京:机械工业出版社，2003.116 廖常初.FX系列PLC编程及应用M.北京:机械工业出版社，2005.47 夏辛明,黄鸿,高岩.可编程控制器技术及应用（第二版）M.北京:北京理工大学出版社，2005.108 王化祥，张淑英.传感器原理及应用M.天津:天津大学出版社，20059 孟立凡,郑宾.传感器原理及技术M.北京:国防工业出版社，2005致 谢在充实与回味之间，送走了一学期的毕业设计生活，即将踏入社会生活投身工作之中，毫无异议本次毕业设计是大学学习的总结，也为将来工作做了深刻的锻炼，为将来

57、打下坚实的基础，回想起来是美好的，分析起来是必要的。在此之中，我的综合素质也得到了一次锻炼的机会，指导教师朱老师，给我很多帮助，但让我觉得最有意义的除了理论与实际操作的知识外是老师带给我的对困难和压力百折不挠的意志和坦然面对的品质，这使我终生受益。我也了解和掌握了设计的一些常识,基本的步骤和动作,懂得了设计中一些必须遵从的技术法规和技术要求,对专业的知识有了更深层次的认识,巩固了所学的知识,拓宽了思路。学会了如何面对技术问题,如何进行解决的方法。感谢学校给我们提供这次设计空间，为我们配备经验丰富的指导教师。感谢我的指导教师朱老师，感谢他带给我技术上的支持和精神上的援助，给我今后的生活和工作带来了无尽的动力。还有教研室的其他老师也给予了我很多的指点，在此向各位老师表示衷心的感谢。最后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下专业知识的基础。在此，衷心的感谢你们。