1、內容摘要在這個追求效率最大化的社會中，提高生產線自動化程度、增強生產效率、優化控制手段、豐富控制層次，都已成為了工業生產中大力推動成產效率的不二選擇。就牛奶生產的攪拌工藝來說，若依靠人工操作來實現牛奶的均勻攪拌、添加劑的比例給定及實時溫度的調控，則所生產出來的牛奶不僅質量難以達標，而且浪費了人力物力資源，嚴重的影響了生產效率。就此，我基于國內某知名牛奶制造公司的奶罐攪拌方式，通過對plc以及變頻器的研究控制、程序軟件的學習研究，對此項課題進入深入的分析研究.首先，作為工業控制計算機，plc執行各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。而變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源的頻率和

2、幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。可以說隨著plc與變頻器的不斷發展，其對奶罐攪拌工藝效率的提高有著重要的意義。目前市面上的牛奶主要是巴氏殺菌奶，即將采集來的鮮牛奶經過巴氏殺菌之后，加入兩種必要添加劑攪拌之后，進入灌裝生產線進行包裝出售。本次設計就是針對巴氏消毒后的工藝而進行的，在巴氏消毒結束后，需要向牛奶中添加兩種必要的添加劑，并進行攪拌，內容包括攪拌控制（由于工藝要求，包括變頻和工頻），攪拌過程中溫度，液位，電機轉速等現場參數的監控等等，本次設計由控制站和操作站兩部分組成，控制站使用了西門子公司step 7編程軟件，操作站則使用的是wincc軟件。通過西門子s7-300系列plc來

3、實現。此外，還運用了西門子公司的mr440系列變頻器對攪拌電機的轉速進行控制和調節，以及熱電阻，液位傳感器等現場信號采集設備。其中還包括對現場采集來的信號參數的標準化過程等。最后，通過此次設計，努力做到了將生產線最大的自動化，監控的系統化，實現攪拌過程由工頻到變頻自動操作，豐富操控層次，實現現場操控和遠程調控相結合，提高牛奶的生產效率，也為牛奶產品的質量提供了強有力的保障！關鍵詞：s7300； 變頻器； wincc； 牛奶攪拌abstractin this quest to maximize the efficiency of society, the degree of automation

4、 increase production, improving production efficiency, optimize the control means, rich control hierarchy, have become industrial production into the production efficiency in dali to promote the best choice. mixing process of milk production, if the milk to rely on manual operation to achieve unifor

5、m mixing, additives, and the proportion of a given real-time temperature control, it would have produced not only the quality of milk is difficult to compliance, but also a waste of human and material resources, serious of the production efficiency. in this connection, i must with a renowned manufac

6、turer of the milk cans milk stirring method, through the plc and the inverter control software for study and research on this subject into the in-depth analysis. first of all, as an industrial control computer, plc control algorithm to the preparation of various procedures to complete the closed-loo

7、p control. pid closed-loop control system adjustment is generally a lot about the adjustment method used. large plc had pid module, now many small plc also has the function module. pid treatment is generally running a dedicated pid routine. process control in metallurgy, heat treatment, boiler contr

8、ol and other occasions have a very wide range of applications. application of variable frequency converter is frequency technology and microelectronic technology, electrical work by changing the frequency and amplitude of the power to control ac motors of electric drive components. is the use of pow

9、er semiconductor devices will be off the role of power frequency electrical energy is transformed into another frequency control devices. currently the market is mainly milk pasteurized milk, fresh milk to be collected after pasteurization before joining the two kinds of additive mixing is necessary

10、 after the filling line for packaging into the sale. this design is for the pasteurization process carried out after, after the pasteurization, the milk need to add two kinds of necessary additives, and for mixing, including mixing control (due process requirements, including the frequency and the w

11、ork frequency), mixing of the temperature, liquid level, motor speed and so on and so on-site monitoring of parameters, this design by the host computer and slave of two parts, lower machine to use the siemens step 7 programming software, the pc is used configuration software is made. through the si

