电解槽物料输送PLC控制及其上位机组态系统设计

1、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

2、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、

3、现场数据、报警位置和类型等。综上所述PLC各模块类型如下:(1)CPU单元:CPU315-2DP,RAM48K,可扩展EEPROM512K；(2)DI模块: 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

4、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

5、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OB1；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SD

6、B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。采样时，信号经过背板总线进入到输入映象区。 数字量输入模块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

7、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

8、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。PS30

9、7 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S7300CPU供电，也可给I/O模块提供负载电源。 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，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

10、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,10HZ.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+1

11、0)*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。SM331的每两个输入通道构成一个输入组，可以按通道组任意选选择测量是否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,响应时间就是在内部存储器中出现数字量输出值开始到模拟输出达到规定值所用时间的

12、总和。它和负载特性有关,负载不同(如容性,阻性和感性负载),响应时间也不一样。SM332可以输出电压,也可以输出电流.在输出电压时,可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。采用4线回路能获得比较高的输出精度。3.3 PLC设计流程图 浓相传输部分(图3.1),主要是把氧化铝经过压力罐加压,通过风动溜槽把物料输送到含氟氧化铝储存罐。整个过程包括电动机,电动筛的启动过程,加压过程和物料输出过程.在运行过程里可以根据物料高位计的动作通过加计数器对已经输送罐数进行计数,因是压力高判断是压力高判断是否加压阀关送料阀开压力平衡阀开出料阀开物料高度低判断？自动输送过程否图3.1 PLC浓相输送设计流程

13、图超浓相部分(图3.2),主要是根据电解槽物料的需求情况,自动启动离心机,离心机通风阀门对电解槽供料。在现场总共有两个车间,分别用一个离心机供料。在“槽内物料足”这个信号是作为每个车间发回来的综合信号。每个电解槽的物料高度也分别有一个模拟量信号,是经PLC传给上位机的监控信号。 离心机启动离心机启动槽内物料足?开通风阀电解槽下料口开电解槽下料口关否是 图3.2超浓相传输PLC流程图3.4 PLC I/O地址表（部分）S7-300CPU有三个基本存储区系统存储区：RAM类型，用于存放操作数据（I/O、位存储、定时器、计数器等）。装载存储区：物理上是CPU模块的部分RAM,加上内置的EEPROM或

14、选用的可拆卸的FRROM卡，用于存放用户程序。工作存储区：物理上占用CPU模块中的部分RAM,其存储内容是CPU运行时，所执行的用户程序单元（逻辑块和数据块）的复制件。CPU工作存储区也为程序块的调用安排了一定数量的临时本地数据存储区或称L堆栈，L堆栈中的数据在程序块工作时有效，并一直保持，当新的块被调用时，L堆栈重新分配。CPU程序所能访问的存储区为系统存储区的全部、工作存储区的数据块DB、暂时局部数据存储区，外设I/O存储区等。外设输入(PI)和外设输出（PQ存储区除了和CUP型号有关外，还和具体的PLC应用系统的模块配置相联系，其最大范围为64KB。数字量模块里的输入点和输出点的地址有字

15、节部分和位部分组成。例如：I1.2 I 输入 1字节地址 2 位地址表3.1 PLC地址表(部分): 地址符号备注I0.0MANUAL手动操作I0.1AUTO自动操作I0.2PROTECT1关I0.3DIANJI电机I0.4CHUQIFA出气阀门I0.5JIAYAFA加压阀门I0.6YALIBUCHANGFA压力补偿阀门I0.7SONGLIAOFA送料阀门I1.0CHULIAOFA出料阀门I1.1NEXT1NEXT1I1.2NEXT2NEXT2I1.3NEXT3NEXT3I1.4NEXT4NEXT4I1.5PROTECT2自动连锁保护I1.6WULIAOGAODU物料高度I1.7YAQIANG

16、压强I2.1SHUSONGGUOCHENG输送过程I2.2DIANDONGSHAI电动筛I2.3WULIAOQIEDUANFA物料切断阀门I3.0WULIAOHIGH物料高位计动作I3.1YALIHIGH压力高位计动作I3.2WULIAOLOW物料低位计动作Q4.0Q_AUTO自动操作输出Q4.1Q_MANUAL手动操作输出Q4.2Q_PROTECT1手动连锁保护输出Q4.3Q_PROTECT2自动连锁保护输出Q4.4Q_DIANJI电机输出Q4.5Q_DIANDONGSHAI电动筛输出Q4.6Q_JIAYAFA加压阀门输出Q4.7Q_CHUQIFA出气阀输出Q5.1Q_YALIBUCHANG

