电解槽物料输送PLC控制及其上位机组态系统设计(共88页)

1、PAGE 摘 要电解槽物料输送自动控制系统是电解铝厂自动控制系统中很重要的一个控制系统。系统主要包括浓相传输和超浓相传输两部分;浓相传输部分主要是氧化铝经加压罐加压输送到含氟氧化铝储存罐的工作过程;超浓相传输是把含氟氧化铝经离心机输送到电解槽的工作过程。设计完成了浓相传输和超浓相传输的PLC控制及其上位机组态系统的设计。PLC控制系统主要包括硬件的选择和梯形图的设计。上位机组态系统主要完成了各主要画面(humin)的设计以及程序的编写,报警系统采用真人发音报警和文字报警窗口相结合的报警方式,视频监视通过外部摄像头采集对生产现场进行监视;最后在程序中通过变量函数给定,成功的完成了工作过程的模拟。

2、可编程控制器采用的是西门子公司的新产品S7-300;上位机组态设计软件采用的是北京世纪长秋科技有限公司的世纪星组态软件。关键词：电解槽物料输送；可编程逻辑(lu j)控制器；PLC；组态ABSTRACTElectrobath Automatic Material Handling System is one of the most important automatic systems in the electrolytic aluminum factories. The system mainly has two parts, including dense phase transport

3、and hyper dense phase transport. The dense phase transport is the process in which the alumina is pressed in the pressing pot and transmitted to the deposited pot of the fluoric alumina. And the hyper dense phase transport is the process in which the fluoric alumina is transmitted to the electrobath

4、 through the centrifugal. This design has complemented the PLC control of the two transport above and the design of upper-set configuration. The system of PLC control includes choosing the hardware and designing the lad. The system of upper-set configuration deals with the design of menus and the wr

5、iting of program. The alarm system has adopted the alarm mode that both real-man pronunciation and character windows are used. The video monitor has used the outside digital cameral to monitor the producing spot. Finally, the whole process has successfully simulated by giving the variable function i

6、n the program. In this paper, Siemens S7-300 has been chosen as the programmable controller, and the CenturyStar configuration software of Peking Century Changqiu Science & Technology Corporation has been adopted as well.KEY WORDS：aluminum cells materiel transport; programmable language controller;

7、PLC.; configuration目 录1引言(ynyn)11.1 课题(kt)简介11.2电解铝工业生产现状(xinzhung)11.3 浓相传输简介41.4超浓相传输简介41.5 西门子S7-300PLC简介51.6 世纪星组7.0态软件简介112系统总体设计方案及主要输送硬件选择142.1设计方案142.2主要输料所需硬件选择143 PLC设计15 3.1 PLC的工作原理153.2 PLC的硬件设计153.3 PLC设计流程图193.4 PLC的I/O表（部分）213.5 PLC设计梯形图23 3.5.1手动操作梯形图25 3.5.2自动操作梯形图274 上位机组态设计29 4.1

8、上位机设计要求29 4.2主要画面及其功能介绍 294.2.1 主画面窗口 304.2.2 浓相传输窗口314.2.3 实时趋势曲线窗口334.2.4 历史趋势曲线窗口344.2.5 实时报警窗口364.2.6 历史报警窗口394.2.7 事件记录窗口404.2.8 棒图带图窗口414.2.9 视频监视窗口424.2.10组态报表窗口.434.2.11互联网WEB功能(gngnng)窗口.454.2.12 退出(tuch)系统窗口464.2.13帮助(bngzh)窗口474.2.14浓相传输窗口484.3上位机组态变量字典494.4上位机组态程序设计514.4.1系统启动时执行程序514.4.

9、2系统运行时执行程序514.4.3事件命令程序565 通信系统设计57 5.1 PROFIBUS简介57 5.2系统通信设计概述586 抗干扰措施 606.1 硬件抗干扰措施606.2 软件抗干扰措施60结论 61参考文献63翻译部分 英语原文64 中文译文73致谢80中国矿业大学2005届本科生毕业设计 第 PAGE 109页1引言(ynyn)1课题(kt)简介电解槽物料输送过程是电解铝厂很重要的一个生产过程，主要包括两部分内容：浓相传输过程和超浓相传输过程。本课题研究的主要是浓相传输的PLC控制系统以及其上位机组态系统的设计。在PLC系统中分为手动和自动两部分操作，手动操作是在测试和排出故

10、障时才使用。PLC硬件是采用的是西门子公司的S7-300。上位机组态设计也分为手动和自动两种操作，软件是采用的世纪星公司的V7.00版本(bnbn)。本系统的上位机系统与以往的上位机设计最明显的改进是：语音报警系统，视频监视功能，互联网远程监视功能，可以完全实现现场无人操作，有效避免了对员工的身体危害。2电解铝工业生产现状以及发展趋势 国内外铝工业发展的基本状况:几年来,全球铝产量和铝消费量持续增长,世界铝工业发展方兴未艾,呈现三个明显趋势:一是世界铝工业的组织结构日趋规模化、集团化和国际化; 二是铝电解槽日趋大型化或超大型化,其科技含量、智能化程度越来越高;三是电解铝生产的技术经济指标向着高