12、emens s7-300 series plc to achieve. in addition, the use of the siemens mr440 series inverter on the stirring speed motor control and regulation, and thermal resistance, liquid level sensors, data acquisition equipment on site. it also includes on-site collection to the signal parameters such as the

13、 standardization process. finally, the design of the production line to be the largest automated, systematic monitoring, the mixing process to the frequency band from the industrial automation, control levels of wealth, to achieve site control heyuan cheng control, and to improve the efficiency of m

14、ilk production, but also the quality of milk products provides a powerful guarantee! key words: s7-300 plc； inverter； wincc； stir milk目 錄一、緒論1二、奶罐攪拌控制系統22.1奶罐攪拌控制系統控制要求22.2可編程控制器介紹42.2.1 plc的特點42.2.2 plc的應用52.3軟件介紹62.3.1 step7軟件62.3.2 wincc軟件8三、控制層系統設計93.1 硬件部分93.1.1 plc模塊選型93.1.2變頻器的連接123.2 軟件部分143

15、.2.1 step 7程序143.2.2變頻部分程序20四、操作層系統設計234.1 wincc的使用與圖形的建立234.2標簽的建立254.3 報警記錄264.4 歷史趨勢畫面274.5 報表畫面29結論31附錄一 電氣控制圖32附錄二 step程序及說明33致謝36一、緒論奶中的蛋白質主要是酪蛋白、白蛋白、球蛋白、乳蛋白等，所含的20多種氨基酸中有人體必須的8種氨基酸，奶蛋白質是全價的蛋白質，它的消化率高達98%。乳脂肪是高質量的脂肪，品質最好，它的消化率在95%以上，而且含有大量的脂溶性維生素。奶中的乳糖是半乳糖和乳糖，是最容易消化吸收的糖類。奶中的礦物質和微量元素都是溶解狀態，而且各種

16、礦物質的含量比例，特別是鈣、磷的比例比較合適，很容易消化吸收。其實，早在我國學生飲用奶計劃提出之前，把牛奶作為提高民族身體素質之法寶的國家和民族便已有許多。當前，一個全球性的學童奶計劃正在世界范圍內展開。英國前首相丘吉爾在談到二戰后歐洲重建問題時曾說過沒有什么投資比得上向兒童提供牛奶更重要！。日本人在二戰后更是提出了一杯奶強壯一個民族的口號，使得戰后一代人的身體素質有了明顯的改善。歷史上美國居民也通過三杯奶運動，解決了鈣營養的問題。乳制品已成為西方人的當家食品。隨著國內經濟的發展和國民生活水平的提高，牛奶在我們的日常生活中扮演著越來越重要的角色，不論是老人還是孩子，不論是學生還是上班族，都離不

17、開牛奶的陪伴，在超市中，形形色色的牛奶制品讓人目不暇接，也帶動了我國的牛奶加工行業的發展，促進了牛奶加工技術的提高！這對于進一步改善國民生活質量，提高國民身體素質，發展國民經濟具有深遠的影響！因此，牛奶生產的安全性高效性就顯得尤為重要，近年來隨著plc以及變頻器的發展，給牛奶既高效又安全的生產提供了一種可能！二、奶罐攪拌控制系統2.1奶罐攪拌工藝及系統控制要求 在鮮奶加工過程中，當鮮奶被收集之后需要立即進行低溫儲存，然后進入殺菌車間進行巴氏殺菌，使牛奶在73-76攝氏度之間停留4秒鐘，殺菌之后需要加入添加劑進行攪拌，本次設計的重點也在于此，當殺菌后的牛奶進入攪拌罐體a中之后，開始向a中注入一定

