火炬系统毕业设计-李军

1、西安建筑科技大学本科毕业设计（论文）题 目基于PLC的东明火炬控制系统设计与调试学生姓名李军学 号100610116院（系）信息与控制工程学院专 业自动化指导教师刘 敏 层时 间2014年 6 月 9 日一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）要求学生掌握文献检索、资料查询的基本方法，进一步获得这一领域的理论知识和当前的研究动态；掌握用PLC实现顺序控制的方案设计、系统配置和编程思想。1熟悉高空火炬系统的总体结构和工艺流程，相关的设计标准和规范。2. 该系统核心控制单元选用西门子S7-200系列可编程控制器，实现放散气体压力自动检测，自动检测火苗燃烧情况，并依据压力大小自动实现气体放散

2、控制，可以手动自动控制引火筒阀两个、长明灯阀一个、氮气阀自动与手动控制。3.在气体放散后，延时1秒，自动点火，同时依据气体燃烧温度判断气体燃烧正常与否，如果正常，则停止点火；反之，间隙循环点3次，间隙时间为3秒，持续时间为5秒，循环周期8秒，3次点火不成功自动报警，提示维护人员检测，任何1次点火成功，则自动清除点火记录。4.控制系统具有短路、过载保护、点火次数过多保护。二、毕业设计（论文）应完成的具体工作（含图纸数量）本次毕业设计应完成以下工作，并在设计说明书中予以总结：1.方案设计和原理分析:高空火炬控制系统的设计要求，工艺流程；PLCS7-200系统配置、监控点表确定，系统的控制过程以及故

3、障保护详细分析；（3）编写梯形图并实现仿真；（4）用组态王实现远程监控。2.图纸：用计算机软件绘制以下图纸（图幅为A3、A4）：（1）系统工艺流程图；（2）控制软件流程图；（3）I/O点表一张；（4）电气控制图一张；（5）梯形图一张。3.设备明细表三、毕业设计（论文）进程的安排（起讫日期： 2014 年 3 月 24 日至 2014 年 6 月 20 日）序号设计（论文）各阶段任务日 期备 注1分析设计要求，形成初步设计框架4-5周 2给出总体方案设计6-8周3进行系统各部分设计9-10周4写出论文初稿，画出系统结构图11-12周5完成论文撰写工作，画出相关图纸13-14周6论文定稿，做好答辩

4、准备。第17周：完成论文撰写，答辩15-16周四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）【1】王可崇等，建筑设备自动化系统【M】人民交通出版社，2003【2】胡崇岳，智能建筑自动化技术【M】机械工业出版社，1999【3】刘耀浩，建筑环境与设备的自动化【M】天津大学出版社，2000【4】朱红艳.PLC自动点火系统在燕化公司火炬单元应用期刊论文.石化技术，2009,16(3).【5】 REN Ji-hong, LIU Pei-jin,SUN Chang-fei .A control System for Torch Based on s7-300 PLC and Touching Scr

5、een，JMicro computer information，2010 26(8):6061基于PLC的东明火炬控制系统设计与调试设计总说明首先是结合PLC对系统进行整体方案的设计，然后进行PLC的硬件选型和软件设计，实现对火炬的基本控制，然后应用KingVIEW（组态王6.53）组态监控软件对火炬系统实现远程监控的系统设计，主要包括监控主界面、控制界面等。通过实验结果验证，本次控制系统的设计可以实现火炬系统的就地与远程控制。本文介绍了可编程控制器（PLC）在火炬控制中的应用，熟悉西门子S7-200可编程控制器的I/O点的配置和软件编程方式。明确了火炬控制系统设计的思路和方法。使用AutoC

6、AD软件画出系统的电气原理图，同时也描述了使用组态王监控软件实现火炬监控系统设计的方法，以及PLC和组态王的通信连接，从而实现了对火炬系统的远程监控。通过本次对火炬控制系统的设计，成功的完成了从PLC的选型到系统组态设计的整个过程，达到了毕业设计所要求的全部任务。掌握用PLC实现顺序控制的方案设计、系统配置和编程思想。关键词：火炬控制系统；PLC；组态王 The Design and Commissioning of Dongming Flare Control System Based on PLCDesign Description Firstly, it is an overall pr

7、ogram design to the system with combining the PLC, and then the selection of hardware and software design of PLC, realizing the basic control of the torch. Then, it is an application of the King View (kingview6.53) configuration software for realizing the remote monitoring system design to the flare

