通信与现场总线课程设计

1、.电气工程学院通信与现场总线课程设计目录一：设计任务4理想模型：4实验中用到的任务模型5二：力控软件平台建立的实验模型5三、实验设备与仪器6四、设计思路与过程6五、调试和功能13六、联机调试：C/S方式的远程控制26七、课设总结与心得29（一）本次课程设计题目：通过三维力控组态软件实现对搅拌罐的网络控制（二）主要内容及要求在组态软件Forecontrol V6.1平台上，通过工业以太网，分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式（浏览器/服务器）完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台，实

2、现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。独立完成，承担系统设计、系统分析、组态软件的学习与编程、网络系统调试等任务，要求提供最终的解决程序（验收）和相关文件，并以报告论文方式说明实现的思路及工程应用前景。（三）进度安排：（1）在第一次课堂上了解并知道了Forecontrol V6.1软件的初步使用。（2）根据相关资料，熟悉并设计并完成客户端组态软件的实际工艺流程界面界面的绘制。（3）对搅拌罐工程相关控制进行了编程。（4）熟悉服务器端通信参数的要求，完成C/S的网络控制。（4）3月30日在实验室完成整个系统的软件调试及最后联机调试。（5）撰写设计报告。通过三维力控组态软件实现

3、对搅拌罐的网络控制一：设计任务在组态软件Forecontrol V6.1平台上，通过工业以太网，分别以C/S方式(客户端/服务器)及B/S方式（浏览器/服务器）完成对SIEMENS的可编程序控制器通过工业现场总线PROFIBUS方式与2台SIEMENS MM440变频器控制的三相异步电机的实际工程平台，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。本次课程设计中，我们主要运用了C/S（客户端/服务器）方式，实现对搅拌罐PLC控制系统（含本地控制和远程控制）的网络控制。理想模型：实验中用到的任务模型二：力控软件平台建立的实验模型泵A 、泵B为三相异步电动机控制的进料泵，搅拌机为三

4、相异阀，阀C为排料电磁阀。本地/远程控制开关为I0.0，本地启动按钮I0.1、本地停止按钮I0.2为不带锁的主令开关。报警传感器I0.3、高液位传感器I0.4、低液位传感器I0.5。 按启动后，泵A和泵B同时开，A液体和B液体同时进入罐内； 按A液体和B液体进料比例供料（系统默认进料比例为2：3。设泵流速为每秒10升/秒，混合液总体积为1000升。泵A完成进料用时T1为40秒；泵B完成进料用时T2为60秒。）； 供料完毕后搅拌机工作，搅拌A、B料的混合液体。搅拌时间T3时间（如20秒）到时后，搅拌机停； 排料阀C工作，将搅拌好的液体排除；当液位低于低液位时，延时时间T4时间（如20秒）后，阀C

5、关闭； 系统进入下一个循环周期，控制流程转入到）泵A和泵B同时开三、实验设备与仪器（1）所需设备：S7-300(CPU314C-2DP) 1台计算机（1G内存，奔4200M，40G硬盘）1台通信卡CP5611 1个变频器MM440 两台三相异步电机两台（2）所需软件：STEP 7软件V5.3力控监控软件Forecontrol V6.0四、设计思路与过程1、现场总线现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号，通过通讯的数字化，使时

6、间分割、多重化、多点化成为可能，从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线（配线的共享）。简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输。2、认识组态软件组态监控软件，译自英文SCADA,即 Supervisory Control and DataAcquisition(数据采集与监视控制)。它是一些工程上数据采集与过程控制的专用软件。处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视

7、控制以及过程控制等诸多领域。组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。 “组态(Configure)”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平台”。 “监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。不同于其他专业的组态之处是，工业控制中形成的组态结果

