水压试管机DCS控制系统硬件设计

1、 摘要 随着经济的快速发展，钢广泛应用于石油化工，锅炉制造等行业，它们的共同特点是经常用高温，高压和苛刻的条件，使钢一条要求的质量高，按API（美国石油协会，美国石油协会）的标准，各种不同类型和等级的油井管，它必须能够承受的压力的适当的水平，以便测试该生产过程压力管已成为质量检测，钢材的质量检验它起着重要的作用的重要方面。液压试验机是钢的设计和生产的压力测试能力。水压试验机是一种利用钢管水压试验机水平衡控制。这是一方面，以检查是否泄漏钢，另一方面可以消除在模制过程中产生的残余应力钢。钢管其包装后的压力范围内填充有高压水，保证在规定时间内没有泄漏的管的整个长度这是一个复杂的多面系统，作为一个整体

2、，是机械控制，电气，复合一体机的液压自动感应,电气设备的集成流体。 本文所研究的是水压试验机的PLC控制部分关键词:水压试验机控制系统;PLC控制.介绍S7300，编译环境SIMATIC MANAGER Abstract With the rapid economic development, steel is widely used in petrochemical, boiler manufacturing and other industries, their common feature is often used high temperature, high pressure and

3、 harsh conditions, the steel requirements of a high quality, according to the API (American Petroleum Institute, United States Petroleum Institute) standards, a variety of different types and grades of oil well pipes, it must be able to withstand the pressure of an appropriate level, in order to tes

4、t the production process has become a pressure tube quality inspection, quality inspection of steel which plays an important role Important aspects. Hydraulic test machine is designed and manufactured steel stress testing capabilities. Hydraulic test machine is a use of steel pipe hydrostatic testin

5、g machine control of water balance. It is one thing to check for leaks steel, on the other hand can eliminate the residual stress of steel produced in the molding process. Inner packing after pressure range filling pipe its high-pressure water, to ensure that within a specified time no leakage of th

6、e entire length of the tube, this is a complex multi-faceted system, as a whole, is a hydraulic mechanical control, electrical, complex machine of automatic sensor , integrated fluidic electrical equipment.  Studied in this paper is part of PLC control hydraulic test machineKeywords： PLC contro

7、l introduced S7300, the compiler environment SIMATIC MANAGER; hydraulic test machine control systemII太原科技大学毕业设计（论文）目录摘要IIAbstractII第1章 绪论11.1 背景11.2 研究意义11.3研究内容1第二章 水压机控制系统的工作原理及基本构成12.1 水压试验机控制系统工作原理22.2 水压试验机控制系统的基本构成32.3 硬件系统组成32.4水压试验机控制系统的构成3第三章 关于PLC与西门子S7-300的介绍63.1 PLC相关知识63.1.1 PLC简介6 3.1.

8、2 PLC的定义63.1.3 PLC的基本结构及内部结构63.1.4 PLC工作原理83.1.5 PLC基本功能与特点83.2西门子S7-300相关知识93.2.2 S7-300介绍9第四章 S7-300工作环境124.1 STEP7124.1.1 编程软件简介124.1.2 STEP7的项目结构124.1.3 使用STEP7的基本步骤134.2 选择编程语言134.3 S7-300硬件组态设计18结论28致谢29参考文献31 第1章 绪论1.1 背景现代社会的发展，钢管的应用是在石油工业，锅炉的制造，之所以对钢管提出跟价高的标准是因为钢管所在的工作条件是很恶劣的。根据国际上的标准，钢管必需适

9、应很多的压力等级。压力试验已经在钢管的制造中成为不可或缺的一个过程。1.2 研究意义 我们知道，在钢管生产线上水压试管机是不可缺少的设备之一，从而水压试管机的效率势必会整体的影响产品的生产率和生产效率，所以提高水压试管机的生产率，势必是必要的，那问题的关键在于如何提高相应的生产率？提高后会对设备的产品质量和设备的检验能力产生重要影响。1.3研究内容 水压机是一种利用油水平衡控制对钢管进行静水压试验的机器。水压试管机的控制系统由硬件系统,软件系统组成. 1.硬件系统组成: 硬件系统组成硬件系统主要由上位机,下位机,人机接口,现场传感器和可执行元件组成. 2.软件系统组成: 软件系统组成 软件系统