8、 system, mainly including the monitoring of the main interface, control interface and so on. The experimental results prove that the design of this control system can achieve field control and remote monitoring control of the flare system. This paper introduces the application of the programmable lo

9、gic controller (PLC) in control of the torch, and familiarity to Siemens programmable logic controller I/O point configuration and software programming have been realized. The ideas and methods of control system design of the torch have been clarified. Electrical schematics of the system has been dr

10、awn with the use of Auto CAD. Meanwhile, the methods of achieving the flame monitoring system design with using King View control software and the communications link with PLC have been described, enabling the remote monitoring of the flare system. With this design to the flare control system, the e

11、ntire process from the selection of PLC to the system configuration control has been successfully completed, meeting the graduation requirements of all tasks. Key Words: Flare Control System，PLC，King View 目 录1 绪论1 1.1 火炬控制系统简介1 1.1.1 火炬控制系统1 1.1.2 火炬控制系统的组成1 1.1.3 火炬控制系统的优势1 1.2 火炬控制系统设计要求2 1.3 火炬控制

12、系统设计内容2 1.4 系统设计工艺流程22 硬件设计5 2.1 西门子PLC5 2.1.1 PLC的原理5 2.1.2 PLC的特点6 2.2 I/O点的确定7 2.3 西门子S7-200机型的选择8 2.4 火炬控制系统电气原理图83 软件设计12 3.1 软件开发平台介绍12 3.2 软件流程图12 3.3 程序设计13 3.4程序调试174 组态王（KingVIEW）设计21 4.1组态王软件介绍21 4.1.1 组态王概述21 4.1.2 工程建立过程21 4.2 组态画面设计22 4.2.1 工程建立22 4.2.2 建立组态画面23 4.2.3 建立外部设备25 4.2.4 定义

13、变量26 4.2.5 动画连接27 4.2.6 编写命令语言28 4.3 组态演示315 联机调试33总结42致谢43参考文献44附录1 设备明细表45附录2 梯形图46I 1 绪论1.1 火炬控制系统简介1.1.1 火炬控制系统火炬控制系统既保证了装置安全、环境安全，又节约了能源。火炬控制系统一经投入使用，就大大节约了能源消耗，而且实现了环保的要求，减少尾气的在大气中的存在量。火炬控制系统的广泛应用，给社会带来了巨大的经济效益，因此火炬控制系统的应用普及都会有很大的发展前景，特别是在顺应新形势的发展前景下，环保成为能源使用的第一要求。根据火炬独有的系统，各种新能源在火炬系统上得以运用，特别是

14、大量的环保系统，随着安全指数的上升，火炬控制系统的应用范围更广。火炬控制系统的设计是采用可编程序控制PLC来完成的，软件处理后就可通过硬件显示出来。实现起来非常方便。通过以往火炬点火系统设计方法的比较，可以看出通过中国近年来的快速发展对火炬系统要求提高。火炬控制系统的实用性强，安装方便，价格又较低廉。1.1.2 火炬控制系统的组成西门子S7-200、引火筒阀两个、长明灯阀一个、氮气阀一个、压力传感器、热电偶传感器、万能仪表和系统所必要的配套设施。1.1.3 火炬控制系统的优势火炬点火控制系统具有安全性、可变性、多控制等特点2。安全性：高度的安全性无疑是火炬控制系统最为突出的特点，传统的处理废气

15、的方法具有极大的安全隐患，而基于PLC的火炬控制系统则大大地提高了安全性。可变性：火炬控制系统的技术不断向前发展，用户需求也在发生变化，因此设计与实施应考虑到将来可扩展的实际需要，亦即可灵活增减或更新控制系统，满足不同清况下的需要，系统设计时，对需要实现的功能进行了合理配置，并且这种配置是可以改变的，甚至在工程完成后，这种配置的改变也是可能的和方便的。多控制：火炬控制系统有远程控制和就地控制，就地控制又分为自动和手动的控制方式，满足了实际工程需要各种情况。1.2 火炬控制系统设计要求根据任务说明书，本次设计需要掌握用PLC实现顺序控制的方案设计、系统配置和编程思想。（1）熟悉高空火炬系统的总体