17、FA压力补偿阀门输出Q5.2Q_WULIAOQIEDUANFA物料切断阀们输出Q5.3Q_SONGLIAOFA送料阀门输出Q5.4Q_CHULIAOFA出料阀门输出Q5.5Q_WULIAOHIGH物料高位计动作输出Q5.6Q_WULIAOLOW物料低位计动作输出Q5.7Q_YALIHIGH压力高位计动作输出Q6.0Q_SHUSONGGUOCHENG输送过程输出3 5 PLC设计梯形图梯形图是PLC运行的依据,下面只简单介绍了部分浓相部分的梯形图。梯形图（LADDER DIAGRAM）表达式是在原电器控制系统中常用的控制器，继电器梯形图基础上演变而来的。它与电器操作原理图相呼应，形象，直观和适用

18、，为广大电气技术人员所熟知，是PLC的主要编程语言。本设计就是才用梯形图编程的。1.梯形图的格式每个梯形图网络由多个梯级组，每个输出元树可构成一个梯级，每个梯级可由多个支路组成。通常每个支路可容纳的编程元素个数和每个网路最多允许的分支路数都有一定的限制。最右边的元素必须是输出元素。简单的编程元素只占用1条支路（例如常开/常闭接点，继电器线圈等），有些编程元素要占用多条支路（例如矩阵功能）。在用梯形图编程时，只有在一个梯级编制完整后才能继续后面的程序编制。PLC的梯形图从上至下按行会制，途中竖线类似电器控制图的电源线，称作母线（BUS BAR），每一行从左至右，右侧总是安排输入触点并且把并联触点

19、多的支路靠近最左端。输入触点不论是外部的按钮，形程开关，还是继电器触点，在图形符号上只用常开“|”和常闭“|/|”，而不及及其物理属性。输出线圈用圆形或椭圆型表示。在梯形图中每个编程元素应按一定的规则家标字母和数字串，不同的编程元素常用不同的字母符号和一定的数字串来表示。2.PLC梯形图编程的特点梯形图格式中的继电器不是物理继电器，每个继电器各输入触点均为存储器中的一位。相应位为“1”状态，表示继电器线圈通电，常开触点闭合或常闭触点断开；相应位为“0”状态，表示继电器线圈失电，常开触点断开或常闭触点闭合。梯形图中流过的电流不是物理电流，而是“概念”的电流。是用户程序解算中满足输出条件的形象表示

20、方式。“概念”电流只能从左向右流动。梯形图中的继电器触点可在编制用户程序时无限引用，即可常开又可常闭。梯形图中用户逻辑结算结果，马上可以为后面用户程序的解算是跟据PLC内I/O映象区每位的状态，而不是解算时现场开关的实际状态。输出线圈中对应输出映象区的相应位，不能用该编程元素直接驱动现场执行机构。3.5.1 PLC手动操作梯形图OB1 浓相输送梯形图 (Cycle)浓相输送手动操作过程Network1 手动启动自保(图3. 3) 这是个记忆电路，是防止一旦断电没有来得及断开电源造成的机器自动运行的情况。手动操作时，自动操作必须送关闭的，不允许手动操作和自动操作同时工作。一般情况是手动操作在系统

21、调试和故障排除时才使用。正常情况下使用自动操作。图3.3 PLC手动操作梯形图Network2: 电机启动过程(图3. 4) 电机启动时带动皮带并和电动筛自动启动运行，前提是物料罐内物料未满。然后依次打开物料切断阀门，出气阀门。并发出启动外部输出电机启动信号。图3.4电机启动过程图Network3: 手动加压过程(图3.5) 加压时自动打开出气阀，加压前提是压力高未动作。然后打开出气阀门，并发出启动外部加压阀门信号。出气管道直接通到电动筛口，借助排出气体使电动筛上的氧化铝材料粉尘尽量少的往外飞扬，对现场的除尘和员工的安全有很好的作用。图3.5手动加压过程图Network4: 手动打开压力补偿阀

22、(图3.6)压力补偿阀打开后，进入物料输出阶段，电机，电动筛，加压阀，出气阀自动关闭。图3.6手动打开压力补偿阀图Network5：手动打开送料阀(图3.7) 打开送料阀时，压力补偿阀必须在打开状态，压缩空气进入溜槽。清除溜槽残余物料。图3.7手动打开送料阀图Network6：手动打开出料阀(图3.8) 打开出料阀时，送料阀必须打开送料阀。而且罐内物料低未动作。图3.8手动打开出料阀Network7：物料高动作(图3.9) 物料高动作时自动关闭电机，电动筛，加料过程结束。图3.9物料高动作图Network8：压力高动作(图3.10) 压力高动作时，加压过程自动结束，加压过程结束。图3.10压力