8、是用在实时监控的。使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。课设中我们使用的三维力控即时国产的一个组态软件，由北京三维力控科技有限公司开发，核心软件产品初创于1992年。搅拌罐实际工艺流程界面A设计思路框架图如下搅拌罐工程界面，共包含搅拌罐、主菜单、历史报表查询、历史趋势曲线、实时趋势曲线、报警时间记录、用户管理、用户管理提示及系统事件记录共9个窗口。建立的数据库组态，在数据库中划分区域设定与控制参量相对应的模拟I/O点、数字I/O点。其中除了LEVEL、PB、PA、VPA、VPB为模拟I/O点，其他变量都为数字I/O点。l 本地控制：泵A 、泵B为三相异步电动机控制的进料泵

9、，搅拌机为三相异阀，阀C为排料电磁阀。本地/远程控制开关为I0.0，本地启动按钮I0.1、本地停止按钮I0.2为不带锁的主令开关。报警传感器 I0.3、高液位传感器 I0.4、低液位传感器 I0.5。按启动后，泵A和泵B同时开，A液体和B液体同时进入罐内；按A液体和B液体进料比例供料（系统默认进料比例为2：3。设泵流速为每秒10升/秒，混合液总体积为1000升。泵A完成进料用时T1为40秒；泵B完成进料用时T2为60秒。）；供料完毕后搅拌机工作，搅拌A、B料的混合液体。搅拌时间T3时间（如20秒）到时后，搅拌机停 ；排料阀C工作，将搅拌好的液体排除；当液位低于低液位时，延时时间T4时间（如20

10、秒）后，阀C关闭； 系统进入下一个循环周期，控制流程转入到泵A和泵B同时开。l 远程控制：与远程数据库建立连接后，对泵、传感器、管道、罐体指示表进行相应参数连接，然后运行软件。按下启动键后，可以通过对面板上的A、B配料比例进行设置，达到实验目的。l 设计内容 建立新的工程文件打开力控软件，看到的是工程管理器。点击“新建”，新建一个工程文件，如图所示“确定”后点击“开发”进入开发界面，进入开发环境后选择“文件/新建”，并对窗口属性进行设置，创建新画面。从导航器中选择工具目录/图库/罐，从精灵图库中选择一个罐子图形。根据实际情况调整罐的大小和位置。用相同的方法，在工具目录/图库中的传感器、泵、阀门

11、、管道、报警灯、仪表、时钟、搅拌器等子目录中选择传感器、泵、电磁阀、管道拐弯、运行状态指示灯、远程控制和本地控制指示灯等等，调整位置、大小和属性。根据要求设置各器件属性，文本标注用工具箱中的文本编辑，启停按钮用增强型按钮，选择项用复选框实现等等各功能都可在工具目录下找到。注意这里，要与所建立的数据库对应起来，并且要选择远程控制。 创建实时数据库在工程项目中双击“数据库组态”，启动组态程序DbManager，双击单元格出现“请指定区域、点类型”对话框根据变量的类型（模拟I/O点、数字I/O点、累计点、控制点、运算点、组合点）建立点名、点说明、初始状态。在“区域00”中选择“数字I/O点”，点击“

12、点名”。在“基本参数”栏的“点名”输入中输入“control”，在“点说明”中输入“远程控制/本地控制”，确定。在数字I/O点中分别建立输入变量“本地启动”、“本地停止”、“低液位”、“高液位”、“报警液位”、远程启动的“启动”、远程停止的“停止”；输出变量“A料泵状态”、“B料泵状态”、“排料阀状态”、“搅拌器状态”等组态软件中的变量。与添加数字IO点方法类似，在DbManager的数据库中，选择“区域00”，点击右键。选择“模拟I/O点”点击，分别输入“点名”、“点说明”，加入“完成搅拌的罐数”、“配料A比例”、“配料B比例。然后设置“罐中液位”“完成搅拌的罐数”、“配料A 比例”、“配料

13、B比例”的历史参数。连接完成后建立的变量数据库截图如图所示：设置完参数后就需要对各元件进行动画连接。（因为在试验室设置好远程server后，所有文件图形都连接到server，即表达式前面多了server，所以以下我在试验室的截图表达式前都带了server。） 建立界面中图像元素的动画连接从入口A泵开始定义图形对象的动画连接双击A泵，出现动画连接对话框，点击，选择相应的变量IN_A.PV，如图以同样的方法，依次将泵B及管线、排料阀及管线、低液位传感器状态、高液位传感器状态、报警液位传感器状态、远程控制状态、本地控制状态、报警指示灯和系统运行状态等各个图形与其相对应的变量进行设置连接，最后再对高度

