基于wincc的液体混合仿真系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于wincc的液体混合仿真系统设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

36 第 7 章 上位机与 PLCSIM 的仿真 38 S7PLCSIM 简介 38 S7PLCSIM 的主要功能 38 S7PLCSIM 与实际 PLC 的区别 38 PLCSIM 调试程序的步骤 38 PLCSIM 与 WinCC 仿真结果 40 PLCSIM 与触摸屏仿真结果 41 触摸屏与 WinCC 的仿真结果 42 结 论 44 参考文献 45 附 录 A 46 附 录 B 58 致 谢 61 吉林化工学院毕业设计说明书 1 第 1 章 绪论 选题的目的及意义 随着 科技的日新月异，在工业生产中 ，传统的生产方法已不能满足人们的需要。 许多生产过程都离不开液体混合。 尤其在炼油、化工、制药等行业中，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的组成部分。 传统的液体混合装置完全由人工操作，无论在配料、混料等阶段都存在诸多不确定因素，产品质量无法保证，废品多、人工投入大。 抗干扰能力差以及系统升级改造困难等等，对产品质量和生产效率也难于提高 [7]。 本文给出基于 WinCC的液体混合仿真系统的设计，其主要着力点在于液体混料比例的精确性和均匀性，这同样也是产品品质一致性的保障。 WinCC（ Windows Control Center）是西门子开发的在 WINDOWS 环境下解决生产和过程自动化、可视化信息、显示和实现控制策略，即实现 SCADA 系统人机接口（ HMIHuman Machine Interface）的组态软件。 它提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的各种功能模板，能实现高性能的过程耦合、快速的画面更新和可靠的资料处理，具有较高的实用性。 它在 Windows NT 或 Windows 20xx 标准坏境中提供确保可靠地控制生产过程的所有功能。 WinCC的显著特性是全面开放，很容易结合标 准的或用户的程序建立人机接口，精确地满足生产实际要求。 系统集成商可应用 WinCC作为其系统扩展的基础，通过开放接口开发自己的应用软件。 WinCC是基于 32 位的应用软件 Windows 32 位操作系统的抢先多任务的特性确保了对过程事件的快速反应，并提供了多种防止资料丢失的保护， WinCC使用了面向对象的软件编程技术，将所有工程工具的组态功能集成在一起，提供用于过程可视化和操作的全部基本功能。 此外，提供宽范围的编辑功能接口，使用户为其独特的应用单独组态。 WinCC组态软件提供了适用于工业的图形显示、消息、归档 以及报表的各种功能模板，能实现高性能的过程偶合、快速的画面更新和可靠的资料处理，具有较高的实用性 [13]。 采用 PLC对容器中的液位进行监控控制，其电路结构简单，设备投资少，监控系统不仅自动化程度高还具有在线修改功能，灵活性强等优点，适用于多段液位控制的监控场合。 并且 PLC作为新一代的工业控制器，具有体积小、编程简单、使用方便，抗干扰能力强、可靠性高等一系列优点，易于实现机电一体化 [1]。 基于 WinCC 的液体混合仿真系统设计 2 液体混合生产的现状及发展 现状 目前国内外此类控制系统主要是采用 DCS，这是由于液位控制系统的仪表 信号较多，采用此系统性价比相对较好。 PLC 和 DCS 由于在早期开发时，是由两种技术人员开发的，面向不同的控制对象。 PLC 主要针对于汽车制造，模拟量极少甚至没有，开发人员主要是电气技术人员，它用计算机的逻辑运算代替继电器逻辑。 稍晚一点推向市场的是 DCS，它是由原来的仪表技术人员开发的，它在运算放大器的基础上用计算机的模拟运算代替原来的模拟运算。 这两者所研究的内容不同， DCS 首先应用在石化系统，后来两者都想占有市场， PLC 增加了模拟量的运算， DCS 开发了逻辑运算。 但两者在新开发的部分都存在有一些缺陷， PLC 开发的 模拟量运算功能块少，编程较为复杂，价格也比较昂贵。 每一个回路大概要 2300 美金左右， DCS 开发的逻辑运算一个与非门的运算需要几十毫秒，而 PLC 只要零点几毫秒。 但是 DCS 的维护费用高，对接地电阻要求严格，经常会由于接地电阻不能满足要求而烧坏模件。 PLC 对接地电阻要求不严格，所以维护费用比较低。 高档 PLC 如 AB 公司的 PLC5C 系列等，有专门的冗余产品系列，也有专门的模拟量过程控制模块。 以高档次 PLC 系列产品代替 DCS，一般情况下可以 节约资金。 PLC 一般应用在小型自控场所，比如设备的控制或少量的模拟量的控 制及 联 锁，而大型的应用一般都是 DCS。 本次设计中，用到的点数较少，可以利用 PLC 进行编程及仿真。 发展 PLC 于 60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制系统。 