11、产、优质、低耗、长寿和低污染的方向加快进步。因此,中国铝工业只有加快组织结构、技术结构和产品结构调整步伐,才能在激烈的国际竞争中,实现由世界铝工业大国向世界铝工业强国的转变。 国内外铝工业发展的基本状况进入20世纪90年代以来,世界铝产量持续保持增长,铝产量从1900年的1935万增加到2003年的2794 6万1,与1900年相比,年均增长3 4%。随着近几年铝工业的技术及装备水平的提高,全球产量增长迅猛。全世界原铝生产国从1995年的43个增加到2003年的45个,电解企业从1995年的137个增加到2003年的272个(中国147个),截止到2003年末,全世界金属铝总生产能力达3300

12、万(中国833万),实际产量为2794 6万(中国550万),比2002年增长7 1%。按1995年铝产量排名,居前4位的依次是美国337 5万,俄罗斯272 2万,加拿大217 2万,中国186 9万2。从2001年至今,全球最大产铝国是中国。2003年居二、三、四位的依次是俄罗斯、加拿大、美国。目前,我国已由铝的净进口国变为铝的净出口国。2003年,我国净出口电解铝49 27万,首次成为世界原铝输出国。中国铝工业的高速发展,引起了世界瞩目,产量居世界第一、消费居世界第二的中国铝工业,将由粗放经营向着集约化经营转变,将逐渐由世界铝工业大国向着世界铝工业强国迈进。2003年全球原铝(含铝合金)

13、的消费为2716 8万,比2002年增长7 7%。消费增长速度最快的国家和地区依次为中国(24 7%)、其他亚洲国家(11 8%)和拉丁美洲(11 2%)1。西方世界消费增长速度则仍然较慢,不过日本铝消费增长却达到了4 5%,基本摆脱了长期下滑的趋势目前铝的最大消费国是美国,其次为中国。自2世纪80年代中起,我国铝的消费开始发生变化特别是进入20世纪90年代后,铝在建筑、交通运输和包装三大领域逐渐成为象发达国家那样的铝消费主体,近几年汽车制造、电网改造等行业用铝量也大幅增长。铝消费量已从1990年的83万上升到2003年的550万,2003年的消费量是1990年的6倍多。表1.1全球(qunq

14、i)原铝市场供求平衡情况表1.1电解铝工业生产现状(xinzhung)以及发展趋势图从表1.1看出,虽然目前世界原铝的库存仍处于历史高位,但随着世界就经济复苏后消费量的迅速增加,预计今后几年,铝会由供应过剩(gushng)逐步转变为供需基本持平甚至小量短缺。因为:尽管铝产能在扩张,但从长远来预测,随着世界经济的进一步复苏,国内外铝消费状况有望长期保持旺盛的增长势头,从而支持铝价相对坚挺,这将促使世界铝产量持续增长;近几年,全球经济复苏拉动世界需求增长,资源和能源相对短缺,电价和氧化铝价格居高不下,各国环保要求不断提高,铝生产成本不断增加,过渡产能扩张铝供大于求等因素,都对电解铝企业的利润空间造

15、成压缩,这将使一些小铝厂或电价、氧化铝价格高的生产厂家难以支撑而减产甚至关闭停产,从而使铝产业投资过热得到降温,铝产量增速放缓,铝消费量相对加快,这将促使铝市场从供应过剩向着供需基本持平甚至小量短缺的方向发展;占世界产量1/5的中国,对世界铝的供求状况有着举足轻重的影响,随着我国限制钢铁、电解铝、水泥行业盲目扩张以及银根紧缩的宏观政策出台,我国电解铝产能低水平盲目猛增的势头已经得到了有效控制,这将促使占世界产能1/4的中国铝工业加快实现由粗放型向集约型的转变。因此,在世界和我国金属铝供求关系正在发生有利于铝产业良性发展的这种背景下,年轻的世界铝工业将方兴未艾,前景看好。 国内外电解铝工业技术进

16、步以及国内与国外的差距情况 国内外电解铝工业技术进步情况铝电解工艺经过百余年的生产实践,尤其是由于近20年来现代科学技术的飞速发展,使人们对铝电解过程有了更深入的认识(rn shi)。特别是计算机技术的发展及在电解铝工艺上的应用,为电解槽建立起热、电、磁力和流动等物理场的各种数学模型,使槽型设计更科学化和生产过程控制更自动化。代表世界先进潮流的280以上的高效大型预焙槽,就是在上述科技进步的基础上开发研制的。目前,西方国家用于生产的电解槽最大电流强度为320,且绝大多数企业为280320的超大型预焙槽,电流效率平均达到了94%96%。近年来,我国新建槽多采用180300的大型槽,改造旧槽因投资