23、高动作Network9：物料低动作(图3.11) 物料低动作时，自动关闭出料阀关闭。一次物料浓相传输完成。图3.11物料低动作3.5.2 PLC自动操作梯形图(图3.12)浓相输送自动操作启动自保过程，这是个记忆电路，是防止一旦断电没有来得及断开电源造成的机器自动运行的情况。手动操作时，自动操作必须送关闭的。 自动操作模式打开后，依次打开输送过程，出气阀，物料切断阀，加压阀，电动筛，电机并对应各自输出。自动进入充料完成阶段。 在物料已满的情况下，自动关断电机，电动筛，出气阀，物料切断阀并进入加压完成阶段 在充料过程结束后，加压罐持续加压，等到罐内压力达到要求时自动关断加压阀门，自动打开送料阀，

24、压力补偿阀，出料阀。并启动物料地位动作过程。物料低位计动作时,自动关断出料阀，压力补偿阀，送料阀，启动下一次充料，输送过程。图3.12 自动操作过程梯形图4 上位机组态设计 在本课题的设计中采用的是世纪长秋公司的世纪星V7.00版本，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。PC系统采用较为稳定的WINDOWS2000版本。 本系统共有多个画面组成，分成操作者

25、登陆，自动操作，手动操作，报警记录，带图，棒图，组态报表，视频监视等画面。完成浓相输送的操作与监视功能，详细功能在画面介绍中。4.1上位机设计要求 上位机部分分为浓相传输部分和超浓相传输部分以及与PLC的通信部分。 浓相传输部分主要根据工艺流程图完成物料的填充,加压,输料过程。操作过程分为手动和自动两部分,两部分相互联系,但不能同时操作。在画面上以动态图形显示现场各部件的运行状态,故障时系统信息自动保持,使现场维护工作人员能迅速排除故障。浓相传输上位机部分还要具有设备各变量的工作变化趋势,实时报警信息,历史报警信息,能同步视频显示外部设备运行情况以及报表功能等。 超浓相传输部分是从存储有加氟氧

26、化铝罐通过各立体管道输送至电解槽。该系统要求能够显示外部160个电解槽物料需求情况以及对离心机运停,离心机出口阀的开关等操作。 两部分要求从软件设计上能与外部PLC部分能够同步通讯。从厂房结构上说一般都是上位机和PLC控制器都在现场调度室距离非常近,所以PLC控制器可以采用双绞线直接连到上位机上的MODEMS进行通讯。42 主要画面及其功能介绍 上位机系统中,要根据现场实际情况对上位机画面进行设计,要在画面上多方面显示重要变量的各种信息,要尽量的直观化,经过一个多月的努力终于完成的上位机画面的构思与设计,下面就简单介绍部分画面的制作情况以及各自功能。421主画面窗口图4.1主画面窗口图“主画面

27、窗口” (图4.1)是运行系统的首页，链接采用弹出时覆盖方式，共有六个链接，各画面链接到相应的浓相输送窗口的界面。1#罐1罐浓相传输窗口2#罐2罐浓相传输窗口3#罐3罐浓相传输窗口4#罐4罐浓相传输窗口5#罐5罐浓相传输窗口6#罐6罐浓相传输窗口 画面简单，清晰美观。422浓相输送控制窗口图4.2浓相输送控制窗口图“浓相输送控制窗口画面”(图4.2)是浓相传输的最重要的画面，主标题下面是菜单栏，直接连接到各自的画面窗口。画面上有当前日期，时间以及物料高度变量，压力大小变量的数字直接表示，在各变量的图像上也能以颜色变化，上下移动，上下弹跳，左右移动等动画显示。形象生动。在操作上分为自动操作和手动

28、操作。两过程不能同时操作。自动操作是根据编写的程序过程自动完成打料过程。手动操作是在系统调试和处理故障时才使用。在手动操作时也有一定的连锁保护措施，例如在排了过程中充料过程必须结束，也即出料阀打开时电机，电动筛，物料切断阀门等必须关闭的。真人语音报警是本系统的特色之一，完善了以往组态监控只能一直注视画面的不足。需要报警的语音不用先录音，直接输入要报警的语句即可，系统会自动完成普通话的报警实现。真人语音报警是在故障发生时自动告诉操作人员故障发生的具体情况，既减轻了操作人员的劳动强度，减少了因操作人员因疏忽造成系统运行故障的几率，同时也简化了处理故障的过程使排除故障更有目的性。如果操作人员不想使用

29、真人语音报警功能可以取消该功能，也可以再次启动真人语音报警。在屏幕上的“语音报警信息”的文本显示里会显示报警内容的文本，即使在取消语音报警功能了，报警内容也能显示在“语音报警信息”的文本显示里。物料罐已充料罐数数字显示可以直观的告诉操作人员已经充料的具体罐数。如果已经记录的数字过大则可以点击“清零”按钮，计数从0重新开始计数。如果清零后会不会就丢失了充料的罐数值呢？不会的，在组太报表里会有充料罐数的记录。画面底部的实时报警窗口，也是同步显示报警的具体情况的，报警画面会自动滚屏。同时也可一拉动滚动条查看自开机以后的报警情况。在报警画面会自动显示报警日期，时间，报警组，报警变量，报警恢复，应答，报