16、结构和工艺流程，相关的设计标准和规范。（2）该系统核心控制单元选用西门子S7-200系列可编程控制器，实现放散气体压力自动检测，自动检测火苗燃烧情况，并依据压力大小自动实现气体放散控制，可以手动自动控制引火筒阀两个、长明灯阀一个、氮气阀自动与手动控制。（3）在气体放散后，延时1秒，自动点火，同时依据气体燃烧温度判断气体燃烧正常与否，如果正常，则停止点火；反之，间隙循环点3次，间隙时间为3秒，持续时间为5秒，循环周期8秒，3次点火不成功自动报警，提示维护人员检测，任何1次点火成功，则自动清除点火记录。（4）控制系统具有短路、过载保护、点火次数过多保护。1.3 火炬控制系统设计内容本次毕业设计应完

17、成以下工作1.方案设计和原理分析:高空火炬控制系统的设计要求，工艺流程；PLCS7-200系统配置、监控点表确定，系统的控制过程以及故障保护详细分析；（3）编写梯形图并实现仿真；（4）用组态王实现远程监控。2.图纸：用计算机软件绘制以下图纸（图幅为A3、A4）：（1）系统工艺流程图；（2）控制软件流程图；（3）I/O点表一张；（4）电气控制图一张；（5）梯形图一张。3.设备明细表1.4 系统设计工艺流程火炬控制系统是在排放废气的总管道上设置压力传感器，压力信号作为点火触发信号。火炬正常工作时，压力信号传到控制台，控制台控制开启氮气阀、引火筒阀、长明灯阀，启动点火器，点燃引火筒，引燃长明灯和火炬

18、，热电偶传感器检测到火炬火焰信号，将信号送至控制台，控制台控制关断引火筒阀、高空点火器，火炬和长明灯保持燃烧状态；当压力传感器没有检测到压力信号时，整个系统处于待机状态。控制流程以现场PLC为控制单元，自动点火、关闭及氮气吹扫等均可由PLC实现。PLC控制实现远程点火，火焰检测显示。控制参数的设定和修改均在智能仪表上进行操作。自动点火触发信号来自压力传感器的压力信号。长明灯的开关由热电偶检测火焰信号传至PLC，进行自动控制。各种阀和点火器受就地控制，同时受PLC联锁控制，实现自动点火。PLC控制柜上留有通讯接口，火炬自动点火、报警均在现场PLC实现,并上传DCS报警、控制室遥控点火按钮1。火炬

19、控制系统工艺流程图如图1-1所示。图1-1管道工艺图火炬控制系统工艺流程图如图1-2所示。图1-2 工艺流程图2 硬件设计2.1 西门子PLC2.1.1 PLC的原理（一）PLC的工作方式PLC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同，微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，当有按键按下或I/O动作，则转入相应的子程序或中断服务程序，无按键按下，则继续扫描等待。PLC采用循环扫描的工作方式，即顺序扫描，不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存

20、储器中的程序，按序号作周期性的程序循环扫描，程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束。然后重新返回第一条指令，再开始下一次扫描；如此周而复始。实际上PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断。通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段4。（1）自诊断 每次扫描用户程序之前，都要先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括I/O部分、存储器、CPU等，并通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间，如果发现异常，则停机并显示出错，若自诊断正常，则继续向下扫描。（2）通讯服务 PLC检查是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则提醒相应处理。（3

21、）输入处理PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入寄存器中写入所有输入端子的状态或数据，并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区输入状态映像区中，这一过程称为输入采样，或是如刷新，随后关闭输入端口，进入程序执行阶段，即使输入端有变化，输入映像区的内容也不会改变，变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。（4）输出处理 同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区，当程序的所有指令执行完毕，输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中，并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行器件工作，这就是PLC输出刷新阶

22、段。（5）程序执行 PLC在程序执行阶段，按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区读出输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区。通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为I/O刷新。可以看出，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行，对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称做集中采样、集中输出。（二）扫描周期扫描周期即完成一次扫描（I/O刷新、程序执行和监视服务）所需要的时间，又由PLC的工作过程可知，一个完整的扫描周期T应为：T=（输入一点时间*输入点数）+（运算速度*程序

23、步数）+（输出一点时间*输出点数）+监视服务时间4。扫描周期的长短主要取决于三个要素：一、是CPU执行指令的速度；二、是每条指令占用的时间；三、是执行指令条数的多少，即用户程序的长度。扫描周期越长，系统的响应速度越慢。现在厂家生产的基型PLC的一个扫描周期大约为10ms，这对于一般的控制系统来说完全是允许的，不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力，这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行。PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短期的，由于系统响应慢，往往要几个扫描周期才响应一次，多次扫描因瞬时干扰而引起的误动作将会大大减少，从而提高了系统的

24、抗干扰能力。但是对控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时还需要采取一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的影响带来的不良影响。2.1.2 PLC的特点PLC本质上是具有特殊体系结构的工业控制计算机，它与一般的计算机相比具有更强的与工业过程相连的接口，同时具有更适合于控制要求的程序设计语言。可以说，PLC是将计算机技术和电气控制技术有机地结合在一起，其特点主要表现在以下几个方面：1.可靠性高、抗干扰能力强PLC是专门为工业控制设计的，可靠性、抗干扰能力强是其最重要的特点之一。一般情况下，PLC的平均无故障时间可达数万小时以上。2. 编程简单、使用方便目前大多数的PLC

25、编程系统采用梯形图语言编程，工程技术人员很容易理解和掌握。同时，PLC编程软件或简易编程器的操作与使用也比较简单，这也是近年来PLC得以迅速推广和普及的重要原因之一。3. 系统设计、安装、调试和投运的工作量小PLC用内部软元件取代了继电器-接触器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器和计数继电器等器件，大大减少了原有控制柜在设计、安装及接线等方面的工作量。4. 功能完善、通用性强现代PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制等功能，而且具有A/D和D/A转换、数值运算及数据处理等功能。PLC还具有通信联网功能，可与不同类型的PLC或上位机组成分布式控制系统或现场总线控制系统。5. 体积小、能

26、耗低PLC系统具有体积小、重量轻、能耗低、性能价格比高的特点。PLC很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.2 I/O点的确定根据火炬系统的工艺要求，确定系统的输入点和输出点4，此系统的I/O点如下表所示：表2-1系统I/O点表控制元件名称类型地址点火输入I0.0就地/远程输入I0.1手动/自动输入I0.2压力传感器(压力高信号)输入I0.3热电偶传感器（火检信号）输入I0.4长明灯阀开关输入I0.5引火筒阀开关输入I0.6氮气阀开关输入I0.7故障恢复输入I1.0点火指示灯输出Q0.0压力高指示灯输出Q0.3氮气阀指示灯输出Q0.4长明灯指示灯输出Q0.5引火筒指示灯输出

27、Q0.6火检指示灯输出Q0.7故障指示灯输出Q1.02.3 西门子S7-200机型的选择本系统为火炬控制系统选用西门子PLC进行过程控制。S7-200 CPU22X型号包括CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226等11。 S7-200针对低性能要求的小型PLC，它能够控制各种设备以满足自动化控制需求，紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7-200成为各种控制应用的理想解决方案。根据本次火炬控制系统的要求，控制系统采用的PLC选用的是西门子S7-200CPU选用224XP（有14个输入点，10个输出点）.该系统共使用了9个输入点，7个输出点，所以选择CPU22

28、4XP能够满足要求。2.4 火炬控制系统电气原理图2.4.1火炬控制系统面板火炬控制系统的控制面板包括了点火按钮和点火指示灯，远程/就地旋钮，自动/手动旋钮，压力信号指示灯，氮气阀旋钮和氮气阀指示灯，引火筒旋钮和1#、2#引火筒指示灯，长明灯旋钮和长明灯指示灯，火检信号指示灯，故障恢复按钮和故障指示灯。图2-1控制柜面板2.4.2 系统配线图本次设计的系统配线图如图2-2所示，系统配电经过隔离开关供给PLC，指示灯，交/直流转换器，电磁阀，万能仪表。图2-2 控制系统配电图2.4.3 PLC接线图和阀门接线图本次设计的PLC接线图如图2-3所示，阀门接线图如图2-4所示。CPU224XP由交流

29、电220V供电，输出是直流24V供电。设计时，根据I/O的分配情况进行绘制，输入都用简单的开关量来表示，输出用线圈和指示灯来表示。以下为系统PLC接线图截图。图2-3 PLC接线图图2-4电气控制图2.4.4 万能仪表接线图本次设计的万能仪表接线图如图2-5所示，万能仪表把压力传感器和热电偶传感器传入的模拟信号转化为的开关量传入PLC进行控制。并在仪表上显示压力值和压力上限报警，温度值。以下为系统万能仪表接线图截图。图2-5压力/火检仪表接线图3 软件设计3.1 软件开发平台介绍在PLC应用系统开发中,PLC程序设计是整个系统设计的主要工作。世界上许多软件公司都致力于PLC编译器的开发研究,