17、等方面的原因,多采用75或160240之间的槽型,其技术与世界先进水平比仍有一定的差距,到目前为止,国内仅有少数企业采用技术上与世界一流企业基本同步的280320之间的槽型。目前,我国生产使用的铝电解槽,最大的槽型是电流强度为320的槽型(应用于平果铝业公司),还有电流强度仅24的槽型,我国电解槽电流效率平均仅为86%90%。2003年底全国833 82万产能中,280以上特大型预焙槽产能为152 6万,占总产能的18 3%;160240大型预焙槽产能为387 1万,占总产能的46 5%;小型预焙槽产能为190 24万,占总产能的46 5%;小型预焙槽产能为190 24万,占总产能的22 8%

18、;还有103 88万产能仍然是使用落后的自焙槽,占总产能的12 5%。可见,虽然(surn)通过引进、消化、吸收国外先进技术和装备,我国电解铝行业整体装备水平有显著提高,但是,我国还有约100万的自焙槽和约200万的小型预焙槽,约占全国总产能的35%,这些低档次的生产技术设备,虽然具有生产工艺简单、投资省、见效快等优点,但技术装备水平较低,能耗、原材料消耗高,环境污染严重,技术经济指标较差。3浓相输送(sh sn)简介 浓相输送技术属气力输送中的静压输送技术,其采用炼制的内管与外管相配合,利用压缩空气(ysu kngq)的静压能来推动物料,使物料以非悬浮态拴状流动,将电解生产所需的氧化铝料输送

19、到净化储仓中,其能耗、管壁磨损和氧化铝破损都较低。输送管道内风速一般为3/,料气比为30。由于浓相输送系统设备运行可靠、密闭性好、输送效率高、能耗低等特点,已被广泛应用于铝厂的氧化铝输送中。图1.1 浓相输送(sh sn)过程浓相输送的基本过程示意于图1.1。浓相输送管一般由两根管子组成,一根送入固体颗粒状物料,一根送入压缩空气。利用流体的最小阻力原理,开始段物料的阻力最小,则气流将段物料截断,并将其推向前方。在段物料被送走之后,段物料的阻力最小,故段物料又被截断,推向前方。依此类推,压缩空气不断将物料截断、送走,则管道中形成了一段料一段气的料栓式输送形式。浓相输送技术的特点:由于采用静压输送

20、,与稀相输送相比可节省能约2/3。固气混合比高,管径可相应缩小。输送速度较低,23/。物料的破损较小,管道的磨损也很小,预计管线寿命可达15以上。输送可实现全自动控制,只需少量监视人员。输送高度达3040,输送距离可达800。管线可水平、垂直布置,方便、灵活。1. 4超浓相输送(sh sn)简介超浓相风动溜槽(li co)输送是利用氧化铝较好的充气性和流动性特点,采用适当压力的空气,使溜槽料室中的氧化铝悬浮松动,具有流体的流化特性,在重力势能差的作用下,在溜槽内流动,实现物料的输送。流态化是指固体颗粒通过与气体或流体的接触转变成类似流体的状态,通过溜槽内的多孔透气层(或称沸腾板)来实现。多孔透

21、气板将输送槽分为两部分,上部装有粉状物料,下部是气室。气室中的气体为常压时,物料粒子呈静止状态;当气室中施加的压力时,气体通过多孔板进入上部粉状物料层,填充粉料层的空隙,当气流达到一定速度时,粉状粒子之间原有的平衡被打破,同时体积增大,假比重减小,粒子间的内摩擦角及壁摩擦角均接近零,粉状物料成为流体,实现超浓相输送。超浓相输送不需要输送动力风源,只需较低压力(1104)的空气(kngq)活动物料,输送过程中固气比极高,可达2001。 超浓相输送系统由风动溜槽和离心风机组成,风动溜槽无运动部件,维修工作量小,输送浓度高,输送速度低,管件磨损小,气体对氧化铝粒子的破损小,输送压力低,普通离心风机即

22、可满足输送要求。5西门子S7-300PLC简介 S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。 SIMATIC S7-300 可编程序控制器是模块化结构设计。各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。 一、系统组成中央处理单元 (CPU) 各种 CPU 有各种不同的性能，例如，有的 CPU 上集成有输入/输出点，有的 CPU 上集成有 PROFIBUS-DP 通讯接口等。信号模块 (SM) 用于数字量和模拟量输入/输出 通讯处理器 (CP) 用于连接网络和点对点连接 功能模块 (FM) 用于高速计数，定位操作 (开环或闭环定位) 和闭环控制。 负载电源模块 (PS) 用于将

23、SIMATIC S7-300 连接(linji)到 120/230 伏交流电源，或 24/48/60/110 伏直流电源。 接口(ji ku)模块 (IM) 用于多机架配置时连接主机架 (CR) 和扩展机架 (ER)。S7-300 通过(tnggu)分布式的主机架 (CR) 和 3 个扩展机架 (ER)，可以操作多达 32 个模块。运行时无需风扇。二、SIMATIC S7-300 适用于通用领域： 高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。三、类型S7-300 有两种类型： 标准型 温度范围从 0到 60 环境条件扩展型 温度范围从 -25 到 +60 更强的耐受振动和污染

24、特性。 四、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 高速的指令处理 0.60.1s的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。浮点数运算 用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算:方便用户的参数赋值 一个带标准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，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 中取得数据，S7-300 按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300 操作系统自动地处理