10、包括: 监控组态软件, 历史数据管理软件.本次设计中,我主要负责PLC控制部分. 第二章 水压机控制系统的工作原理及基本构成2.1 水压试管机控制系统工作原理水压试验机原理上的根据是油水平衡受力平衡公式: P 油 ×S 油 = P 水 ×S 水P 油为油缸内压力，S 油为油缸横截面积，P 水为水压试验压力，S 水为钢管内径横截面积图2.1 水压试验机实验工作原理图 送料机构: 首先是将试压的材料送到材料框里边，与此同时把即将要试压的材料送到试验的位置。送材料的装置所用的是机械联动，用电磁阀和限位开关控制开、启。加紧机构：它的作用是将送到试验的地方把材料固定，目的是在试验时试

11、验头可以插到所试验的材料里面。试压后可以把整体拔出来。前后试验头：是水压试管机的重要组成部分，它是给水压机供水和加压，这种仪器必须要有很好的封密性，前试验头一般是供水和加压，后试验头一般是排气装置。供水装置：主要是水泵和阀门组成。排气机构：排气装置的作用是将试压时钢管中的空气排出去。要有一个作用是排压功能。2.2 水压试验机控制系统的基本构成 水压试验机的制控制系统由硬件系统,软件系统组成.2.3 硬件系统组成 水压机的结构如下图:图2.2水压试管机系统结构图2.4水压试验机控制系统的构成 水压试验机的制控制系统由硬件系统,软件系统组成. 在以往的控制系统中, 由于采用的保护器和动作控制方式存

12、在很多问题, 比如其控制元件占地面积大，在动作频率过快,反应速度慢,尤其水汽多，灰尘较多的地方对生产影响很大，经常发生一系列的故障.因此这里采用一种PLC 的控制系统. 近年来,在工厂中继电器系统的发展起到了重要的作用,在一些工厂中还在大量的使用,然而其各种能力，己无法满足与 适应工业领域的要求和展,与PLC相比较,存在着很大的差别. 图2.3 控制系统图2.3 控制系统图系统运行时，系统是由上位机和下位机组成的。前者的作用是储存数据，后者的作用是主动协调。来帮助完成实验。为了满足国际标准对钢管水压试验的要求,稳定电压的问题是水压试管机的设计是很重要的，水压试管机的重要标准是是否有稳定的电压.

13、稳定的电压系统主要分两种: 允许补压的稳压系统和不采用任何方式补压的稳压系统. 本次设计中,我主要负责PLC控制部分. STEP7 V5.5 是基于 Windows 平台的应用软件.是 SIEMENS 公司专为 SIMATIC 系列 S7-300 研制开发的编程软件, 作图的软件可以用它来代替.是 SIEMENS 公司专为 SIMATIC 系列 S7-300 研制开发的编程软件,作为在线或离线状态下时刻监视设备数据的程序. STEP7 V5.5 编辑软件的基本功能是在 Windows 平行编制用户应用程序,它主要完成下列任务.1.离线（离线）创建，编辑和修改用户程序。在离线模式下，计算机不直接

14、接触的PLC，可以在程序中实现了编辑，编译，调试效益的系统配置，R因为没有线，所有的程序和设置都存储在计算机内存. 2.保持在线（在线）模式下用户上传，并通过互联网传播，编辑下载程序和配置数据，修改用户程序。你可以做各种操作都必须在PLC直接。在写程序的时候是需要检查的。为了防止出现各种的错误。当使用语句表编程错误，当采用梯形图编程，存山不对的地方现在可以自动红色波浪线发生从电影在一个红色的正义的到来语句之前，并加上一个红色波浪线到位错4.提供对用户程序进行文档管理,加密处理等工具功能. 5.设定可编程逻辑控制器的动作数据，实现监视控制和锁定。第三章 关于PLC与西门子S7-300的介绍3.1

15、 PLC相关知识PLC（可编程逻辑控制器）它在整个的大工业生产的背景下因运而生是一种电子操作系统，通过计算操作系统用来进行计算机内的逻辑计算（包含定时和计数及算术计数、顺序的控制等相关操作），并通过模拟输入和模拟输入的输出及数字式的输入和数字式的输出，得到计算机下的相关情况下的机械或者生产的过程控制.3.1.1PLC简介翻译为可编程逻辑控制器，前期的应用较为局限，仅在计数和定时等简单操作上所有应用，后续开发了运动控制和过程控制的等相关操控。3.1.2 PLC的定义 它是工业控制PLC的重要组成部分=可编程逻辑控制器，PLC，除了有几个PLC名称“的力量。该行”= PLC电力线载波通信，电力线通

