DCS控制系统设计(本科生毕业论文)

PAGEIVPAGEIII碱回收燃烧工段DCS控制系统设计摘要燃烧是造纸过程的一个重要环节，旧的燃烧工段存在许多的缺点。本设计是利用DCS系统对造纸过程中碱回收燃烧工段进行控制。工业实时监控系统是目前研究的热点问题之一，其中生产数据采集的方法和生产数据发布系统的稳定性和高效性更是研究的重点。在该系统中采用西门子的S7300系列CPU模块内置的MPI接口，PLC来对燃烧工段进行控制，并用WinCC5.0来组态一个HMI平台，对该控制系统进行监控。WinCC是一个功能强大的全面开放的监控系统，既可以用来完成小规模的简单过程监控，也可以用来完成复杂的应用。本文详细介绍了如何构建一个高效的基于WinCC软件的工业实时监控系统，本设计运用WinCC组态软件制作出了碱回收燃烧工段的上位机监控画面，通过控制画面可对碱回收燃烧工段的设备进行控制。本设计体现出WinCC软件的多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。在控制画面中还可以看见趋势曲线等，通过趋势曲线可了解工厂的生产状况，为操作者提供了直观的操作环境。不仅了解了工厂生产线状态，而且提高了工作效率。WinCC能够用于多种用途的控制系统，同时提供嵌入式C语言编程，用户可以通过编辑项目函数和行为来实现特殊的功能。关键词:HMI，燃烧，WinCC，DCS

TheDesignofDCSControlSystemonAlkaliRecoveryCombustionWorkshopSectionABSTRACTThecombustionisanimportantlinkofthedeckleprocess,theoldburnableworksegmentexistsmuchweakness.ThisdesignistomakeuseoftheDCSsystemtocarryonacontroltothealkalirecoverycombustionworksegmentinthedeckleprocess，Supervisedandcontrolsystemwhenindustrywassolidheatbecurrentlytostudytoorderoneoftheproblems，Producethemethodandtheproductiondatathatthedatacollecttoreleasethestabilityofthesystemamongthemandefficientlyisalsothepointoftheresearch.AdopttheS7300seriesCPUmoldpieceofSiemensinthatsystemtoconnectinsidetheMPIplace，ThePLCcomestotheworksegmenttocarryonacontroltothecombustionCounteractWincc5.0cometosetHMIterrace，carryonsupervisiontothatcontrolsystem.TheWinCCisafunctionstrongoverallliberalsupervisionsystem,sincecanusetothesimpleprocesssupervisionofcompletethesmallscale,alsocanusetocompleteacomplicatedapplication.ThisdesignmakeuseofWinCCsoftwareworkalkalitherecoveryburntheworksegmentoftheplaceofhonormachinecontrolappearance,Theequipmentsthatcontrolappearanceandcansrecovertheburnableworksegmenttothealkalicarriesonacontrol.ThebodyappearsvariousautomationequipmentsesandthecontrolsoftwareintegrationoftheWinCCsoftware，HaveabundantconstitutionitemCantheWindowsoptionswithsinglefixedmenuinrestaurant,Useawayvivid，Thefunctioniswell-found.Canalsoseetrendcurveetc.inthecontroltheappearance，Passtheoperationenvironmentthattheappearancecanunderstandtheproductionconditionofthefactorytoprovidetokeepaviewfortheoperation.Notonlyunderstoodtoproduceperiod,Andraiseaworkefficiency.Providethebuilt-inClanguageplaitdistanceinthemeantime，thecustomercanpasstoedittheitemfunctionandbehaviortocarryoutspecialfunction.KEYWORDS：HMI，Combustion，WinCC，DCS目录摘要 IABSTRACT II1绪论 12DCS系统的简介 22.1DCS的组成 22.2DCS系统的发展过程 22.3MPI网 32.4PROFIBUS-DP网络 43燃烧工段的工艺流程 53.1燃烧工段的工艺流程 53.1.1燃烧工段工艺流程 53.1.2现代碱回收炉控制系统的目标 63.2燃烧工段设备介绍 63.2.1碱回收炉 63.2.2静电除尘器 73.2.3圆盘蒸发器 73.2.4引风机 73.2.5一、二、三次风的作用 73.3本设计采用的方案 84PLC硬件设计 94.1可编程控制器PLC 94.1.1可编程序控制器的基本结构 94.1.2可编程控制器的工作原理 104.1.3可编程序控制器的特点 104.2硬件设计 114.2.1PLC模块的安装 114.2.2CPU模块 114.2.3SM321数字量输入模块 134.2.4SM322数字量输出模块 134.2.5SM331模拟量输入模块 134.2.6SM332模拟量输出模块 144.2.7电源模块 144.3传感器 154.4PID算法 155WinCC组态部分 175.1西门子WinCC简介 175.1.1WinCC的主要功能 175.1.2WinCC选件 185.2WinCC组态 195.2.1创建新项目 195.2.2添加驱动程序与组态变量 205.2.3创建变量 225.2.4画面的创建 245.2.5创建动态 265.3组态报警 315.3.1模拟量报警 315.3.2离散报警 335.3.3报警画面 345.4数据归档和存盘 355.4.1变量的归档 355.4.2创建记录显示 365.5流量累计程序的设计 365.6用户登陆程序的设计 375.7用户登录权限的设定 385.7.1设置安全保护管理 385.7.2设定组态设定服务器的属性 385.7.3创建热键调用登录和退出对话框 386.1过程通讯原理 406.1.1过程通讯术语 406.1.2WinCC通讯原理 406.2通讯协议的组态 407总结 42致谢 43参考文献 44PAGE30本科毕业设计说明书PAGE29碱回收燃烧工段DCS控制系统设计1绪论造纸工业是国民经济的重要组成部分。近年来，随着国家对环境保护的日益重视，解决造纸厂的废水排污问题已成为首要课题，特别是对于以麦草为原料的众多造纸厂来说，麦草浆黑液的处理问题尤为突出。黑液是由碱法制浆蒸煮得到的废液，其成分主要根据所采用的植物原料及制浆蒸煮条件不同而有所不同。对黑液采取回收的方法国内也做过许多尝试，但经过考核比较发现用燃烧法处理黑液回收碱是目前黑液治污中最为成熟和有效的技术。然而对麦草浆的黑液来说，燃烧绝非易事。首先是因为碱回收的投资成本较大，使用设备复杂，而且麦草浆黑液的燃烧工艺和设备也仍处在整理与完善中；其次是因为麦草浆黑液属于一种劣质燃料，由于其含灰、含硅量大，燃烧值低，粘度大，浓度低，对燃烧的许多工艺条件要求都很高，因而使黑液燃烧变得比较困难，极易造成因燃烧不稳定而甩不掉油枪，使碱回收成本大大增加的局面。因此，在麦草浆黑液的碱回收工程中，燃烧工段是最重要的环节之一。DCS系统在造纸行业的广泛使用，使得造纸的自动化程度越来越高。随着造纸工业的不断发展，废水污染日益加剧。因此，制浆黑液的碱回收工艺对工厂起着尤为重要的作用，它是变废为宝、化害为利、效益显著的综合利用工程，是造纸厂治理水污染的首要措施[1]。碱回收生产过程大致包括黑液的提取，黑液的蒸发，黑液的燃烧，绿液的苛化及石灰的回收五个工段。