25、数据的传送。 诊断功能:CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件 (例如 ：超时，模块更换，等等)。 口令保护:多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。 操作方式选择开关:操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。 五、SIMATIC S7-300 具有多种不同的通讯接口： 多种通讯(tngxn)处理器用来连接 AS-I 接口、和工业以太网总线系统 串行通讯(tngxn)处理器用来连接点到点的通讯系统 多点接口 (MPI) 集成(j chn)在 CPU 中，用于同

26、时连接编程器、PC 机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7 等自动化控制系统。六、CPU支持下列通讯类型： 过程通讯 通过总线 (AS-I 或 PROFIBUS ) 对 I/O 模块周期寻址 (过程映象交换) 数据通讯:在自动控制系统之间或人机界面 (HMI) 和几个自动控制系统之间，数据通讯会周期地进行或被用户程序或功能块调用。七、结构 DIN 标准导轨安装:只需简单地将模块钩在 DIN 标准的安装导轨上，转动到位，然后用螺栓锁紧。 集成的背板总线:背板总线集成在模块上，模块通过总线连接器相连，总线连接器插在机壳的背后。 更换模块简单并且不会弄错:更换模块时，只需松开安装螺钉

27、。很简单地拔下已经接线的前连接器。在连接器上的编码防止将已接线的连接器插到其他的模块上。 可靠的接线端子:对于信号模块可以使用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子 TOP 连接:采用一个带螺钉或夹紧连接的 1 至 3 线系统进行预接线。或者直接在信号模块上进行接线。 确定的安装深度:所有的端子和连接器都在模块上的凹槽内，并有端盖保护，因此所有的模块都有相同的安装深度。 没有槽位的限制:信号模块和通讯处理模块可以不受限制地插到任何一个槽上，系统自行组态。 SIMATIC PCS 7过程控制系统详细介绍 SIMATIC PCS7是西门子公司基于全集成自动化思想的面向未来的过程控制系统。经过六年的发展，S

28、IMATIC PCS 7凭借极高的可靠性和优越的性价比成为了新一代DCS系统的典范。 已经发布的SIMATIC PCS 7的最新版本6.0版将会极大地提高系统的各项性能指标，大大地扩展系统的应用范围，更适合于在苛刻领域中的应用，并且促进了从仪表到系统的纵向集成。这将使得SIMATIC PCS 7无论从产品质量还是性能指标都达到全新的高度。 尽管(jn gun)先前版本的SIMATIC PCS 7过程控制系统已经拥有了优越的系统功能，6.0版本仍有其突出的贡献： 极大地提高了系统(xtng)容量（网络能力和控制/监控站的数量） 整体(zhngt)硬件性能和编程环境的提高 系统免疫能力和抗超载能力

29、提高 可用性增强 工程工具得到优化，大大地减少了组态工作（如消除了等待次数） 符合FDA标准的生产数据查帐索引（确保数据安全） 创新的SIMATIC批处理的功能更强 系统范围的在线可更换性（硬件、通讯、自动化系统和操作员站） 工程师站、操作员站和SIMATIC批处理系统的操作平台将升级为 Windows 2000 全集成自动化的高度集成使得我们的客户能够在企业级的自动化解决方案中达到全新的境界。 SIMATIC PCS 7 实现全集成自动化的过程控制系统 通过全集成自动化（TIA），西门子公司实现了基于单一平台提供用于全过程链的通用自动化技术的目标，从输入物流，到生产或所有流程，直到输出物流。

30、这种通用自动化技术还可用于优化一个企业的所有业务流程，从企业资源计划（ERP）级，到管理执行系统（MES）级和控制级，直到现场级。 横向集成 横向集成意味着所有生产流程，从输入物流，到生产或所有流程，直到输出物流，都可使用统一的 SIMATIC 系列标准硬件和软件部件。 作为企业范围内全集成自动化系统中的过程控制系统，SIMATIC PCS 7 采用 TIA 系统中的标准硬件和软件。借助于其通用的数据维护、通讯和设计功能，可以提供一种基于开放式平台的先进的、面向未来的经济自动化解决方案，用于过程工业、加工工业以及综合工业的所有领域（连续/批量过程以及分散式加工，例如在玻璃工业和制药工业）。 在

31、过程工业和综合工业的辅助(fzh)流程和物流过程中，经常通过运动控制系统和 SIMATIC 部件实现自动化，其主要流程通过过程控制系统 SIMATIC PCS 7 来完成。 通过全集成自动化理念(l nin)，SIMATIC PCS 7 不仅可以承担过程控制技术相关任务，而且还可以完成一个生产平台的辅助流程（例如装料，包装）或输入输出物流（例如物料输送和贮存）的自动化。 纵向集成:纵向集成将实现从 ERP 平台，到 MES 平台和控制台，直到现场平台的通用和透明化数据通讯。通过(tnggu)不断融入自动化技术和信息技术以及标准化技术，可以实现公司范围内的信息网络的自动化。由此可以实现整个工艺流