16、信，即我们俗称的PLC =公共有限公司，公共有限责任公司，上市公司的股份。 PLC =电力线载波，载波电力线，电力线载波，车载电源线。 PLC加载电源控制，电力需求控制。 PLC =薄层色谱准备，准备薄层色谱法。 PLC编程，编程语言的委员会美3.1.3PLC的基本结构及内部结构 可输入装置: 主要负责进行程序的输入或修改或监视整个程序； CPU: 中央电脑，负责管理PLC，执行和运算PLC及控制PLC. 可编程式记忆体: 负责储存设计的程式（按顺序）参数和注解。资料记忆体: 负责储存输入装置及输出装置状态及转换资料. 系统记忆体: 储存执行顺序控制所需的系统可编程式. 输入回路: 负责元件信

17、号的外部输入接收. 输出回路: 负责元件信号的外部输出接收. PLC在机械电子工业用途较广,比如高楼中的电梯、自动化程度较高的停车场、路口的红绿灯变色装置的控制、其他自动化生产线等。 图3.1 内部结构图PLC的构成从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 中有一些元件是必不可少的包括显示面板电源等。模块式 PLC中有些模块可以组合比如说电源模块、内存模块等。图3.1CPU的基本结构图 a） CPU 的构成 中央处理器在可编程逻辑编辑器中有很重要的的意义。可编程逻辑编辑器中有很多中央处理器，用户程序与数据的储存功能是PLC给予的，设备送来的数据是现场收集的，并存入规定

18、的寄存器中。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 3.1.4 PLC工作原理（a）可编程逻辑控制器的工作方式：运用来来回回的扫视方法。在可编程逻辑控制器处在动作状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。注意： 由于可编程逻辑控制器是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。循环扫描过程 如下： 图3.2 工作流程图 （b） 工作过程：主要分为： 内部处理 通信操作 输入处理 程序执行 输出处理3.1.5

19、PLC基本功能与特点PLC 的功能非常丰富。 这主要与它具有丰富的处理信息的指令系统及存储信息的内部器件有关。 它的指令多达几十条、几百条，可进行各式各样的逻辑问题的处理，还可进行各种类型数据的运算。凡普通计算机能做到的，它也都可作到。它的内部器件，即内存中的数据存储区，种类繁多，容量宏大。I/O 继电器，可以用以存储入、出点信息的，少的几十、几百，多的可达几千、几万，以至 10 几万。 这意味着它可进行这么多 I/O 点的入出信息变换， 进行这么大规模的控制。 PLC有三个方面的方便： （1）配置方便 （2）安装方便 （3）编程方便3.2西门子S7-300相关知识3.2.2 S7-300介绍

20、S7-300是模块化PLC系统小，这满足需求，模块化结构适中的性能要求,易于实现分布。易于用户掌握等特点，使用S7-300成为各种从小规模到中等性能要求任务的方便有经济的解决方案。SIMATIC S7-300应用领域包括：专业机床，纺织机械，包装机械，通用机械工程应用，控制系统，机床，楼宇自动化，电器制造工业及其相关产业。S7-300机构 图3.3 SIMATIC S7-300功能 :SIMATIC S7-300的大量功能支持和帮助用户进行编程、启动和维护。浮点数运算 用此方法能有效的实现更加复杂的计算我们参数的标准值，这样就节省了入门和培训的费用。 人机界面 (HMI) 方便的人机界面服务已

21、经集成在S7-300 操作系统内。因此人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中要求数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300将自动处理数据。 诊断功能 CPU的非人工的体检此系统的连续监视控制能力。(例如：超时，模块更换，等等)。 口令保护 密码保护，很多层次密码保护可以让用户更有效地保护机密，防止不经过统一的的分配。操作方式选择开关 动作开关时可以和钥匙一样，拔出和插入，来选择控制开关。S7300硬件说明 S7300主要支持的硬件有：（1）电源（PS）为中央处理器提供了电力的供应。（2）中央处理器（CPU）CPU存储和处理用户程序，设

22、定参数模块，MPI总线的嵌入式处理设备和PC编程，模块，其它站之间的通信，并且可以集成DP主站或从站接口操作组件DP（3）接口模块（IM）每个接口模块机架连接在一起。不同类型的模块，以支持扩展机架接口 DP连接。置于3号机架，没有接口模块时，机架位置为空。（4）信号模块（SM）通常被称为I / O（输入/输出）模块。测量信号输入和输出设备的控制。连接信号模块可用于数字和模拟信号，同时也为链接，如传感器和起动机。（5）功能模块（FM）（6）通讯处理器（CP）模块化的SIMATIC通信处理器连接不同的地方，如工业以太网，现场总线或串行点对点连接。后三个模块可以任意放置在底座中，系统可以自动分配的地