18、量的的添加劑a開始攪拌，攪拌時間根據工藝要求而定，在a中攪拌均勻后，牛奶轉入攪拌罐體b中，添加第二種添加劑b，同樣進行攪拌，攪拌完全之后的牛奶進入灌裝線進行灌裝。再攪拌過程中，需要實時監測攪拌罐體的溫度，流量，液位，罐體狀態，以及攪拌電機的轉速，這些都需要各種傳感器來實現，電機轉速要求在攪拌過程中可控，需要加入變頻器來控制電機轉速，是工頻和變頻可調，本地控制和遠程控制可以隨意轉換！同時罐體的溫度，液位，流量，以及電機的轉速等現場信息都需要及時反饋到控制畫面中。過程見圖1-1 ： 圖1-1 牛奶生產示意圖罐體的溫度，液位，流量，以及電機的轉速等現場信息都需要及時反饋到控制畫面中。綜上所述，奶罐攪

19、拌系統的監控要求如下：一、控制站方面1、就地控制：通過plc以及變頻器可以即時的自動控制調節溫度、液位、轉速、流量四個變量2、遠程控制： 通過plc及線路的選擇將現場的操作與遠程工控機相連接，實現遠程的隨時調控二、操作站方面 ：1、要在現場與plc鏈接的電腦中顯示出兩種添加劑防腐劑和穩定劑的流量 2、要在電腦中顯示出從處理預備罐進入到攪拌罐時牛奶的流量值 3、要在電腦中顯示出攪拌罐的溫度情況4、要在電腦中顯示出連接攪拌器的電機的轉速5、要在電腦中顯示顯示出報警畫面還要有報警相應 6、要在電腦中顯示歷史趨勢7、可以隨時的生成報表，包括產量流量的累積整個控制系統示意圖1-2：圖1-2 奶罐攪拌的p

20、lc控制系統示意圖2.2可編程控制器簡介可編程序控制器，簡稱plc（programmable logic controller）,是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。在1987年國際電工委員會（international electrical committee）頒布的plc標準草案中對plc做了如下定義：“plc是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。plc及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統

21、形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。” 2.2.1plc的特點 可靠性高、抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。plc由于采用現代大規模集成電路技術,采用嚴格的生產工藝制造,內部電路采取了先進的抗干擾技術,具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的f系列plc平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時間則更長。從plc的機外電路來說，使用plc構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一,故障也就大大降低。此外,plc帶有硬件故障自我檢測功能,出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中,應用者還可以編入外圍

22、器件的故障自診斷程序,使系統中除plc以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。 配套齊全、功能完善、適用性強 plc發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代plc大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來plc的功能單元大量涌現，使plc滲透到了位置控制，溫度控制等各種工業控制中，加上plc通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用plc組成各種控制系統變得非常容易。 易學易用，深受工程技術人員歡迎 plc作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它的接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言

23、的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路，不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。 系統的設計工作量小、維護方便、容易改造plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種，小批量的生產場合。 體積小、重量輕、能耗低以超小型plc為例 ，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一

24、體化的理想控制設備。2.2.2 plc的應用目前，plc在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業。 開關量的邏輯控制這是plc最基本，最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制，順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控制及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。 模擬量控制在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量(analog)和數字量(digital)之間的a/d轉換及d/a

25、轉換。plc廠家都生產配套的a/d和d/a轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 運動控制plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量i/o模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。例如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。pid調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型plc都有pid模塊，目前許

26、多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 數據處理現代plc具有數學運算(含矩陣運算、函數運算、邏輯運算)、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。 通信及聯網plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設備間的通信。隨著計算機控

27、制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的plc都具有通信接口，通信非常方便。2.3軟件介紹2.3.1 step7軟件s7-300 plc的編程語言是step 7。它繼承了step 5語言結構化程序設計的優點，是專門為s7系列plc而設計的標準編程軟件。在控制系統設計中，當plc完成的控制任務比較復雜時，用戶的編程工作量及控制程序就較大。如何把程序的各部分清晰的組織起來，即選擇適合控制任務要求的程序結構非常關鍵。因此，在本次系統設計中，使用stept 7編程時，一般采用的是分部編程方式。通常情況下，用戶程序包括組織塊（ob）、