32、程的模块化和标准化，显著提高生产的灵活性。 SIMATIC PCS 7 在公司范围内的纵向集成包括两个方面 与全公司范围内的信息网络集成 现场技术集成 通过将自动化平台连接到 IT 环境，可以将过程的数据在整个公司范围内应用于设备运行、生产流程以及业务流程的评价、规划、协同和优化。同时，还可满足公司的全球化战略要求。 强大的系统结构 借助于其面向未来的理念、基于最先进 SIMATIC 技术的模块化和开放式架构、工业标准的继承性使用以及配合使用的高性能控制功能，使用过程控制系统 SIMATIC PCS 7，可以实现所有项目阶段中控制技术设备的高性价比实现和经济运行。从规划、工程、调试和培训，到运

33、行、维护和保养，直到扩展和完善。同时，SIMATIC PCS 7 以及最高的舒适性，简单安全的运行，可以实现较高的性能和可靠性。 SIMATIC PCS 7 充分利用了 PROFIBUS 技术的分布式现场技术集成功能。PROFIBUS 是一种简单、坚固和可靠的总线系统，已在全球应用于过程、加工和综合工业的所有领域以及主要流程和辅助流程的输入输出物流。该总线系统支持冗余和故障安全以及在线扩展功能，既可安装在标准工业环境中，也可安装在具有爆炸危险的场合。这为具有传统信号输入输出以及带有最先进集成现场设备的分布式外围设备 ET 200（远程 I/O）所无法比拟。 采用 SIMATIC PCS 7 过

34、程控制系统的全集成(j chn)自动化主要具有以下优点： 显著(xinzh)节约开发、实施和寿命周期成本 降低(jingd)工程造价 过程优化功能 自适应应用要求变化 使用 SIMATIC 标准部件的优点： 降低硬件和工程成本 可靠的质量和稳定性 简单快速地系统部件的选型 较低的备件成本 显著缩短的备件和扩展部件供货周期 全球通用 显著节约物流、检修和培训成本 通用而协同的完整系统 作为现代化的过程控制系统，SIMATIC PCS 7 可单独，也可与运动控制系统和 SIMATIC 结合使用，形成一个通用而协同的完整系统。随着对无缝通用自动化技术的要求不断提高，竞争和价格压力的不断增加，以及对生

35、产设备柔性度的要求和对生产效率的期望越来越大，SIMATIC PCS 7 的优势越来越明显。 在复杂性越来越大的背后，尤其是自动化技术与信息技术的融合，将是越来越多的通用系统平台的纵向和横向集成，实现所谓的“Best-of-Breed 产品”自动化解决方案。采用全集成自动化理念的 SIMATIC PCS 7 即可最佳满足这种高要求，前瞻未来。 卓越的性能和优秀的系统特性，保证了可靠的数据维护、通讯和设计，符合过程控制系统的所有要求： 简单而且安全的过程控制； 方便的操作和可视化； 功能强大、快速、统一的全系统范围的工程； 系统范围内的在线更改功能； 开放性系统； 灵活性和可扩展性； 冗余性；

36、故障安全自动化解决方案； 丰富的现场总线(zn xin)集成； 灵活的批量(p lin)过程解决方案； 灵活性和可扩展性 直接(zhji)连接 IT 环境。借助于其模块化的设计，基于甄选的 SIMATIC 标准程序以及硬件和软件的架构，SIMATIC PCS 7 可以灵活适配不同的客户要求和设备规格，将来的容量扩展和技术工艺更改都毫无问题。SIMATIC PCS 7 的可扩展性表现在，从具有大约 160 个测量点的较小的单一系统（例如：PLT 点，MSR 点），例如用于实验室自动化或工业学校中的应用，直到具有 60000 个测量点、客户机/服务器架构的分布式多站系统，用于大型生产设备的自动化。

37、 因此，SIMATIC PCS 7 可以适配所有设备规格，并随着设备的不同而柔性扩展！ 面向未来 SIMATIC PCS 7 基于全集成自动化系统系列的模块化硬件和软件部件，可以相互完美协同。该系统可以无缝、经济的进行扩展和创新，通过其长期稳定的接口，而面向未来。因此，尽管创新速度越来越快，生产寿命周期越来越短，仍能优秀保护客户的投资。 SIMATIC PCS 7 采用连续性强、全新、功能强大的先进技术以及国际工业标准，例如 IEC、XML、PROFIBUS、以太网、TCP/IP、OPC、aGlance、ISA S88 或 S95，无与伦比。 SIMATIC PCS 7 的开放性更是使其可以运

38、行在所有平台和自动化系统以及过程外围设备中，以及操作员和功能系统、工业通讯或 SIMATIC IT Framework，并以连接到公司范围内的信息工具、协同工具和规划工具。 其开放性不仅表现在系统架构上，纵向集成和横向集成以及通讯上，而且还表现在用户程序的编程和数据切换接口，图形、文本和数据的导入导出，例如从 CAD/CAE 环境中导入和导出数据。 由此，SIMATIC PCS 7 也可以与来自其它制造商的部件一起使用，连接到现有基础架构中。1. 6世纪星组7.0态软件(run jin)简介世纪星组态软件是在PC机上开发的智能型人机接口（HMI）软件系统，她以 Windows 98/2000/