1976 年正式命名，并给予定义： PLC 是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。 经过 30 多年的发展， PLC 已十分成熟与完善，并开发了模拟量闭环控制功能。 并且随 着电子技术的不断发展， PLC 在仪表控制方面的功能已经不断强化 [1]。 用于回路调节和组态画面的功能不断完善，而且 PLC 的抗干扰的能力也非常强，对电源的质量要求比较低。 目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障，所以 PLC 在工业控制系统中得到了良好的应用 [2]。 吉林化工学院毕业设计说明书 3 以往常采用传统的继电器接触器控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高。 当前国内许多地方的此类控制系统主要是采用 DCS，这是由于液位控制系统的仪表信号较多，采用此系统性 价比相对较好，但随着电子技术的不断发展， PLC在仪表控制方面的功能已经不断强化。 用于回路调节和组态画面的功能不断完善，而且 PLC的抗干扰的能力也非常强，对电源的质量要求比较低。 目前已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障，所以 PLC在工业控制系统中得到了良好的应用。 目前广泛使用的检测方法有 PLC 控制，继电器控制，单片机控制等。 其中 PLC 检测控制系统应用最为广泛。 因为其具有以下特点 [3]： 1． 可靠性 PLC 不需要大量的活动元件和连 线电子元件。 它的连线打打减少。 与此同时，系统的维修简单，维修时间短。 PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计。 例如：冗余的设计。 断电保护，故障诊断和信息保护及恢复。 PLC 有较高的易操作性。 它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。 PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。 采用了精简化的编程语言。 编程出错率大大降低。 2． 易操作性 对 PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。 程序的输入直接可接显示，更改程序的操作也可以直接 根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找，然后进行更改。 PLC 有多种程序设计语言可供使用。 用于梯形图与电气原理图较为接近。 容易掌握和理解。 PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。 当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快找到故障的部位。 3． 灵活性 PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。 编程方法的多样性使编程简单、应用而拓展。 操作十分灵活方便，监视和控制变量十分容易。 以上特点使用 PLC 控制系统具有可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰 能力强，运行稳定等诸多优点今后 PLC 控制系统还会得到更广泛的使用。 本课题设计的主要内容 本文介绍了基于 WinCC的液体混合系统仿真设计。 采用组态软件 WinCC 控制系统方案，利用 step7300编程，并结合了 WinCC flexible触摸屏的手动控制，设计了液体混合基于 WinCC 的液体混合仿真系统设计 4 控制系统仿真画面、实况模拟、变量记录、报警记录等界面，实现了液体混合控制系统的仿真设计。 该控制系统配置灵活、控制可靠、维修方便，提高了生产效率，保证了系统稳定运行。 设计任务图如图 11所示。 毕 业 设 计 所 需 完 成 内 容上 位 机下 位 机W i n C C触 摸 屏S T E P 3 0 0 硬 件 组 态登录画面系 统工 艺流 程图变量记录报警画面登录画面启动画面配方画面调速画面程序编程模拟仿真仪表柜端子接线图变 频 器与P L C实 现固 定频 率控 制 图 11 设计任务图 根据设计任务图，本次设计在以上面的几个方面都完成了任务。 在运行此项目时，首先是通过触摸屏的按钮对 PLC程序进行操作的，然后利用 STEP7300程序通过与 WinCC的通讯对上位机画面进行操作。 通过以上操作，才能实现本次设计的内容，即基于 WinCC的液体混合系统的仿真设计。 吉林化工学院毕业设计说明书 5 第 2 章 工艺及控制方案的设计 系统构成框图是指，系统在投入使用的工作环境下的硬件组成。 我们的设计主要是针对于软件部分进行仿真，但实际上是需要靠硬件来实现对 设计的控制要求。 所以现场的硬件组成部分，是实现对设计的控制要求的必要组成部分。 如果在硬件方面没有进行正确的构造，则软件部分将无法实现对设计的控制要求。 本次设计硬件系统构成框图如图 21 所示。 W i n C C 触 摸 屏PS 307 5。