28、功能塊（fb,fc）和數據塊（db）等三種類型的邏輯塊，這也是step7編程中不可缺少的組成部分。 組織塊（ob） 組織塊是操作系統和用戶應用程序在各種條件下的接口界面，它可以由操作系統調用，用來控制循環執行或中斷執行及plc啟動方式。常用的組織塊大致有：ob1，ob35，ob40，b100等。ob100是啟動特性組織塊，cpu每次開始運行時，先運行的都是ob100。ob1是主程序循環塊，它由操作系統不斷循環調用，在編程時是必不可少的。ob35、ob40則分別為循環中斷組織塊和硬件中斷組織塊，主要用來響應來自plc不同模塊所發出的中斷請求信號。 數據塊（db） 數據塊主要是用來存放用戶應用程序

29、中使用的變量數據，它也是實現各邏輯塊之間交換、傳遞和共享數據的重要途徑。因此在編程階段，必須先定義數據塊，然后再使用，否則將會造成系統錯誤。數據塊定義完成后，里面的變量順序及類型，決定了數據塊的數據結構，變量的數量也決定了數據塊的大小。同時在使用數據塊之前，還必須將其作為用戶程序的一部分下載到cpu中。另外，當需要使用指定的數據塊，只要通過專門的指令便可以直接訪問到相應的模塊。 功能塊(fb、fc)功能塊主要由兩部分組成：一部分是每個變量的變量聲明表，聲明表主要用來聲明此塊的局部數據，即參數和局部變量兩大類；另一部分是邏輯指令組成的程序，這些程序也要用到變量聲明表中所給出的局部數據。對功能塊編

30、程分兩步進行：即定義局部變量和編寫要執行的程序。同時一般調用功能塊fb時，要說明其背景數據塊。在增量方式下調用fb塊時，step7會自動提醒并生成背景數據塊。此時也為背景數據塊設置了初始值，它與變量聲明表中的值是相同的。另外，采用結構化編程方式時，要求用戶程序提供一些通用的指令塊，以便控制一類相似或相同的部件，同時給通用指令塊提供的參數來進一步說明各部件的控制差異。這樣，結構化的程序就能反復的調用這些通用指令塊，而且結構化的程序還具有結構層次清晰，部分程序通用化、標準化，易于修改、簡化程序的調試等優點。因此，它比較適合于本系統的控制任務。2.3.2 wincc軟件wincc是一個在micros

31、oft windows 2000和windows xp下使用的強大的hmi系統。hmi代表“human machine interface(人機界面)”，即人(操作員)和機器(過程)之間的界面。自動化過程(as)保持對過程的實際控制。一方面影響wincc和操作員之間的通訊，另一方面影響wincc和自動化系統之間的通訊。wincc用于實現過程的可視化，并為操作員開發圖形用戶界面。wincc允許操作員對過程進行觀察。過程以圖形化的方式顯示在屏幕上。每次過程中的狀態發生改變，都會更新顯示。wincc允許操作員控制過程。例如，操作員可以從圖形用戶界面預先定義設定值或打開閥門等。一旦出現臨界過程狀態，將

32、自動發出報警信號。例如，如果超出了預定義的限制值，屏幕上將顯示一條消息。在使用wincc進行工作時，既可以打印過程值，也可以對過程值進行電子歸檔。這使得過程的文檔編制更加容易，并允許以后訪問過去的生產數據。wincc的特征：可以將wincc最優地集成到用戶的自動化和it解決方案中：作為siemens tia理念(全集成自動化)的一部分，wincc可與屬于simatic產品家族的自動化系統非常協調地進行工作。同時，也支持其它廠商的自動化系統。通過標準化接口，wincc可與其它it解決方案交換數據，例如mes和erp層的應用程序(例如sap系統)或諸如microsoft excel等程序。開放的w