30、使用户得以采用简单的语言进行编程。本设计主要采用的是STEP 7-Micro/WIN。STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的SIMATIC S7-200 PLC编程软件，简单、易学，能够解决复杂的自动化任务。STEP 7-Micro/WIN是专用于S7-200系列PLC的编程软件，目前其最简单的版本为V4.0或用于S7-200CN系列的V4.0SP3。STEP 7-Micro/WIN软件在Windows环境下运行，其基本操作与标准Windows软件相似。STEP 7-Micro/WIN软件为用户编译、调试和监控应用程序提供了良好的环境。STEP 7-Micro/WIN软

31、件支持梯形图（LAD）、语句表（ STL ）和功能块图（FBD）三种PLC编程语言。梯形图中每个梯级所能容纳的程序容量是有限的，对于太过复杂的逻辑组合，应设法将其简化。STEP 7-Micro/WIN中规定一个网络（梯级）横向或纵向最多可占用32个网络。本次设计采用的就是梯形图编程语言。梯形图是目前PLC程序设计中最常用的编程语言，它是在传统的继电器-接触器控制线路的基础上演变而来的，与电气控制系统的原理图设计方法非常类似，只是在符号的使用及表达形式上存在一定的差别而已。梯形图使用的PLC内部“软元件”，如辅助继电器、定时器、计数器等，均由软件实现。与传统的电气控制系统大量的硬接线相比，它使用

32、方便、控制方案设计灵活，切容易修改4。3.2 软件流程图根据设计要求，火炬系统在控制程序的控制下,完成以下过程: 系统检测到压力信号，没有检测到火检信号，则传输给PLC。PLC控制氮气阀打开，长明灯阀打开，引火筒阀打开，点火3秒，中间间隔5秒再次查看是否有火检信号传入，这样循环三次，若三次都没有火检信号传入，则报警。其中有一次检测到火检信号，关闭长明灯阀和引火筒阀，氮气阀延时3秒后关断6。软件流程图3-1如下：图3-1程序流程图3.3 程序设计1. 压力、火检信号 压力传感器和热电偶传感器把传来的模拟量信号经过智能仪表转换为PLC可识别的开关量传进PLC，压力高经过1秒的延时，火检信号经过5秒

33、的延时并把信号用指示灯来指示，指示其动作的进行。2. 氮气阀延时3秒 氮气阀需要在火焰燃烧完后延时3秒关断，目的是为了清除火炬内的残留气体。 3. 氮气阀、长明灯阀、引火筒阀当PLC接收到压力高信号时，这时需要控制氮气阀、长明灯阀、引火筒阀打开。开始设计是没有考虑的引火筒的效果，让其一直打开，当火焰点着是引火筒就可以关断了，这样能起到节能的效果。4. 点火3秒，延时5秒循环体升当各种阀门打开后，就要实现点火，当检测要压力信号后，点火3秒，这时M0.0中间寄存器打开，T42接通M0.0断开M0.1打开，T43开始计时，当T43接通时M0.1断开M0.0接通实现循环。设计时没有考虑到T40（压力信

34、号延时），使得在有压力信号是就开始点火，没有考虑的各种阀是否已经打开。5. 3次点火计数器和报警当M0.0接通时断开时其下降沿作为计数信号传给计数器。在第一次接通时、检测到火检信号时、故障复位时，这三种情况下计数器复位。当计数器接通时这时候报警指示灯亮。开始设计时没有考虑到M0.0的下降沿，这样导致在循环2次是就开始报警，没有达到第3次。复位时没有加入SM0.1这样就是当再一次打开系统时，点火次数还是延续上次的没有消除，使系统发生故障。3.4程序调试我下面所做的是程序的调试，此调试使用的是S7-200仿真V41.0汉化 v2软件。原版为西班牙语，该仿真软件可以仿真大量的S7-200指令（支持常