39、NT 中文平台作为其操作系统，全中文界面。产品在开发和设计过程中，采用国际先进的组态理念(l nin)，吸收当前国内外先进组态软件的优秀成果，并经过严格的实验测试和众多行业的现场实践。面向市场三年以来，在各行业有许多成功的应用。世纪星组态软件作为一个实时界面实用程序生成器，可以产生在现场级别和管理级别上的监控和数据采集系统。她全面支持国内国际的各种外部设备，每个用户根据工程实际情况，利用世纪星组态软件提供的底层设备（PLC、智能(zh nn)仪表、智能模块、板卡、变频器等）的 I/O Driver 进行数据交换；支持OLE、OPC、DDE、ODBC、ActiveX、TCP/IP、多种现场总线、

40、Modem拨号连接、Web浏览器、配方管理等。世纪星监控组态软件系统由开发系统CSMaker和运行系统CSViewer两部分组成。CSMaker和CSViewer 是各自独立的32位应用程序，均可单独使用；两者又相互依存，在开发系统CSMaker中设计开发的应用程序必须在 CSViewer 运行环境中才能运行。世纪星监控组态软件开发系统 CSMaker 是其应用程序的集成开发环境。软件开发者在这个环境中完成图形界面的设计、数据库定义、动画连接等。开发系统具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，能合理地抽象控制对象的特性，对数据的报警、趋势曲线、历史数据记录、安全防范等重要功能有简单

41、的操作办法。利用图形控件功能可以大大减少设计界面的时间，从整体上提高工控软件的质量。CSViewer 是世纪星监控组态软件的实时运行环境，用于显示开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与 I/O 服务程序的数据交换。它通过实时数据库管理从工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史数据记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。世纪星组态软件的突出特点：超级图形制作功能：不仅用于画面组态，而且被广泛用作绘图工具软件，如绘制工艺流程图，制作 PowerPoint 幻灯片，设计软件流程框图等；主要体现在：渐进颜色填充，从屏幕抓取点位图，立体管道

42、，数百种常用图库以及自定义图库功能。先进的文本语音报警技术：开创世界组态软件的先河，无需预先录制语音，即可让计算机进行标准普通话语音报警，不受中文词汇(chu)限制。强大的虚拟机技术：解决了国内组态软件行业内工程项目规模(gum)大后，I/O 点数大，数据采集不及时的一大通病，实现了无论工程项目大小，都能实时反映现场情况。强大的 Internet 发布(fb)功能，无论您在世界上任一角落，只要您的电脑能够上互联网，您就能实时观测现场数据、画面，无需另外安装客户端。全新组态报表功能：在工控软件界首次引入组态报表概念，组态报表使用方便（类似 Excel），功能强大，不但可以得到实时报表和历史报表（

43、班报、日 报、月报、年报等），同时，在报表中可任意插入柱状图、圆饼图、折线图、散点图等，并能方便打印。先进的视频监控功能，帮助您身临其境，更好、更直接的了解现场。全新管理组态概念：内嵌数据库管理功能将组态软件上升到管理层次，在系统中可以直接管理用户、设备及各种用户所需的数据。设备组态功能：驱动程序采用 COM 组件技术，实现世纪星组态软件与驱动程序的完美整合；系统配置了设备安装向导，使用户轻松组态各种硬件设备；已经支持上千种国内外的硬件设备。历史数据补余功能：广泛用于记录仪、仪器仪表、电力系统的数据采集。世纪星组态软件可用于电力、通讯、制冷、化工、石油、钢铁、煤炭、 水泥、纺织、机械制造、造纸

44、、食品、水处理、建材、环保、智能楼宇、实 验室、交通等多种工程领域。无论应用场合如何，都可以使用世纪星组态软件构造有效的监控和数据采集系统。用户工程发布功能：用户在用世纪星开发完工程后，可以把工程随同世纪星安装光盘发布。Windows 标准控件功能：用户可以在世纪星的画面中插入(ch r)自定义标准 OCX 控件,可以拓展世纪星的功能。设备故障自恢复功能：世纪星在和设备通讯时，一旦出现设备通讯故障，即设备超过设定的通讯超时时间不响应上位机指令，则世纪星将和该设备停止(tngzh)通讯，并在尝试恢复时间到时，尝试与设备重新建立通讯，此法可以使世纪星不会因为所连的个别 I/O 设备出现故障，而影响

45、整个系统的通讯效率。设备通讯测试功能：用户可以在世纪星开发系统(xtng)中，在添加设备的同时可以对设备进行通讯测试。与其他应用程序的数据交互功能：1. 世纪星提供网络控件，用户可以借助该控件利用 VC+或 VB 等开发工具编写应用程序和世纪星在网络中进行数据交互，世纪星把每个用户程序当作一个设备对象（从站），既可是本机的应用程序，也可是网络上其他机器的应用程序。2. 与 VC+的接口功能：在世纪星中有一个 UserDll 函数,用户可以在命令语言中调用，在世机星中每调用一次 UserDll，则世纪星自动调用 UserFunc.dll中的 UserFunction 函数，世纪星提供 UserF