33、incc編程接口允許用戶連接自己的程序，從而能夠控制過程和過程數據。可以優化定制wincc，以滿足過程的需要。支持大范圍的組態可能性，從單用戶系統和客戶機-服務器系統一直到具有多臺服務器的冗余分布式系統。wincc組態可隨時修改，即使組態完成以后也可修改。這不妨礙已存在的項目。wincc是一種與internet兼容的hmi系統，這種系統容易實現基于web的客戶機解決方案以及瘦客戶機解決方案。三、系統控制層設計3.1 硬件部分3.1.1 plc模塊選型 根據控制要求確定i/o點數分析本次設計的工藝流程及控制要求之后，總結出了本次設計所需要的i/o點數，包括液位，轉速，流量等以及攪拌電機的啟停變頻

34、控制等，統計出本系統對plc的i/o總能力要求為：數字量輸入個，數字量輸出8個，模擬量輸入40個，模擬量輸出10個。 選擇模塊cpu 根據控制要求及歸納分析，并考慮到操作員站的要求，統計出本系統對plc的i/o總能力要求為：數字量輸入10個，數字量輸出10個，模擬量輸入40個，模擬量輸出10個。根據i/o點數，網絡功能，控制要求，響應速度，存儲器容量等綜合考慮選用了cpu314。下面驗證選型是否合理。存儲器容量（根據統計經驗）計算：數字量輸入 10*10=100 字節數字量輸出 10*8=80 字節模擬量輸入/輸出 （40+10）*100=5000字節總字節數約為：5000+100+80=5.

35、2kb 此外,還有計數器、通訊接口等數據需要處理，而cpu314的存儲器（ram）是48kb，所以選cpu314，且其具有集成式profibus-dp接口模擬量輸入模板sm331通常有8通道輸入模板和2通道輸入模板兩種不同的規格型號，除了通道數不一樣外，其工作原理、性能、參數設置等各方面都完全一致。8路模板的8個模擬量輸入通道共用一個a/d轉換部件，通過模擬切換開關，各模擬量輸入通道按順序一個接一個的轉換。某一通道從開始轉換模擬量輸入起，一直持續到再次開始轉換的時間稱模擬量輸入模板的循環時間，它是模板中所有活動的模擬量輸入通道的轉換時間的總和。實際上，循環時間是對外部模擬量信號的采樣間隔。為了

36、縮短循環時間，可使用step 7 組態工具屏蔽掉不用的模擬量通道，使其不占用循環時間，此外，不使用的輸入還必須在硬件上短路連接。具體選擇情況如下：需要采用熱電阻測量的點共10個，選6es7 331-7pf00-0ab0 型8x12位模板2塊，有6個通道作為預留通道。普通模擬量輸入點30個，選6es7 331-7kf02-0ab0型8x12位模板5塊，有10個通道作為預留通道，它具有較強的通用性。模擬量輸出模板模擬量輸出模板用于simatic s7-300的模擬量輸出及連接模擬量執行器，它將從s7-300來的數字量轉換為過程用的模擬量信號。模擬量輸入模板sm332主要有四通道和兩通道兩種規格，除

37、通道數不同外，兩種模板的工作原理，特性，參數基本相同。它可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時，可以采用2線制回路和4線制回路兩種接線方式與負載相連。采用4線制回路可以獲得比較高的輸出精度。此外，模擬量輸出通道的轉換時間包括內部存儲器傳送數字量輸出值的時間和d/a轉換時間。模擬量輸出各通道的轉換是順序進行的，模板的循環時間是所有活動的模擬量輸出通道的轉換時間的總和。模擬量輸出響應時間是從內部存儲器中出現數字量輸出開始到模擬量輸出達到規定值所用時間的總和，它和負載特性有關，負載不同響應時間也不一樣。具體選擇情況如下：由于本次設計中要求控制的模擬量輸出點共有10點，選6es7 332-5hd0