35、用的位触点指令、定时器指令、计数器指令、比较指令、逻辑运算指令和大部分的数学运算指令等，但部分指令如顺序控制指令、循环指令、高速计数器指令和通讯指令等尚无法支持）。仿真程序提供了数字信号输入开关、两个模拟电位器和LED输出显示，仿真程序同时还支持对TD-200文本显示器的仿真。当PLC程序在STEP 7-Micro/WIN设计完成之后，在菜单栏“文件”里点击“导出”，弹出一个“导出程序块”的对话框，选择存储路径，填写文件名，并保存类型的扩展名为awl，之后点保存；打开仿真软件，双击PLC面板选择CPU型号，点击菜单栏的“程序”，点“装载程序”，在弹出的对话框中选择要装载的程序部分和STEP 7

36、 - Micro Win的版本号，一般情况下选“全部”就行了，之后“确定”，找到awl文件的路径“打开”导出的程序，在弹出的对话框点击“确定”，再点那个绿色的三角运行按钮让PLC进入运行状态，点击下面那一排输入的小开关给PLC输入信号就可以进行仿真了，用指示灯来表示I/O点的接通与否。1. 远程控制（就地自动控制）任务书要求：在气体放散后，延时1秒，自动点火，同时依据气体燃烧温度判断气体燃烧正常与否，如果正常，则停止点火；反之，间隙循环点3次，间隙时间为3秒，持续时间为5秒，循环周期8秒，3次点火不成功自动报警，提示维护人员检测，任何1次点火成功，则自动清除点火记录。图3-2点火3s仿真结果仿

37、真结果如图3-2所示，当切换到远程控制（I0.1）情况下，有压力高信号（I0.3）输入，此时火炬系统的各种阀打开，点火指示灯打开亮3秒，间隔5秒。图3-3间隔5s仿真结果当有火检信号（I0.7）传入时，引火筒阀（Q0.6）关闭。图3-4火检仿真结果若3次点火指示灯亮过后，火检信号（I0.7）没有输入，这时故障报警指示灯亮（Q1.0）。图3-5 报警仿真远程控制和就地控制的自动控制情况一样，在这就不在展示了。2.就地手动控制当有压力高信号（I0.3）输入时，此时控制模式是就地手动控制是，手动打开氮气阀（I0.4）、长明灯阀（I0.5）、引火筒阀（I0.6），手动点火（I0.0），此时点火指示灯(

38、Q0.0)亮。图3-6就地控制仿真4 组态王（KingVIEW）设计 4.1组态王软件介绍4.1.1 组态王概述组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于 Microsoft Windows XP/NT/2000操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分

39、布式大型集中监控管理系统的开发7。 组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。 工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。 工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。 运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。 4.1.2 工程建立过程在使用组态王开始一个新项目时，在“组态王”中，开发的每一个应用系统称为一个项目，每个

40、项目必须在一个独立的目录中，不同的项目不能共用一个目录。项目目录也称为工程路径。在每个工程路径下，组态王为此项目生成了一些重要的数据文件，这些数据文件一般是不允许修改的。建立应用工程的一般过程，通常情况下，建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤： 第一步：创建新工程 为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。 第二步：定义硬件设备并添加工程变量 添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和I/O变量。 第三步：制作图形画面并定义动画连接 按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。 第四步：编写命令语言 通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。

41、 第五步：进行运行系统的配置 对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作。 第六步：保存工程并运行 完成以上步骤后，一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。整个仿真过程的思路是分模块进行，最终统一形成完整仿真模型，一方面简化仿真流程，另一方面便于找出其中的错误和不足。经过多次修改及调整，完成了系统的仿真。以下将分模块介绍各部分的仿真过程及结果。4.2 组态画面设计4.2.1 工程建立启动组态王6.53，默认打开的是组态王工程管理器。组态王工程管理器的主要作用就是为用户集中管理本机上的所有组态王工程。工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名

42、，搜索指定路径下的所有组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复、数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。双击桌面上的工程管理器的快捷方式，即可进入组态王工程管理器。在工程管理器中选择菜单“新建”，出现“新建工程”对话框。单击“浏览”按钮，选择想要存放的文件夹，之后输入工程名称和工程描述，然后组态王将在工程路径下生成初始数据文件。至此，新项目已经可以开始建立了。这之后，组态王已自动指定工程路径为当前目录下以工程名称命名的子目录，单击“是”，就完成了新建工程。具体操作如下图4-1所示：图4-1新建工程 注意：建立的每个工程必须在单独的目录下，除非特别说明不允许修改初始文件数据。4.2.

