空氣壓縮站基于單片機的監控系統軟件設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2502空氣壓縮站基于單片機的監控系統軟件設計案例 1268101.1空壓站監控系統軟件總體設計 1193181.2STEP7硬件組態與通信設置 2111781.3系統控制方案的實現 472381.3.1循環控制程序的實現 4223931.3.2PLC系統程序設計 5軟件的開發是整個系統功能實現的基礎，該企業空壓站監控系統軟件使用與控制系統硬件相配套的專用軟件，空壓站監控軟件的開發應遵循安全穩定、功能完備及方便直觀的原則。1.1空壓站監控系統軟件總體設計空壓站自動監控軟件系統的主要應用監控軟件由上位壓縮機組態監控軟件系統WinCCV7.3、PLC可編程控制軟件STEP7V5.5及所用的觸摸屏組態監控軟件系統WinCCFlexible2008三個大軟件部分構成，空壓站自動監控軟件系統的主要應用軟件結構設計如圖4-1所示。STEP7編程語言軟件系統是操作系統控制的一個重要技術核心，系統的開發設計和安裝調試第一階段首先就需要在后臺STEP7中運行完成PLC的全部硬件組態、程序語言編寫及通訊等軟件設置，最后經過開發工程師的網站將其進行下載安裝到后臺PLC。在現場的數據采集器直接進入PLC后，系統按照程序的要求設計分析、算理并向其中的一個節點發送控制命令。WinCCFlexible的軟件主要用于空壓站的觸摸屏的程序開發，組態的觸摸屏接口來監視和運行空壓站內的各種設備。WinCC是一款數據采集監控系統的應用軟件，借助SIMATICS7ProtocalSuite(S7通信驅動程序）通過TCP/IP協議與控制裝置S7-300PLC之間建立的通信方式進行數據交換，組態監控的畫面將會從電腦或移動屏幕上自動地顯示網站內各個變量的實時數據，實現了空壓電站的工藝流程可視化REF_Ref72311084\r\h[15]。圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s11空壓站監控系統應用軟件構成圖1.2STEP7硬件組態與通信設置依據第3章中關于空壓站相關硬件的設計選型應用來基本完成了PLC系統硬件的組態，對特定的供氣工程設計任務并在需要正確執行時所要用的相應系統功能軟件進行分析編寫程序，實現了空壓站的恒壓供氣工程管理和質量控制以及解決問題方案。STEP7V5.5是S7-300PLC所用到的配套軟件，一般用于PLC控制程序的開發以及硬件組態等。根據控制系統所需要用到的硬件，取搭建S7-300PLC主站和兩個ET200M從站，選擇相應的信號模塊組態?？諌赫綪LCSTEP7硬件組態圖如圖4-2所示。圖4-2空壓站PLCSTEP7硬件組態圖完成設置IP地址為192.168.0.100和子網掩碼，即可得到如圖4-3所示結果，然后完成整個PLC方面的通信設置。圖4-3PLC通信設置1.3系統控制方案的實現1.3.1循環控制程序的實現PLC控制系統的開發與設計是確保該空壓站監測系統控制解決方案在實際中能夠順利地實現的重要關鍵，系統的穩定執行主要取決于PLC程序的科學合理性及其可行性?？諌赫鞠到y流程設計的結構框圖如下圖4-4所示。圖STYLEREF1\s4-4系統程序設計結構圖系統設計采用的是西門子西門s7-300plc在step7軟件中首先完成了系統的全部硬件設計組態之后在各個系統功能塊中需要進行一個寫入寫出程序，plc中各個寫入程序根據其中的功能塊來劃分主要構成有四個，包括模糊控制處理單元、空氣壓縮機組的自動協調控制處理單元、系統中的報警控制單元及其他的邏輯信號控制處理單元等。用到的兩個模擬量塊和組織塊分別稱為ob1，ob1用于用來實現驅動程序操作主流程，在ob1中分別表示是實現調用了這個模擬量和后處理的兩個功能稱為fc1、自動/手動控制的兩個功能FC2模糊控制功能稱為FC3、空氣壓縮機組的自動協調控制兩個功能稱為FC4、邏輯模糊控制的功能稱為FC5和自動報警控制功能稱為FC6，FC3用于實現調用模糊控制FB10和連續功能PID控制器功能FB41REF_Ref72412995\r\h[16]。