38、1-0ab0型4x12位模板4塊，有6個通道作為預留通道，這些模塊都為通用模塊，經濟、性能都能滿足本控制系統的要求數字量輸入模板數字量輸入模板的基本功能使將plc外部現場送來的不同類型的數字信號電平轉換成plc內部的標準信號電平，同時進行濾波、保護、隔離、和顯示等處理。s7-300的數字量輸入模板sm321有8種型號可供選擇，即直流24v、16點輸入有三種型號（其中一種為源點輸入、一種為輸入延遲時間可調）；直流24v，32點輸入；直流48120v、16點輸入；交流120v，16點和32點輸入；交流120320v、8點輸入。本系統采用24v電壓等級，主要是考慮到安全電壓及對防火防爆環境的適應，且

39、其典型輸入延遲時間相對較短（1.24.8ms），適于鍋爐現場控制要求響應快速的問題。具體選擇情況如下：需要測量的數字量輸入共8點，選16路6es7 321-1bh02-0aa0型16x24v dc/0.5a模塊1個,8個預留通道。數字量輸出模板sm322數字量輸出模板的主要功能是將cpu送來的輸出信號，轉換成外部過程所需的信號電平，并直接驅動外部過程的執行機構，如電磁閥、接觸器、小型電動機、燈、電機啟動器等。它具有電平轉化、隔離和功率驅動等功能。需要注意的是在分配輸出點時，盡量避免同一時間、同一模板、同一公共點的各輸出點都同時輸出的情況。具體選擇情況如下：數字量的輸出點8點，選16路6es7

40、322-1hh01-0aa0型16x24v dc模板1個,有8個通道作為預留通道通訊處理器 cp采用cp443-1作為與帶有cp1613的操作員站之間的通訊卡，它是simatic s7-300用于工業以太網總線系統的通訊處理器，而不需要進一步組態，且有自己的微處理器，因而能減輕cpu的通訊任務和進一步的擴展連接。可進行iso和tcp/ip的多重傳輸協議的操作。電源模板系統由下面的模塊組成:1塊中央處理單元cpu 3141塊數字量輸入模塊sm321,16x24v dc1塊數字量輸出模塊sm322,16x24v dc,0.5a7塊模擬量輸入模塊sm331,8x12位4塊模擬量輸出模塊sm332,4

41、x12位采用6es7 407-0ka01-0aa0型ps407電源模板。它提供5v dc/24v dc電源，輸出10a電流。3.1.2變頻器的連接 圖3-1 電動機與變頻器連接主回路如圖3-1為電動機與變頻器連接的主回路，三相交流電源與變頻器的rst三端相連接，變頻器的uvw三端則與電動機相連接，km1為變頻狀態的開關，此回路為變頻控制回路；另外一側，三相交流電源通過km2與電動機直接相連，次回路為電動機的工頻控制回路。 圖3-2 電氣控制電路如圖3-2，為電氣控制電路，此回路中包括工頻/變頻的選擇，變頻器故障輸出，變頻器運行指示，遠程plc控制變頻啟停，遠程和就地的選擇，現場操作控制開關等等

42、ka1和km2為變頻和工頻的開關，由此選擇變頻或工頻運行狀態。中間部分則是變頻器控制電路，當變頻器運行出現故障時，故障指示燈會亮，當變頻器正常運行時，變頻器的運行指示燈會亮，并且運行狀態會在上微機上顯示，還可以通過plc上位機來操作遠程和現場的切換，當系統運行狀態為現場操作時，遠程操作界面不可操作，直到解除現場操作，也就是說，二者為互鎖關系。最下面的部分則是現場操作的電氣控制圖，包括現場操作控制電動機的啟停等等，通過繼電器和接觸器來實現。圖3-3 變頻器與電動機接線圖本次設計采用的是西門系公司的mr440系列變頻器，75kw，如圖3-3，為變頻器的具體接線圖，三相交流電源進入變頻器后，通過uv