43、2 建立组态画面在工程浏览器中左侧的中选择“画面”，在右侧视图中双击“新建”。在“新画面”对话框中自己可以随意设定画面的大小，之后单击“确定”。在火炬控制系统中，我选择建立了两个画面来实现控制，第一个画面为火炬系统监控中心主画面，第二个画面为火炬控制面板和火炬工艺两个组合的画面。建立了新的画面之后，就需要绘制监控系统的基本画面了，其中包括火炬监控中心的主画面的，各个开关及其指示灯。火炬系统的整体控制过程，各种阀的动作，并对其进行标注有助于理解，最后全部存完成设计。在绘制过程中，工具栏里有很多常用的，例如工具箱、调色板，还有图库里面很多样板图素指示灯、阀门、管道等都可以使用。使得绘制过程不再麻烦

44、，最终绘制画面如图所示：图4-2主画面图4-3火炬工艺4.2.3 建立外部设备组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备，外部设备统称为下位机。PLC就是其中的一种下位机，它们一班通过串行口和上位机进行数据交换；只有在定义了外部设备后，组态王才能通过I/O变量和它们进行数据交换。为了方便定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”，配合我们完成设备连接。使用仿真PLC和组态王通信，仿真PLC连接在计算机的COM1口，本次设计的PLC连接在COM2口。设计外部设备如下图4-4和4-5所示：图4-4外部设备图4-5外部设备连接方式4.2.4 定义变量本设计以为所有的输入（I）都为开关量，

45、所以在定义数据词典时，选择I/O离散变量。从下位机PLC采集来的数据发送给下位机的指令，比如“氮气阀开”、“故障恢复”等变量，都需要设置成“I/O变量”。 I/O离散变量类似一般程序设计语言中的变量，只有0，1两种取值，用于表示一些开关量。具体定义方法为，在左侧树形视图中单击“数据词典”，在右侧双击新建，然后在这个变量定义对话框中，输入变量名，判断并选择变量类型。若是按钮输入或输出量，则为I/O离散，连接设备选择刚定义过的PLC200，如果需要控制下位机PLC，则选择寄存器M；如果需要读取下位机PLC里面的数据，则可以选择寄存器I或Q,本次设计需要定义的变量有9个I输入，7个Q输出。为了给系统

46、仿真过程，把压力信号(I1.1)和火检信号(I1.2)都定义为输入I 手动给入，因此火炬系统定义变量如图4-6所示：图4-6数据词典4.2.5 动画连接定义动画连接的目的是为了让图素动起来，所要起到的作用是图形对象与数据库的数据变量进行连接，当变量值改变时，在画面上的图形对象的动画效果表示出来，从而达到检测和控制的要求。具体操作如下：火炬控制系统中的引火筒阀的动画连接如图4-7所示，变量名连接到数据词典里的定义的引火筒阀，点击“确定”完成动画连接。其他图素的动画连接和引火筒阀的动画连接相似。图4-7动画连接4.2.6 编写命令语言根据软件流程图的思想，编写组态王的应用程序命令语言。先判断系统是

47、那种控制模式，当系统检测到压力信号，没有检测到火检信号，则传输给PLC。PLC控制氮气阀打开，长明灯阀打开，引火筒阀打开，点火再次查看是否有火检信号传入，这样循环三次，若三次都没有火检信号传入，则报警。其中有一次检测到火检信号，关闭长明灯阀和引火筒阀，氮气阀。 组态程序如下所示：if(就地远程=0&&自动手动=0)if(点火=1) 点火指示灯=1;else点火指示灯=0;if(压力高开关=1) 压力高指示灯=1;else压力高指示灯=0;if(氮气阀=1) 氮气阀指示灯=1;else氮气阀指示灯=0;if(长明灯阀=1) 长明灯阀指示灯=1;else长明灯阀指示灯=0;if(引

48、火筒阀=1) 引火筒阀指示灯=1;else引火筒阀指示灯=0;if(火检开关=1) 火检指示灯=1; 氮气阀=0; 长明灯阀=0; 引火筒阀=0; 点火=0; else火检指示灯=0;压力高开关=0;if(故障恢复=1) 故障指示灯=0;else故障指示灯=1; if(就地远程=1&&自动手动=1)if(点火=1) 点火指示灯=1;else点火指示灯=0;if(压力高开关=1) 压力高指示灯=1;else压力高指示灯=0;if(氮气阀=1) 氮气阀指示灯=1;else氮气阀指示灯=0;if(长明灯阀=1) 长明灯阀指示灯=1;else长明灯阀指示灯=0;if(引火筒阀=1) 引