46、unc 的的 VC+原程序，用户可以通过这个接口，借助于 VC+完成组态软件无法完成的功能（如复杂算法）.世纪星还可以和其他软件通过 Modem、RS232、RS485、RS422 依据 MODBUS协议进行通讯，世纪星可以做为主站，也可以作为从站。参看设备驱动下的主从机通讯。2 系统总体方案设计(shj)及主要输料硬件选择2.1系统(xtng)总体方案设计电解槽物料输送系统方案采用可编程控制器结合上位机的控制方式。PLC通过通信模块(m kui)CP340与上位机的MODEMS进行通讯。总体设计方案如图2.1。双绞线MODEMS上位机CP340SIMATIC S7-300PLC现场设备传输电

47、缆现场设备现场设备PROFIBUS DP总线图2.1系统总体方案设计图PLC放置于监控调度室，现场压力和物料高度信号经过压力罐自带的传感器转换为电信号后直接进入PLC的AI模块；开关量信号经过继电器的二次输入进入PLC的DI模块、这些进来的信号经过程序处理后通过DO模块、继电器和电磁阀来驱动现场设备的执行。PLC通过通信模块CP340与上位机的MODEMS进行通讯。上位机对数据进行显示、记录、报警和控制。PLC的编程采用STEP7编程语言分为手动和自动控制两部分。上位机采用世纪星V7.00通用工控组态软件，来进行现场监控、报警、记录、视频监视等功能。2.2主要输送硬件(yn jin)选择(1)

48、压力罐容积103工作压力0.7压力罐上附带关闭压力罐进料口的锥形阀一个,32安全阀一个,50往复式隔膜阀一个(带信号反馈(fnku),高低料位显示的料位计两个,排料嘴一个。 (2)振动筛型号-筛孔直径(zhjng):6振幅:56层数:1层频率:12001600次/用于过滤氧化铝杂质(3)加料皮带用于给压力罐等加料(4)排气阀型号641-50在压力罐上用于输送氧化铝完毕后及加料时罐内余气排空(5)压力控制器安装在气控箱中用于控制管道压力(6)上位机采用Advantech/IPC-610/PCA-6157/工业控制计算机,21寸彩显,1784-KTX通讯接口卡,在线UPS,打印机,净稳,联想586

49、计算机等构成。(7)PLC选用西门子S7-300PLC，开发软件选用SIMATIC MANAGER。3 PLC设计(shj)部分3.1PLC的工作(gngzu)原理PLC采用了一种不同于一般微型(wixng)计算机的的运行方式扫描技术，既输入采样，用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作为一个扫描周期。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。 SHAPE * MERGEFORMAT 一.输入采样阶段:在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有的数据和状态，并将它们存入I/O映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态

50、发生变化，I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。二.用户程序执行阶段:在用户程序执行阶段，PLC的CPU总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统RAM存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如：算术运算、数据处理、数据传达等。三.输出刷新阶段:在输出刷新阶段，CPU按照I/O映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是PLC真正的输出。3.2 PLC硬件设

51、计本系统浓相输送控制分布于500m100m区域内,共有DI52（8*6+4）点,DO58（9*6+4）点,AI12路.超浓相输送分布于1000m100m区域内,共有DI160点,DO160点.由于各测控点分散,而电解车间又具有几万高斯的电磁场,因此,控制要求如下:1)实现自动控制,手动控制仅用于维护;2)抗强电磁场干扰;3)显示各系统工艺流程图、压力棒图和趋势图,能进行语音报警等;4)记录输料罐数、现场数据、报警位置和类型等。综上所述PLC各模块(m kui)类型如下:(1)CPU单元(dnyun):CPU315-2DP,RAM48K,可扩展EEPROM512K；(2)DI模块(m kui):

52、 SM321,32路/块,7块;(3)DO模块:SM322,32路晶体管/块,7块;(4)AI模块:SM331,8*12位，1块；(5) AO模块:SM332,4*12位，1块；(6)机架:1771-A2B,8槽,3块;(7)电源:PS307,10A,3块；(8)接口模块：IM360,1块，IM361,2块。因为每个机架最多可以带8个信号块，系统需要用到的信号块就有14个，因此必须使用扩展机架。因此就要用到接口模块。在这个系统中总共要用到两个扩展机架因此要用到2个IM361,1个IM360。使用时只需要把IM361插入主机架，把另外两个IM360插入各自的扩展机架中；因为每个IM361都需要一

53、个24V的电源对整个扩展机架进行供电，因此总共需要用到3个电源。CPU315-2DP具有48KB RAM，80KB（RAM）的装载存储器，可用存储卡扩充装载存储器容量最大到512KB，每执行1000条二进制指令约需0.3ms.最大可扩展1024点数字量I/O或128路模拟量通道。CPU314内装硬件实时时钟，如安装后备电池，则在电源关掉时CPU的时钟仍继续工作。CPU315-2DP是唯一带现场总线(PROFIBUS)SINEC L2-DP接口的CPU模块。CPU315-2DP的操作系统是事件驱动的用户程序扫描过程。CPU响应那些事件，操作系统自动调用该事件的组织块OB。例如，用于循环扫描的OB