14、、搅拌次数显示的内容进行设置。对于文本、增强型按钮的设置也如上，对模拟输入设置如图所示： 建立主监控画面上“远程启动”、“远程停止”图像元素与系统参数的连接1.对主监控画面上“远程启动”触发动作的设置：双击“远程启动”，在动画连接的“触发动作”栏中选择“左键动作”。在“按下鼠标”栏目下输入脚本程序为：severON_YUAN.PV=1;severOFF_YUAN.PV=0;#Text91.Enable(1);#Text92.Enable(1);如图示：接下来双击“远程启动”在动画连接的“杂项”栏目中选择“禁止”在表达式栏中选择变量“servercontrol.PV”，禁止条件为“表达式为真”，

15、如图示2.对主监控画面上“程序停止”的设置：双击“远程停止”在动画连接的“触发动作”栏中选择“左键动作”在“按下鼠标”栏目下输入脚本程序为：severON_YUAN.PV=0;severOFF_YUAN.PV=1;双击“远程停止”，在动画连接的“杂项”栏目中选择“禁止”，在表达式栏中选择变量“servercontrol.PV”，禁止条件为“表达式为假”，如图示：到此整个搅拌罐界面就设置完成了。 建立 “主菜单”窗口1.在工程项目栏中新建 “主界面”窗口，并从工具/基本图元中选择“增加型按钮”，生成“用户管理”、“主监控”、“退出系统”“报警记录”“历史报表”“趋势曲线”。如图生成“主界面”窗口

16、。2.建立主菜单中“主监控”的动态链接。先点击“主监控”增强型按钮，弹出“动画连接”窗口，在“触发动作”栏中点击“窗口显示”，“选择窗口”里选择“搅拌罐液位控制”窗口，点击 “确认”。如图:再选择“杂项”中的“禁止”，在表达式中输入：$UserLever=-1。即可对“主监控”进行连接。3.建立主菜单中退出系统的动态链接在窗口中选择“退出系统”，在动画连接中选择“左键动作”，在“鼠标按着周期执行”中录入脚本：CloseAllWindow();如图示： 建立用户管理系统1.建立“用户管理”窗口，用文本框标注文本“当前用户”及对应的文本显示“#”、“当前用户级别”和“用户登录状态”。用增强型按键分

17、别创建“用户登录”、“用户注销”、“修改口令”、“添加/删除用户”、“用户返回”；用复选框分别创建“A区”、“B区”、“C区”。其中A区对象名称为CHK1，B区对象名称为CHK2，C区对象名称为CHK3。最终用户管理系统窗口如图：2.建立“用户管理”系统的变量在工程项目的导航区选择变量文件夹下的中间变量双击，弹出“变量管理”窗口。在它的导航区中选择中间变量，点击“添加变量”，弹出“变量定义”窗口。在变量名中输入“userlevel1”；在说明中录入“显示当前用户级别”；类型选择“字符型”；类别为“中间变量”。同理：建立中间变量显示用户登记状态userlevel2，字符型。建立中间变量manag

18、er,数据类型为实数型。建立中间变量链接当前用户如图：3.建立“用户管理系统”的链接A用户登录链接：双击用户登录增强按钮，再双击左键动作，在脚本编辑器选择“鼠标按着周期执行”，输入脚本的动态链接Login();/登录。截图如下：B用户注销链接：在“用户管理窗口”，双击增强型按钮“用户注销”弹出“动画连接”窗口。选择“左键动作”，在脚本编辑器选择“鼠标按着周期执行”，录入#CHK1.SetCheck(0); /取消实时数据库的区域00的选择#CHK2.SetCheck(0); /取消实时数据库的区域01的选择#CHK3.SetCheck(0); /取消实时数据库的区域02的选择Logout();