49、火筒阀指示灯=1;else引火筒阀指示灯=0; if(压力高开关=1) if(火检开关=0) 氮气阀=1;长明灯阀=1;引火筒阀=1;点火=1; else火检指示灯=1; 氮气阀=0; 长明灯阀=0; 引火筒阀=0; 点火=0; if(就地远程=0&&自动手动=1)if(点火=1) 点火指示灯=1;else点火指示灯=0;if(压力高开关=1) 压力高指示灯=1;else压力高指示灯=0;if(氮气阀=1) 氮气阀指示灯=1;else氮气阀指示灯=0;if(长明灯阀=1) 长明灯阀指示灯=1;else长明灯阀指示灯=0;if(引火筒阀=1) 引火筒阀指示灯=1;else引火筒阀

50、指示灯=0; if(压力高开关=1) if(火检开关=0) 氮气阀=1;长明灯阀=1;引火筒阀=1;点火=1; 第 29 页 else火检指示灯=1; 氮气阀=0; 长明灯阀=0; 引火筒阀=0; 点火=0; 4.3 组态演示当上面的步骤后点击菜单栏的“全部存”进行保存，再点击“切换到view”，然后选择对象“打开”，进入运行状态，进行操作，然后根据要求观察是否能实现监控功能，不能完全实现的话，再进行进一步的调试与修改。下面介绍组态的一部分效果，当组态系统处于远程控制时，给系统一个压力信号的组态画面如图所示： 第 0 页 图4-8自动控制组态5 联机调试 实验室所承接的项目与任务书上有区别。项

51、目所运用的PLC是西门子S7-200,CPU 选用的是222，I/O点不能全部验证本次毕设的任务要求。因此通过修改程序删减了长明灯阀的输入输出和远程就地控制。满足项目的要求在控制箱上验证。修改后的I/O点表如下图5-1所示：表5-1组态点表在组态王软件中定义数据变量时，火炬控制系统的阀门开关输入（I）为只读变量，不能再组态实现中变量控制。因此需要加入中间寄存器（M）来实现读写数据，在定义变量时选用M来实现I的输入。在此次程序设计中加入了M0.0、M0.1、M5.0、M7.0、M8.0、M10.0。M0.0表示点火3s,M0.1表示点火间隔5s，M0.0和M0.1组成了点火3s间隔5s的循环体，

52、M5.0和手动点火（I0.3）并联，M7.0和氮气阀开（I0.5）并联，M8.0和引火筒阀开（I0.4）并联，M10.0表示氮气阀延时5s关断。这样就可以再组态王中实现组态连接。为了满足实验验证，从新编写了程序如下所示： 压力延时1s打开压力高指示灯，火检信号传入5s打开火检指示灯。当有压力信号时打开氮气阀、引火筒阀，阀门打开就绪后延时3s点火，点火持续3s，间隔5s火焰检测，当有火检信号时结束点火。若没火检信号时，再次点火，点火3次都没成功，则报警。 程序设计完成经过调试没有发生错误，并在S7-200仿真V41.0汉化 v2软件中仿真，能够实现要达到的目的。下面进行实物验证：下图是火炬系统控

53、制柜的控制面板。介绍控制面板上的各种指示灯和开关旋钮表示的：左边仪表是显示火检信号用温度来表示，右边仪表是显示压力信号。控制面板上有7个显示灯，从左往右依次是：电源指示灯、火检指示灯、压力高指示灯、故障指示灯、氮气阀指示灯、引火筒阀指示灯、点火指示灯。三个旋钮分别表示为：自动/手动、氮气阀开/关、引火筒阀开/关。两个按钮分别表示为：点火按钮、故障恢复按钮。经过检验实验设备能够正常运行。 图5-1控制柜面板火炬控制柜内部结构，及对控制箱内部的线路检测。图5-2控制柜内部结构利用热水通过热电偶传感器连接控制柜，检测控制柜上的智能仪表显示是否正常。图5-3热电偶检测图5-4仪表检测控制柜检测无误，把编写好的PLC程序下载到控制柜内的PLC上。图5-5程序下载图5-6PLC运行要想在实验室模拟实现控制目的，我们采取的是把智能