54、1；用于再启动的OB100；时间/日期中断OB10；延时中断（16000ms）OB20；硬件中断OB35；诊断中断OB82及错误/故障组织块OB80，OB81，OB85，OB87，OB121，等。CPU314可调用128个功能块FB（0127）；128个功能调用FC（0127）；127个数据块DB（0127，0保留）；OB,FB,FC,DB的容量均不大于8KB。除此之外，有34个系统功能SFC集成在操作系统中供用户调用，有九个系统数据块SDB装载S7-300的系统参数。 SM321数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块分为直流输入方法和交流输入

55、方法，对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样(ci yn)。采样时，信号经过背板总线进入到输入映象区。 数字(shz)量输入模块SM321有四种模块型号可供选择，即直流16点输入直流32点输入(shr)交流16点输入交流8点输入模块本系统因为考虑手动操作,所以数字量很多所以采用直流32点输入模块。 SM322数字量输出模块将S7300内部信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，可直接用于驱动电磁阀接触器小型电动机灯和电动机启动器等。按负载回路使用的电源不同分为：直流输出模块交流输出模块和交直流两用输出模块。按输出

56、开关器件的种类不同又可分为：晶体管输出方式可控硅输出方式和继电器触点输出方式。晶体管输出方式的模块，只能带直流负载，属于直流输出模块；可控硅输出方式属于交流输出模块；继电器触点输出方式的模块属于交直流两用输出模块，从影响速度上看，晶体管响应最快，继电器最慢；从安全隔离效果及应用灵活性角度看，以继电器触点输出型最佳。本系统因为考虑手动操作,所以数字量很多所以采用直流32点输出模块。 PS307是西门子公司为S7300专配的24V DC电源。PS307系列模块除输出额定电流不同外（有2A,5A,10A三种），其工作原理和参数都不一样。 本系统选用PS307 10A模块电源。PS307 10A模块的

57、输入接单相交流系统，输入电压120/230V,50/60HZ，在输入和输出之间有可靠的隔离。如果正常输出电压24V，则绿色LED点亮；如果输出电路过载，则LED闪烁，输出电流长期在10A到13A之间时，输出电压下降，电源寿命缩短，电流超过13A时，电压跌落，跌落后可自动恢复；如果输出短路，输出电压为0V，LED变暗，在短路消失后电压自动恢复。输出电压允许范围24V5%,最大上升时间2.5S,最大残留纹波150Mvpp.电源效率89，功率输入270W，功率损耗30W。PS307 2A模块的功率损耗10W, PS307 5A 模块的功率损耗18W PS307可安装在S7300专用导轨上，除了给S7

58、300CPU供电，也可给I/O模块提供(tgng)负载电源。 SM331模拟量输入模块主要由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。A/D转换部件是模块的核心，其转换原理采用积分方法，积分时间直接影响到A/D转换时间和A/D转换的精度。被测模拟量的精度是所设定的积分时间的正函数(hnsh)，也即积分时间越长，被测值的精度越高。SM331可选四档积分时间：2.5MA,16.7 MA,20 MA,100MS，相对应得意位表示的精确度为：9，12，12，14位，每一种积分时间有一个最佳的噪声抑制频率fo，以上四种积分时间分别对应400HZ,60HZ,50HZ,1

59、0HZ.SM331的8个模拟量通道共用一个积分式A/D转换部件，即通过模拟切换开关，各输入通道按顺序一个接一个的转换。某一通道从开始转换模拟量输入值起，一直持续到再次开始转换的时间称模入模块的循环时间，它是模块中所有活动的模拟量输入通道的转换时间的中总和。实际上，循环时间是对外部模拟量信号的采样间隔，为了缩短循环时间，应该使用STEP7组态工具屏蔽掉不用的模拟量通道，使其不占用循环时间。对于一个积分时间设定为20MS，8个输入通道都接有外部信号且都需断线监视的SM331模块，其循环时间为(20+10)*8=256MS.因此，对于采样时间要求更快一些的场合，优先选用二输入通道的SM331模块。S

60、M331的每两个输入通道构成一个输入组，可以按通道组任意(rny)选选择测量是否排气阀物料高度高判断?电机关电动筛关物料切断阀关排气阀关压力检测过程自动输送过程电机开电动筛开物料切断阀开物料高度判断?是否加压阀开方法和测量范围。模块上须接24V DC 的负载电压L+，有反接性保护功能；对于变送器或热电偶的输入具有保护功能。模块以S7-300CPU及负载电压之间是光电隔离的。SM332模拟量输出模块的响应时间包括内部存储器传送数字化输出值的时间和数模转换的时间。模拟量输出各通道的转换是顺序进行的.模块的循环时间是所有活动的模拟量输出通道的转换时间的总和。 模出的影响时间是一个比较重要的标志,响应