30、警时当前变量值等等。图43登陆菜单项图上图是菜单项的”登陆”菜单项(图43)，为了确保系统使用安全，责任具体到个人，操作人员在进行系统操作时必须登陆，密码区分大小写。系统会自动记录登陆人员的用户名。在不进行登陆的情况下，操作人员是没有资格运行系统的。改变密码是为了保障操作人员的用户名不被其他人员盗用的，操作人员可以在登陆后更改自己认为安全的密码，同时对自己的密码负责。图4.4 配置用户图在“配置用户”的菜单里(图4.4)登陆用户访问级别在9000以上的用户可以进行增加用户，修改用户，删除用户等功能。配置用户对话框参数设置如下：增加：增加新的用户，同时设置其密码和访问级别。修改：修改用户的密码和

31、访问级别。“超级用户”和“NONE”的用户名和访问级别不能被修改。删除：删除选中的用户。不能删除“超级用户”和“NONE”。保存：保存用户信息到数据库中。423实时趋势曲线窗口说明： 物料高度 压力大小图45 实时趋势曲线窗口图“实时趋势”(图4.5)用于实时显示数据的变化情况。在画面运行时实时趋势曲线对象由系统自动更新。数据将从趋势的右边进入，同时趋势将从右向左移动。图形的纵轴显示的是变量数值，图形的横轴上显示的是时间，时间点之间有均匀分割线。实时趋势图对当前变量的变化趋势有很好的分析作用，也是在处理故障情况下对各变量的状态最切实的分析数据趋势变化。424历史趋势曲线窗口说明： 物料高度 压

32、力大小图46 历史趋势曲线窗口图“历史趋势曲线”(图46)用于历史数据的查看工作。历史趋势曲线可使您得到过去的时间和数据。软件运行时，历史趋势曲线并不自动卷动，它一般与功能按钮一起工作，利用历史趋势曲线变量的域或使用与历史趋势曲线有关的函数可以完成对历史趋势曲线的控制，这些按钮可以完成翻页、设定时间参数、启动/停止记录、打印曲线图等复杂的功能。纵轴显示数值是变量的数值对比点，横轴是时间轴，显示时间间隔，在点击画面时会弹出一对话框，在对话框内可以对各参数进行设置。由于历史趋势曲线的数据来源于历史数据文件，所以应确保历史数据记录的正常工作。当使用历史趋势曲线时，应特别注意：选择历史记录有效历史趋势

33、曲线中显示的变量在变量定义时，应选择历史记录有效。确保历史数据文件的存储目录有效在工程管理器“系统配置”节点下双击“历史数据记录”，则弹出历史记录配置对话框。在此对话框中输入记录历史数据文件在磁盘上的存储路径和其它属性(如数据文件记录时数，记录起始时刻，数据保存天数)。重新启动历史数据记录在CSVIEWER的菜单条上单击“系统”菜单项，再从弹出的菜单命令中选择“重启历史数据记录”命令项，此选项用于重新启动历史数据记录，在没有空闲磁盘空间时，系统就自动停止历史数据记录。当发生此情况时，还显示一信息框，通知用户，用户将数据转移到其他地方后，空出磁盘空间。此操作可调用此命令重启历史数据记录。425实

34、时报警窗口图47 实时报警窗口图上图是“实时报警窗口”(图47)，记录了自开机以来的报警，恢复，处理等过程并显示报警的日期，时间，变量，报警类型，报警当前值，界定值，报警优先级等。报警处理是“工业现场监控系统”中的一个重要内容。当变量的数值或数值的变化异常时，将产生报警，以便操作者采取必要的措施。点击历史报警画面时会弹出如下窗口(图4.8)：图4.8 报警窗口配置报警窗口名：规定报警窗口在数据库中的变量登记名，此报警窗口变量名可在为操作报警窗口建立的命令语言连接程序中使用。窗口类型：用户可选择报警窗口类型：实时报警窗口或历史报警窗口。标题：选中此选择框将在报警窗口中显示标题。同时右面的“背景色