23、址块。应当指出的是，每个机架可以安装多达8个信号模块，功能模块或通信模块。如果超过八个任务，您可以延长保鲜期（每个机架中心用CPU可以延长3架）。 第四章 S7-300工作环境4.1 STEP74.1.1 编程软件简介STEP7 是对SIMATIC可编程逻辑控制器标准包配置和编程。它是SIMATIC工业软件的一部分。STEP7 标准软件包有下列版本：STEP7 Micro/DOS和STEP7 Micro/Win，用于 SIMATIC S7-200 上的简化单机应 用程序。STEP7 ，应用在SIMATIC S7-300/S7-400 ，SIMATIC M7-300/M7-400以及SIMATI

24、C C7 上它具有更广泛的功能。4.1.2 STEP7的项目结构图4.1STEP7的项目结构 在STEP7，自动化系统项目（项目）的形式，所有的数据都是以组织和管理。项目包含三种类型的数据。1、硬件结构的组态数据及模块参数2、通信网络的组态数据3、可编程模块的程序 以上数据存储为对象，采用7项目管理风格的目录层次结构的所有设施。从上到下对象有三个层次：第一层：项目；第二层：通讯子网、PLC站或S7程序；第三层：第二层下面的具体对象，视第二层定。4.1.3 使用STEP7的基本步骤图4.2 STEP7的基本步骤4.2 选择编程语言STEP 7 的基本程序编辑器支持下列三种标准的编程语言： LAD

25、（梯形逻辑）：每个电路图的表示。电路图元素，比如常开触点和常闭触点，相互组合，形成网络。件逻辑块代表一个或多个块LAD（梯形逻辑）：每个电路图的表示。电路图元素，比如常开触点和常闭触点，相互组合，形成网络。件逻辑块代表一个或多个块。 FBD（功能块图）：布尔代数被称为是基于图形逻辑符号。组合逻辑块也可直接显示熟悉的功能，例如复杂的功能。 STL（语句表）：基于文本的编程语言，类似于机器代码的结构。在每个CPU的处理的操作方案的名称声明。多个语句链接在一起就构成了程序段。本节将告诉您如何选择和修改的编程语言。除了这些基本的选项，LG还提供了STEP7在很多其他编程语言来满足您的进一步发展需要。

26、STEP7硬件配置“配置”一词的基本原则是指在机架上站窗口，模块，分布式I/ O（DP）机架，以及接口子模块，安排。机架使用配置表，像一个真正的齿条表示为模块的特定数目可插入其中。在组态表中，STEP7自动给每个模块分配一个地址。如果一个站可以解决CPU自由（这意味着每个通道模块安排一个言论自由，独立插槽的），那么你可以改变站模块的地址。你可以经常复制您的配置与其他7项目，并进行必要的修改，然后将其下载到一个或多个现有的设备去。当可编程控制器启动时，CPU使用创建的装置7的当前配置比较预设配置。它可以立即识别出任何差异它们之间，并报告分发设置。术语“分配参数”含义如下： 设定为参数的固定值。例

27、如，在CPU是可以制备的模型。其监视时间是可以设置的参数。 主站系统（PROFIBUS）的总线参数，主从参数设置 参数被下载到CPU的CPU被发送到各模块。模块可以轻松，因为在启动时进行更换，设置系统自动7.新的下载参数。何时“组态硬件”？ S7这样，在许多情况下，您都不需要对其进行组态。 在下列情况下，组态是必需的： 如果您希望改变模块的缺省参数(例如，启用模块的硬件中断) 如果您希望组态通讯连接 对于具有分布式 I/O 的站(PROFIBUS DP) 对于具有多个 CPU(多值计算)或扩展机架的S7-400站 对于容错(H)可编程控制系统(可选择的软件包) 概述：组态与分配参数到本地组态的

28、步骤 硬件配置的基本步骤 组态分布式 I/O(DP) 使用先前版本的 STEP 7 编辑当前的组态 硬件配置的基本步骤 用于组态的窗口 组态可编程控制器会用到两个窗口：为站结构放置机架的站窗口 “硬件目录”窗口，可以从中选择所需要的硬件组件，如机架、模块以及接子模块 显示中的组件信息 如果没有出现“硬件目录”窗口，可选择菜单命令视图 > 目录。该命令可打 开、关闭硬件目录的显示。 组态站的基本步骤 无论站结构如何，总是按照下列步骤进行组态： 1. 在“硬件目录”中选择一个硬件组件。 2. 通过拖放操作，将选定组件复制到站窗口中。 图4.3 组态的基本结构站窗口的布局所插入/选择的机架的详