43、w三相與電動機相連接，同時下面還接有制動單元，電機電流顯示，正反轉控制，頻率調節等等，而故障輸出和運行指示燈則與上面所設計的控制回路相同，實時顯示變頻器的運行狀態。并反饋給系統。3.2 軟件部分3.2.1 step 7程序選好各個模塊之后就可以在simatic manager上編程了。首先新建fc2功能，在以下界的空白處單擊鼠標右鍵會出現選項菜單，在選項菜單中單擊“功能”這樣就建好了一個功能fc2，用同樣的方法建立fc3、fc4、db1、db2等等。下面就不一一說明了。在建立好的fc2中就可以變成了，根據控制的要求，設計好怎樣實現這些功能，在這里選用的是stl編程。 圖3-4首先在temp下建

44、立好臨時變量如圖3-5所示：這用到的變量分別是temp0、temp1、temp2 圖3-5還需要用到db1中的數據，先編輯好db1中的數據，打開建立好的db1圖3-6這樣就可以編寫fc1中的程序了圖3-7圖3-8新建一個功能fc2起名為流量：在temp中加入變量temp0、1、2，其類型都是real型； 圖3-9在數據塊中建立變量：liu1、liu2是real型的；接下來就可以為流量控制模塊編程了，在simatic manager中編程如下： 圖3-10新建一個功能fc3在它的里面編程為： 圖3-11在程序中用到了pid控制，下面的程序進行處理；新建功能fc4；在fc4中調用fb41中斷循環功

45、能塊，對fc4編程為； 圖3-12 圖3-13當m88.0（故障復位1）有輸出信號的時候對應的q88.0（ka6-1）有輸出，其余同樣。 圖3-14這是一個典型的啟動停止保持的程序，按啟動按鈕m80.0對應的q92.0有輸出同時保持，按下m82.0停止。3.2.2變頻部分程序 圖3-15 圖3-16l piw 402 / 這是將在ai402引進cpu進行處理l 10 / 引入數10/r / 將它們相除t db20.dbd 0 / 是將上面的結果裝載到 數據塊db20.dbd0中l piw404 / 引入模擬量輸入ai404進行處理l 10 / 引入數10/r / 做除t db1.dbd4 /

46、將相除的結果裝載到數據塊db20.dbd4中l piw406 / 引入模擬量輸入ai406進行處理l 10 / 引入數10/r / 做除t db1.dbd8 / 將相除的結果裝載到數據塊db20.dbd8中l piw408 / 引入模擬量輸入ai408進行處理l 10 / 引入數10/r / 做除t db1.dbd12 / 將相除的結果裝載到數據塊db20.dbd12中l piw410 / 引入模擬量輸入ai410進行處理l 10 / 引入數10/r / 做除t db1.dbd16 / 將相除的結果裝載到數據塊db20.dbd16中l piw448 / 引入模擬量輸入ai448進行處理l 10

47、 / 引入數10/r / 做除t db1.dbd20 / 將相除的結果裝載到數據塊db20.dbd20中l piw450 / 引入模擬量輸入ai450進行處理l 10 / 引入數10/r / 做除t db1.dbd24 / 將相除的結果裝載到數據塊db20.dbd24中l db20.db0 / 引入數據模塊db20.db0這個變量中的值l 4.000000e+001 / 引入數40的real型=r / 對這兩個數進行比較= m20.0 / 把比較的結果給m20.0這個中間變量 四、系統操作層設計4.1 wincc的使用與圖形的建立 要啟動wincc,首先在啟動菜單中選擇simatic圖符，然后

48、在從彈出式菜單中選擇wincc v6 asia啟動。見圖4-1 圖4-1 啟動wincc 建立一個新的wincc項目,見圖4-2。 增加plc驅動程序（驅動是可編程控制器和wincc之間的接口）在左側的“樹形視圖”中右擊“標簽管理”，并選擇“增加新的驅動器”。從對話框中選擇“simatic ti serial.chn”.然后按“打開”鍵，這時驅動器就會位于“標簽管理”的下面。 圖4-2 wincc資源管理器圖形編輯器是用于創建過程畫面并使其動態化的編輯器。只能為wincc項目管理器中當前打開的項目啟動圖形編輯器。wincc項目管理器可以用來顯示當前項目中可用畫面的總覽。wincc圖形編輯器所編