35、”按钮和“文本色”按钮加亮，其中“背景色”按钮是选择标题条的背景色，“文本色”按钮是选择标题文本色，用鼠标按下相应按钮出现一个浮动的颜色选择对话框，使用方法与“趋势曲线”类似。颜色：报警事件显示时的颜色设置。边框色：是报警事件窗口的边框显示颜色，使用方法与“文本色”类似。背景色：是报警事件窗口的背景显示颜色，使用方法与“文本色”类似。报警色：是报警事件窗口的报警显示颜色，使用方法与“文本色”类似。应答色：是报警事件中应答报警事件的显示文本颜色，颜色选择方法与报警色类似。恢复色：是报警事件中报警恢复事件的显示文本颜色，颜色选择方法与报警色类似。此项能否选择与实时和历史报警窗口选择有关，在实时报警

36、窗口中此项被禁止，因为它不显示此类报警事件。报警信息格式：报警事件的显示格式。日期：选择是否记录日期，及如何记录日期，后面有四种格式可供选择。YY是年、MM是月、DD是日的数字表示。时间：选择时、分、秒是否记录，可选较短的格式。报警类型：是否记录报警事件的种类（高高、偏差报警等）。事件：是否记录是何种报警事件（报警、应答、恢复），这几类事件在报警窗口中以不同颜色显示。优先级：是否记录报警事件的优先级。变量名：是否记录发生报警事件的变量名，后面的数字是变量名所占的字符宽度，如果变量名超出此宽度，将被截断。报警组名：是否记录报警组名，后面的数字是报警组名所占的字符宽度。当前值：是否记录报警发生时的

37、数据变量值，后面的数字是变量值所占的字符宽度。界限值：是否记录报警发生时变量报警定义时的报警设定值，后面的数字是此值所占的字符宽度。注释：是否记录报警发生时数据变量的描述，这使用户可以利用描述来给操作员解释报警事件的性质或提示报警事件的处理方法，后面的数字是变量描述所占的字符宽度。新报警发生时，报警窗口自动滚动：窗口是否总是显示最后出现的报警事件，滚动选择项有效时报警事件从下向上推移。否则，需要建立有命令语言连接的按钮来操作以查看报警窗口的内容。显示报警优先级：指报警窗口显示报警事件的必须达到的优先级，可以在编辑区直接输入。426历史报警记录窗口图49 历史报警记录窗口图上图是”历史报警窗口”

38、(图49)，记录了设定时间以来的报警，恢复，处理等过程并显示报警的日期，时间，变量，报警类型，报警当前值，界定值，报警优先级等。报警处理是“工业现场监控系统”中的一个重要内容。当变量的数值或数值的变化异常时，将产生报警，以便操作者采取必要的措施。点击历史报警画面弹出窗口属性同实时报警。427事件记录窗口图410 事件记录窗口图事件是按设计者编写的某些事件发生时系统自动转入设计好的程序，主要用在突发事件或者不常发生的高危险动作。事件命令语言可以规定在事件发生、存在、和消失时分别执行的程序。离散变量名或表达式都可以作为事件。本系统定的事件有两个，一个是物料高度过高事件，一个是罐内压力过高事件。操作

39、人员可以设定事件记录的起始时间，当事件发生时事件记录报表会自动记录发生的日期，事件，事件名，操作人员用户名，变量名。事件记录报表记录太多时可以使用分类查询功能：按时间查询，按事件查询。事件记录报表可以选择“保存报表”按钮，把事件报表保存起来以便日后查询，总结。事件记录报表窗口(图410)还有报表直接打印功能，只要上位机的打印机能正常工作，就可以直接把所需要的报表打印出来。428棒图带图窗口说明：物料高度 压力大小 填充罐数图411 棒图带图窗口图“棒图和带图窗口” (图411)是用用立体的棒图和平面的带图表示设定变量的变化情况，变化趋势更直观更易读。429视频监视窗口412视频监视窗口图“视频

40、监视窗口”（图4.12）也是本系统的特色设计之一，视频源来自采集卡通过外部摄像头采集出来的画面。每台计算机支持10路视频输入,每一路对应一个视频控件,控件的设备号不能重复。同时应安装视频卡的驱动程序,需要 DirectX 8.0以上支持,参见厂家安装光盘。请先用产家带VidCap32.exe软件测试视频输入。 在采用皮带传输实现完全自动化生产的前提下，要保证现场的设备的安全生产，视频监视功能尤显重要，通过视频画面能够清晰了解现场的设备运行状况。当设备出现故障时可以立即安排工作人员前往现场修复。由于氧化铝对人的身体有危害，所以视频监视功能在很大程度上减少对铝厂工作人员的人身危害，保障了工作人员的

41、人身安全。4210组态报表窗口图413 组态报表窗口图全新组态报表功能：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（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。上图画面是“组态报表的登陆画面”(图413），可以设定报表的起始时间，时间间隔，操作员是系统根据登陆自动记录。点击综合报表即可出现类似下面的组态报表窗口。图414综合组态报表窗口图在“组态报表窗口”（图414）中，记录了从设定时间到当前时间的设定的数据变量变化情况，按照设计时间间隔采集的数据。可以把数据保存起来以便日后查询使用，也可以把数据打印出