29、细资料显示在站窗口的下部。这里还会以表单形式显示模块 的订货号和地址。 图4.4 装有模块的中央机架的表格结构 图4.5 组态中央机架组态中央机架 模块排列规则(SIMATIC 300) 模块排列规则(SIMATIC 300) 基本规则 模块插入设备的时候不可以有一点的缝隙。 例外：对于只有一个设备的安装，组态表里的1个插槽必须保持为空(为接口模块保 留)。对于 S7-300，它为槽 3，而对于 M7-300，它为模块组后的那个槽(槽 3、4、5 或 6)。在实际的组态中，将不会有间隙，因为背板总线将被中断。图4.5 基本规则 槽的规则(S7-300)机架 0： 插槽 1：仅适用于电源(例如，

30、6ES7 307-)或为空 槽 2：仅适用于 CPU(例如，6ES7 314-) 槽 3：接口模块(例如，6ES7 360-/361-)或为空 槽 4 - 11：信号或功能模块、通讯处理器或为空。机架 1 - 3： 插槽 1：仅适用于电源模块(例如，6ES7 307-)或为空 槽 2：为空 槽 3：接口模块 槽 4 - 11：信号或功能模块、通讯处理器(取决于插入的接口模块)或为空。插槽规则和其它规则须知 占位模块的特殊规则(DM 370 占位模块) 数字仿真模块特殊规定(SIM 374 IN/OUT 16) M7-300 的特殊规则4.3 S7-300硬件组态设计1 创建项目打开【SIMAT

31、IC Manager】，系统会自动弹出“新建项目”向导（图7-8），同时，也可以通过选择菜单【文件】|【新建项目”向导】打开。图4.6 创建目录在工具栏中单击按钮 或在【文件】菜单下单击【新建】，可以直接创建一个文件。在弹出的对话框中输入文件名称及路径，单击确定完成。 图4.7 创建文件直接打开的文档只包含一个对象，需要通过【插入】菜单来手动添加工具.用户可以插入一个PLC站，先进行各种组态，完成各种后，再在相应CPU的S7程序目录下编辑用户程序；也可以先插入一个独立的S7程序，编写用户程序，再进行硬件组态，等组态完成后将程序复制到相应的CPU中。 图4.8 如何插入PLC2 硬件组态程序打开

32、新建的文档example7-1，在文档的下边节点“SIMATIC 300 站点”，被站点命名为S7300PLC，选中左边窗口的“S7300PLC”，在右边窗口可以看图4.7 4.8 两图为创建硬件组态双击“硬件”图标，就可以打开硬件组态界面 图4.9硬件组态界面3 配置主机架在STEP7中，可以用不太复杂的操作完成设备的基本配置。该设备的定货号（在硬件目录中选中一个模块，目录下方的窗口会显示模块的定货号和对模块的描述）应该与实际的硬件一致。4.3.1图PLC配置插入该设备后，分别向设备中的一号插槽添加电源、二号插槽添加CPU。硬件目录中的某些CPU型号有多种操作系统（Firmware）版本，在

33、添加CPU时，CPU的型号和操作系统版本都要与实际的硬件一致 图4.3.2 操作和设置四到十一号槽中可以添加信号模块、功能模块、通讯处理器等，上述模块分别在硬件目录的SM-300、FM-300和CP-300中。再添加一些数据模块。 图4.3.3模块和数据在配置过程中，STEP7可以自动检查配置的正确性。当硬件目录中的一个模块被选中时，机架中允许插入该模块的槽会变成绿色，而不允许该模块插入的槽颜色无变化。将选中的模块拖到不能插入该模块的槽时，会提示不能插入的原因。 图4.4.1 属性里所需的一些数据4 CPU参数配置：首先用鼠标左键在CPU那里点两下，开启页面，这里面能组合各种参数，不同型号的CPU参数不尽相同，在使用时应该思考一下用哪个。常规设置。在上图中，里面有一般信息。在属性那里按一下鼠标左键设置一些所需的数据。图4.4.2 MPI接口S7系列PLC有三种启动方式：A、暖启动：图像处理并且不要动作定时器，计数器和标志存储器被清零时，CPU会自动调用OB100一次，然后开始循环执行OB1.B、冷启动：当所有内存都被清除时，CPU会自动调用OB100一