49、輯畫面文件的擴展名為.pdl。圖形編輯器的畫面布局如圖4-3所示。 圖4-3 圖形編輯器這些窗口進行基本屬性設置，如窗口名稱、窗口標題、位置等，為了便于窗口觀察，設定窗口位置為“最大化顯示”窗口背景及窗口打開各個窗口，利用wincc自帶的豐富的圖庫對圖形界面進行制作。主控畫面建好后如圖4-4所示。主控畫面可以對各個點進行監控，及時發現系統故障，可以查看各點報警信息、趨勢曲線等，還可以對畫面進行在線修改。圖4-4 攪拌車間監控畫面4.2標簽的建立標簽可以按組分類，或單個地列表在每個連接的下面。標簽保存在“變量管理器”分層結構內。 建立標簽組點擊變量管理器，在右邊的顯示欄里雙擊“simatic s

50、7 protocol suite” 右邊的顯示欄里出現profibus, “右鍵”點擊profibus，出現一條“新建驅動連接”點擊會出現修改名稱為“新建連接2”，見圖4-5并點擊“確定”然后退出。圖4-5 建立標簽組 “右鍵”點擊“新建連接2”在出現的對話框中修改變量名為ai并點擊“確定”然后退出，見圖4-6。以同樣的方法建立標簽組“ao-1”、“di”、“do”等。 建立標簽“右鍵”點擊“ai”在點擊新建變量，出現一個對話框修改名稱再修改數據類型。模擬量沒有負的選無浮點32位，模擬量有正負的選浮點32位ieee754，數字量選二進制。再在對話框中點擊“選擇”在地址屬性對話框中修改數據、地址

51、、dd、db等參數，其作用是每一個被控量都有一個相應的地址，從而使控制層傳上來的數據能夠準確的傳輸到操作層的相應位置，這樣就是現了通訊的準確性。視窗控制中心標簽是訪問過程值的最重要的因素，在一個win cc項目內，它們被賦予唯一的名稱和數據類型，應給每個標簽分配邏輯連接，該連接確定了哪個通道使用哪個連接向標簽傳送過程值。這些標簽存儲在用于整個項目范圍的數據庫內。在視窗控制中心啟動時所有標簽都會被裝載并建立相關的運行結構。4.3 報警記錄 打開報警記錄編輯器 啟動報警記錄的系統向導 報警消息和消息文本報警記錄主要負責過程值的監控、控制報警輸出、管理報警確認。組態好的模擬量報警如圖4-7 圖4-7

52、報警記錄4.4 歷史趨勢畫面新建一畫面，名稱為：歷史趨勢曲線。 選擇工具箱中的 工具，在畫面上輸入文字：實時趨勢曲線。 選擇工具箱中的 工具，在畫面上繪制一實時趨勢曲線窗口。 圖4-8 歷史趨勢曲線選中此控件，單擊鼠標右鍵在彈出的下拉菜單中執行“控件屬性”命令，彈出控件屬性對話框，歷史趨勢曲線屬性窗口分為五個屬性頁：曲線屬性頁、坐標系屬性頁、預置打印選項屬性頁、報警區域選項屬性頁、游標配置選項屬性頁。單擊“本站點”左側的“+”符號，系統將工程中所有設置了記錄屬性的變量顯示出來，選擇“原料油液位”變量后，此變量自動顯示在“變量名稱”后面的編輯框中其它屬性設置如下： 繪制方式：模擬 數據來源：使用組態王數據庫 單擊“確定”按鈕后關閉此窗口在此屬性頁中您可以設置歷史曲線窗口中報警區域顯示的顏色，包括：高高限報警區的顏色、高限報警區的顏色、低限報警區的顏色和低低限報警區的顏色及各報警區顏色顯示的范圍。通過報警區顏色的設置使您對變量的報警情況一目了然。在此屬性頁中您可以設置歷史曲線窗口左右游標在顯示數值