42、来。 也可以把各开关量的开关情况也加入报表中来。在上报的数据报表中报表会自动记录操作人员的用户名，上报日期，时间等。4211 互联网WEB功能窗口WEB 发布是本系统在广域网(Internet)上发布图形和数据，即数据远程浏览功能。同基于局域网络的网络版相比，WEB 发布功能采用了国际上最先进的数据传输体系结构，确保数据传输精确、实时。用户在 Internet 网上，通过 IE 浏览器，输入服务器的 IP 地址，就可以查看现场的画面和数据。图415互联网WEB功能窗口图可以通过ASP语言对网页进行加密，增加登陆密码，保证系统的安全性。WEB功能有一个缺点就是下载速度慢，所以对于网速慢的网络不是

43、特别实用，但在单位的局域网内部，电脑配置较高的情况下还是有很高的使用价值的。作为系统的开发上说，能实现通过INTERNET进行系统操作与监视还是一个创新之举。4212退出系统窗口图416退出系统窗口图上图为“退出系统”的菜单画面(图416)，可以选择关闭控制系统并返回WINDOWS，可以选择关闭计算机，重新启动计算机。例如当前显示的选择情况为关闭控制系统并返回WINDOWS。42.13帮助窗口图417 帮助窗口图“帮助窗口”(图417)是向操作人员提供的一些使用说明和操作注意点。4214浓相传输窗口图418超浓相传输窗口图浓相传输窗口（图418）,主要功能是操作,显示从含氟氧化铝到电解槽的物料

44、输送过程。总共设计160个槽位分两个车间,输送过程分为离心机和离心机法门的开关过程。每个槽位均有响应外部现场电解槽由传感器发回的已满/未满信号。当某个电解槽的物料已经充满时,相应的上位机槽位画面会自动由红色变为绿色。43上位机组态变量字典(表41)世纪星的变量数据库是一个实时数据库。在运行时，数据库中保存的是所有变量的当前值。运行系统将数据库中的数据、用户输入的数据以及工业现场传送来的数据进行实时处理，再将数据送回工业现场，同时更新数据库中变量的当前值。表4.1 变量字典(部分)名称数据类型ID报警组注释$访问级别系统整数1访问级别$配置用户系统离散2配置用户$用户名系统信息3用户名$用户登录

45、系统离散4用户登录$退出登录系统离散5退出登录$改变密码系统离散6改变密码$日期系统整数7日期$日期信息系统信息8日期信息$年系统整数9年$月系统整数10月$日系统整数11日$时间系统整数12时间$时间信息系统信息13时间信息$时系统整数14时$分系统整数15分$秒系统整数16秒$毫秒系统整数17毫秒$历史记录系统离散18历史记录$报警记录系统离散19报警记录$新报警系统离散20新报警$垂直坐标系统整数21垂直坐标$水平坐标系统整数22水平坐标$双机热备系统整数23双机热备$启动高速命令语言系统离散24启动高速命令语言$系统系统25系统$用户菜单系统26用户菜单语音报警内存信息101$系统真人

46、发音YUSU内存整数102$系统语音语速物料高度内存实数103$系统物料高度值MOSHI内存整数104$系统语音模式报警选择内存离散105$系统语音报警开/关物料流1I/0离散107$系统流体显示历史曲线窗口历史曲线108$系统历史曲线记录报警曲线窗口报警窗口109$系统报警曲线窗口原材料计数内存实数110$系统计数退出系统内存整数114$系统退出系统历史报警报警窗口116$系统历史报警记录出料阀I/0离散117$系统压力罐出料法阀门排气阀I/0离散119$系统到电动筛口电解槽1内存离散120$系统电解槽1出气管1I/0离散121$系统出气管1出气管2I/0离散122$系统出气管2压力表内存实

47、数123$系统压力大小年内存整数124$系统年月内存整数125$系统月时内存整数126$系统日分内存整数127$系统分输送过程I/0离散128$系统加压完成后充料灌数I/0整数129$系统罐数计数清零I/0离散131$系统罐计数重新开始秒内存整数133$系统秒时间间隔内存整数134$系统时间间隔压力补偿阀I/0离散135$系统压力补偿阀手动输送内存离散136$系统手动过程自动输送内存离散137$系统自动过程电解槽2内存离散138$系统电解槽2时间偏移量内存整数141$系统时间偏移量电解槽1高度I/0实数142$系统电解槽1高度值电解槽2高度I/0实数143$系统电解槽21高度值警告信息1内存信