19、 /退出登录截图如下：C修改口令链接：在“用户管理窗口”双击增强型按钮“修改口令”弹出“动画连接”窗口。选择“左键动作”，在脚本编辑器选择“鼠标按着周期执行”，录入UserPass($Username); /键盘输入到用户名字符串$Username中。存储。D用户退出链接：在“用户管理窗口”双击增强型按钮“用户退出”弹出“动画连接”窗口选择“左键动作”，在脚本编辑器选择“鼠标按着周期执行”录入CloseWindow();/关闭显示窗口。存储。E增加/删除用户的链接“在“用户管理窗口”双击增强型按钮“增加/删除用户”弹出“动画连接”窗口选择“窗口显示”连接“用户管理提示”窗口。4.用户信息设置在

20、“系统配置”栏中的“用户配置”中激活“用户管理”弹出“用户管理”窗口。在“用户信息修改”栏中，在级别中先选择“系统管理员”，用户名输入“admin”,口令和核实口令均为“123”，安全区为A、B、C区（对应实时数据库的区域00、01、02），系统权限为“进入组态、进入运行、退出运行”。然后点击“添加”。继续添加“工程师1”、“班长1”、“操作工1”。截图如图所示： 建立“用户管理提示”窗口1.建立“用户管理提示”窗口，如图所示。2.建立“用户管理提示”窗口中增强型按钮“确定”的动态连接 创建“实时趋势曲线”窗口实时趋势是动态的，在运行期间是不断更新的，是变量的实时值随时间变化而绘出的变量-时间

21、关系曲线图。使用实时趋势可以查看某一个数据库点或中间点在当前时刻的状态，而且实时趋势也可以保存一小段时间的数据趋势，这样使用它就可以了解当前设备的运行状况，整个车间当前的生产情况。如图所示。 创建历史趋势曲线历史趋势是根据保存在实时数据库中的历史数据随历史时间变化而绘出的二维曲线图。历史趋势引用的变量必须是数据库型变量，并且这些数据库变量必须已经指定保存历史数据。因此需要定义这些变量具有历史保存属性。设置相应的参数，如图所示： 创建“事件记录”菜单，如图所示： 创建“报警事件记录”菜单，如图示：五、调试和功能在电脑上对实验建立的工程界面进行了编程，实现了在系统参数下的调试。通过自己编写的脚本程

22、序可以设定输入比例，可通过泵A、B自身的阀门打开入料，也可以通过按钮直接启动A、B入料；设定了level.pv=90时为报警液位，介于两者之间时为高液位，当开始注料时，搅拌器开始工作，进行搅拌；若注料到100（即最大值）时未关闭开关，也未排料，则泵A、B会立即停止进料。在注料时我们可以在灌及指示表以及界面液位高度观察到液位变化。在工程界面上方菜单栏一直显示，我们可以通过点击各个按钮观察趋势曲线、报表等项目。界面中有远程控制、本地控制、系统运行状态机报警四个指示灯，分别与long_rang_on.pv、Local_on.pv、sensor_a.pv及 control.pv相关联，指示当前状态。l

23、 A下图为打开远程控制按钮时：泵A和泵B同时开始，关闭阀门C的情况：l B用户登录界面l C 报警时间管理在脚本文件中，我们定义了当Level.pv=90时，sensor_a.pv=1;即高液位置高，将报警灯与sensor_a.pv关联，则报警灯会亮；同时在报警配置中选择有声音及弹出对话框，则会在液位大于等于90时出现如下界面：报警记录菜单：查询历史报警记录l D趋势曲线定义了搅拌次数和液位的趋势曲线，有历史曲线、实时温度曲线 l E历史报表六、联机调试：C/S方式的远程控制进行节点配置（实验时我使用的计算机为DQ17），及定义数据源后，通过以太网访问，将界面的图元与网络数据库数据关联，从而实现在本机上对远程控制。将工程中界面图元与网络数据库中数据参数关联：进入运行，登录客户端，进行远程控制，实验过程中截图：设定配料比为：2:3实验数据（实时温度曲线）：七、课设总结与心得这次通信与现场总线课程设计使我学