1.3.2PLC系統程序設計1）系統主程序設計組織塊OB1是所用到的用戶程序系統中的一個主程序，在OB1中負責調用各個子程序，本系統所有的一個子程序塊都在OB1中對其進行了調用，當CPU的一個操作系統已經完成了啟動的過程后，將會按照循環方式執行OB1，處理OB1中被用戶程序調用的各個子程序和功能塊，完成一個相應的控制任務，系統的主程序結構和設計工藝流程圖框架如下文的圖4-5所示圖STYLEREF1\s4-5主程序設計流程圖2）模擬量處理子程序這些子程序一般都是具有特殊的功能，只有當它們被調用時才可以執行。主程序的調用與子程序的操作可以使整個系統得到完美地實現。現場數據采集是監控系統的重要環節，該系統中模擬量采集與處理通過調用FC1功能實現，功能FC1是模擬量處理子程序，FC1中又調用了FC11和FC105功能，它們用于對不同的模擬量處理，其中FC11處理熱電阻傳送來的信號，圖4-4為FC11語句表格式的程序。FC105將由硬件模擬量輸入口傳送的壓力、流量等整形數INTEGER(IN)轉換成上限、下限之間的實際的工程值，HI_LIM是測量該模擬量的傳感器量程上限，LO_LIM是測量該模擬量的傳感器量程下限。圖4-6是FC1功能調用FC11和FC105的模擬量處理部分梯形圖程序REF_Ref72413007\r\h[17]。圖STYLEREF1\s4-4FC11模擬量處理語句表程序圖STYLEREF1\s4-6FC1模擬量處理部分子程序3）報警子程序空壓站故障監測系統在正常工作時間中應當準確及時地采集監測站內所有空壓設備運行故障情況，對各站內空壓機組的定子和軸承溫度分別同時進行自動報警數據值與自動停機報警數據值的設置，對站內冷卻水系統主管的壓力與供水流量分別進行設置需要報警的數值，使站內空壓站各機組在正常工作運行過程中如果設備發生了嚴重故障時該系統則馬上能夠及時自動發出報警，嚴重故障情況下馬上立即自動關閉REF_Ref72413042\r\h[18]。PLC報警程序在現場進行系統監控時通過對現場檢測值的參數和現場設置的故障報警停機值及其需要停機設定值同時進行自動比較，對系統在正常運行中還有可能還會出現的各種性能異常情況和系統故障快速判斷作出報警響應，當現場根據檢測值得到的各種參數停機值已經需要超出或遠遠需要低于系統設定值時，會立即自動判斷觸發故障報警，如果現場檢測值已經超出了重量故障的觸發報警值和設定值就必須同時進行人工暫停，系統在此方式基礎上針對需要同時進行自動判斷的故障報警主要方式有幾種，模擬量故障超限自動報警、低限自動報警及重量故障報警超限自動報警。使用功能FC6設計了一個基于報警事件判斷類的子程序，由于現場自動檢測報警系統當中需要同時進行報警監控需要報警的各種事件變量相對的比較多，FC6通過自動編程調用事前已經設計編寫好的現場可視化報警比較計算功能，實現了現場的報警檢測值和報警系統中的設定值之間的自動比較，報警事件判斷子子程序的軟件操作原理流程主框圖軟件結構設計如下圖4-7所示。圖STYLEREF1\s4-7報警判斷程序流程圖4）模糊自整定PID控制的實現本文所要介紹設計的模糊自整定PID模糊控制器的功能主要是通過一個PLC模糊控制器軟件進行設計實現，核心設計目的就是將已經設計構造好的模糊控制處理規律轉換成一個對于PLC系統能夠準確識別的模糊控制規律查詢表后再將其存儲起來到整個PLC系統相應的一個控制數據塊中。具體來說實現的這個過程為現場上的一個壓力自動變送器把經過檢測壓力得到的實際壓力值進行改變后并變換后形成一個標準電控制信號并傳遞給位于PLC的一個標準模擬量控制模塊后，PLC根據采樣從輸入模塊中自動獲取一個用于被控制測量的實際檢測壓力值，然后與其他模塊設定的實際壓力的數值改變進行一次比較,并重新計算比較得