48、息144$系统警告信息时间长度内存整数145$系统时间长度设置延时内存整数147$系统延时器标题头内存离散148$系统标题动画标题头1内存整数149$系统标题动画ZHENDONGSHAI内存实数160$系统振动筛加压阀I/0离散161$系统加压阀门物料切断阀I/0离散162$系统物料切断阀送料阀I/0离散163$系统压力罐到溜槽日内存整数164$系统日期44上位机程序设计 在程序设计过程中为了能更好的观察系统运行的情况,编写了演示程序,经过多次演示结果分析,能达到设计目的。下面介绍部分演示程序。441系统启动执行演示程序主要完成启动时，显示的日期，时间，以及标题动画等功能。年=$年;月=$月;

49、日=$日;时=$时;分=$分;秒=$秒;标题头=1;442系统运行时执行演示程序IF (自动输送=1) & (手动输送=0) THEN 筛子=1;zhendongshai=zhendongshai+0.3;IF zhendongshai0.3 THEN zhendongshai=0;ENDIF;物料切断阀=1;物料流1=1;物料高度=物料高度+2; 加压阀=1;IF 加压阀=1 THEN压力表=压力表+1;排气阀=1;出气管1=1;出气管2=1;IF 物料高度=98 THEN充料罐数=充料罐数+1;IF 报警选择=0 THENVoice( 罐内物料已满, , yusu, moshi );语音报

50、警=罐内物料已满;ENDIF;ENDIF;IF 物料高度=100 THEN排气阀=0;出气管1=0;出气管2=0;物料切断阀=0;物料流1=0;zhendongshai=0;筛子=0;ENDIF;IF 压力表=116 THEN 加压阀=0;IF 报警选择=0 THENVoice( 罐内压力已足, , yusu, moshi );语音报警=罐内压力已足;ENDIF;输送过程=1;ENDIF;IF 输送过程=1 THEN加压阀=0;排气阀=0;出气管1=0;出气管2=0;物料切断阀=0;物料流1=0;筛子=0;zhendongshai=0;送料阀=1;压力补偿阀=1;出料阀=1;物料流2=1;物料

51、高度=物料高度-3.1; 压力表=压力表-1.8;IF 物料高度=0 THEN压力补偿阀=0;出料阀=0;延时=延时+1;IF 延时=100 THEN延时=0;送料阀=0;物料流2=0;输送过程=0;加压阀=0;排气阀=1;出气管1=1;出气管2=1;压力表=0;ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDIF; 手动控制 IF (手动输送=1)&(自动输送=0) THENIF 筛子=1 THEN zhendongshai=zhendongshai+0.3;IF zhendongshai0.3 THEN zhendongshai=0;ENDIF; ENDIF; 物料输送小车 IF 加

52、压阀=1 THEN压力表=压力表+1;排气阀=1;出气管1=1;出气管2=1;IF 压力表=118 THENIF 报警选择=0 THENVoice( 罐内压力已足, , yusu, moshi );语音报警=罐内压力已足;ENDIF;排气阀=0;出气管1=0;出气管2=0;加压阀=0;ENDIF;ENDIF;IF 物料切断阀=1 THEN 物料流1=1; 物料高度=物料高度+1;IF 物料高度=99 THENIF 报警选择=0 THENVoice( 罐内物料已满, , yusu, moshi );语音报警=罐内物料已满;ENDIF;排气阀=0;出气管1=0;出气管2=0;物料切断阀=0;物料流

53、1=0; 物料流1=0;zhendongshai=0;筛子=0;充料罐数=充料罐数+1;ENDIF;ENDIF;IF 送料阀=1 THEN 物料流2=1;ENDIF; IF 出料阀=1 THEN压力补偿阀=1; 物料高度=物料高度-1.3;压力表=压力表-0.3;IF 物料高度=99事件命令语言：IF 物料高度=110 THEN 自动输送=0;ENDIF;事件描述：压力表=115事件命令语言：IF 压力表=115 THEN 输送过程=1;ENDIF;5 通信系统设计51 PROFIBUS简介串行现场总线是主要用于自动化系统与分布在现场的设施间交换信息的通信系统,实践证明,与传统的现场总线技术相

54、比,它可使电缆、调试及维护成本节省40%之多。各系统的设计采用开放式标准使用户独立于供应商。已为全世界所接受,其应用领域遍及加工制造、过程和建筑自动化,已发展成一种开放式现场总线标准(50170),该标准为供应商和用户投资提供了最佳保护和确保了供应商的独立自主性。采用,不同厂商生产的设备不需对其接口进行调整便可通信,可用于高速时间要求的数据传输也可用于大范围的复杂通讯场合。目前已经开发出3个兼容的版本5:1)-是一种经过优化的高速而便宜的通信连接,它是专用于自动化控制系统和设备级分散的/之间进行通信的,使用-模块可取代24或020的串联式信号传输;2)-。是作为过程自动化而设计的,它可使传感器

55、和执行器接在一根公用的总线上,甚至在本征安全领域也可接上,依1158-2国际标准,-可用双电缆总线供电技术进行数据通信;3)-。是用来解决车间级通用性通信任务的,强有力的服务向人们提供了广泛的应用范围和更大的灵活性,也可用于大范围和复杂的通信系统。本系统的通信采用的是-。PROFIBUS-DP基本功能:传输技术-485双绞线双线电缆或光缆波特率9.6/12/总线存取各主站是令牌传递,主站与从站间是主从传送;支持单主或多主系统;主从设备,总线上最站点数126个通讯点对点(用户数据传送)或广播(控制指令);循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送运行模式运行:输入输出数据循环传送;清除:输入读

56、取,输出保持为故障-安全状态;停止:只能进行主-主数据传送同步控制指令允许输入和输出数据的循环传送;同步模式:输出同步;锁定模式:输入同步功能主站和从站间的循环用户数据传送;各从站的动态激活和可激活;从站组态的检查;强大的诊断功能,三级诊断信息;输入和输出的同步;通过总线给从站赋予地址;通过总线对主站(1)进行配置;每个从站最多为246字节的输入输出数据可靠性和保护机制所有的信息传输在海明距离=4进行;2)从站带;从站的输入/输出存取保护;主站上带可变定时器的用户数据传送监视.5 2系统通信设计概述双绞线MODEMS双绞线MODEMS上位机CP340SIMATIC S7-300PLC现场设备传

57、输电缆现场设备现场设备PROFIBUS DP总线图5.1 系统通讯PLC是采用西门子的S7-300系列,CPU是选用的CPU315-2DP型号的,它自带现场总线(PROFIBUS)SINEC L2-DP接口的CPU模块.可以直接连接到总线上。上位机中的监控软件采用的是世纪星V7.00,可以与PLC同时分布在PROFIBUS总线上进行通讯,也可以采用CP340通讯模块与上位机MODEMS进行通讯,本系统中因为上位机与PLC柜在同一个车间,相距很近,所以采用CP340通讯模块与上位机MODEMS进行通讯。因为电解铝厂一般都有几十万安培的高电流,所以通讯电缆采用可屏蔽的双绞线。现场各I/O口,传感器

58、等现场设备采用通过RS485接口连接到现场总线,从而完成与PLC的通讯。6抗干扰措施本系统干扰主要来源有:电解车间电解槽强大电磁场供电电源,信号长距离传输带来的干扰等。6.1 硬件抗干扰措施采用双绞屏蔽线,单端接地;控制系统用计算机标准机房及地线;采用美国Rockwell公司三芯专用通讯电缆;PLC的CPU通讯电缆地线与各种现场地线分开模拟量AI采用差分输入方式;采用交流净化电源供电,输入/输出光电隔离及滤波.6.2 软件抗干扰设计运行异常报警。可通过CPU状态菜单进行查询;对易形成抖动的检测或控制回路,采取保护子程序;模拟量采集:选用12位A/D模板1771-IFE/C,采用算术平均滤波方法

59、,并控制每个压力罐的主要阀门;程序采取复执技术:在程序执行过程中,一旦发现现场故障或错误,就重新执行被干扰的先行指令若干次,若复执成功,说明为干扰。对死循环作处理:死循环主要通过程序判断出是由主要故障造成的还是由次要故障造成的.由主要故障造成的则自动停机处理,由次要故障造成的可通过子程序处理.这些故障是依据现场设备、CPU组态及状态菜单进行观察的。结论电解槽物料输送系统是电解铝厂很重要的一个工作过程，随着现代化水平的提高其控制过程日趋完善，基本上已经实现了输料过程自动控制。根据毕业设计指导老师孙伟教授布置的毕业设计要求，经过前期对现代可编程逻辑控制器的原理及其应用、世纪星组态设计软件、STEP

60、7软件的学习以及对山东兖州科澳电解铝厂的实际调研，我完成了电解槽物料输送系统的设计工作。实现了对电解槽物料输送系统中的浓相传输和超浓相传输的控制。本系统设计分为两个子系统一个是控制过程的PLC设计，一个是控制过程的上位机组态监控设计。本系统实现了上位机组态监控，完成了对两输送过程的主画面设计、组态报表、报警系统、曲线显示系统的设计，并在传统的上位机组态监控的基础上进行了创新，设计完成了视频监视窗口、真人发音语音报警系统，监控系统的互联网功能。使控制过程更加透明化、操作更简易；并对控制过程出现的故障情况能即时报告，使排除故障工作更有效。完成了电解槽物料输送系统的浓相传输和超浓相传输的PLC的控制