2DCS系统的简介多级计算机分布控制系统又称为集散控制系统（DCS，distributedcontrolsystem）是网络技术和控制技术结合的产物。它是根据分布设计的基本思想，实现功能上分离，位置上分散，达到以分散控制为主，集中管理为辅。2.1DCS的组成集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）是基于“4C”技术（ComputerControlCommunicationCRT）在20世纪70年代中期出现的新型工业控制系统。采用分布式的计算机系统结构，目的是为了减少风险，提高系统可靠性。它将整个控制系统按照区域、功能和回路作适当分解，再通过总线或通讯网络将它们连接为有机整体。1975年Honey-well公司推出了第一套DCS控制系统，首先被应用于石油化工行业[2]。自1975年以来，DCS控制系统的硬件和软件功能不断完善和强化，已经经历了三代，但从基本结构来看特性相同，可分解为三大基本部分。（1）过程控制站过程控制站是集散控制系统与生产过程之间的截面，生产过程的各种过程变量和状态信息通过过程控制站转化为操作监视的数据，而操作的各种信息也通过过程控制站送到执行机构。在过程控制装置内，进行模拟量与数字量的相互转换，完成各种控制算法的运算，以及对输入和输出量的数据处理等运算。（2）操作站操作站是操作人员与集散控制系统的界面，操作人员通过操作站了解生产过程的运行状况，并通过他发出操作指令。生产过程的各种参数在操作站上显示，以便于操作人员监视和操作。（3）通讯系统通讯系统是过程控制站与操作站之间完成数据之间的传递和交换的桥梁。有些集散控制系统在过程控制站内又增加了现场装置级的控制装置和现场总线的通讯系统，有些集散控制系统则在操作站内增加了综合管理级的控制装置和相应的通讯系统。通讯系统常采用总线型、环形等计算机网络结构，不同的装置有不同的要求。2.2DCS系统的发展过程DCS系统大体可分为三个发展阶段：第一阶段：1975-1980年。在这个阶段采用微处理器为基础的过程控制单元（ProcessControlUnit），实现了分散控制，有各种控制功能要求的算法，通过组态（Configuration）独立完成回路控制，具有自诊断功能；在信号处理时，采用抗干扰措施，它成功使分散控制系统在控制过程中确立了地位。还采用CRT屏幕显示器的操作站与过程控制单元的分离。采用了先进的冗余通讯技术，用同轴电缆作传输介质，将过程控制单元的信息送到操作站和上位计算机，从而实现了分散控制和集中管理。这一时期典型的产品有HONEYWEL公司的TDC2000，FOXBORO公司的SPECTROM；西门子公司的TELEPERM；肯特公司的P-4000。第二阶段：1980-1985年。主要的技术重点表现为：产品的换代周期愈来愈短，在过程控制单元增加了批量控制功能和顺序控制功能，在操作站及过程控制单元采用16位的微处理器，使系统性能增强，工厂级数据向过程级分散，高分辨率的CRT，更强的图画显示，报表生成和管理能力；强化系统功能，通过软件和组织规模不同的系统；在计算机局域网络技术的发展的情况下，强化了系统信息的管理，加强了通信系统。这一时期典型的产品有HONEYWEL的TDC3000，BAILEY的NETWORK-90，西屋公司的WDPF，ABB公司的MASTER。第三阶段：1985年以后。在这一时期中集散系统的技术特点是：采用开放式系统网络，符合国际标准组织ISO开放系统互联的参考模型，开发了中、小规模的集散系统；采用32位微处理器和捉摸式屏幕等便于操作和指导，完全实现CRT化操作，采用实时多用户多任务的操作系统。DCS系统向大型化的CIMS（计算机集成制造系统（ComputerIntegratedManufacturingSystem）和小型及微型化发展。DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内应用这一系统的行业较少[2]。DCS的关键技术在于网络，从上到下是树状拓扑和并行连续的链路结构，中间站联接计算机、现场仪器仪表和控制装置。2.3MPI网MPI用于连接多个不同的CPU或设备。MPI符合RS-485标准，具有多点通信的性质，MPI的波特率常设定为187.5kbps，接入到MPI网的设备称为一个节点，不分段的MPI网（无RS-485中继器的MPI网）可以最多有32个网络节点，仅用MPI接口构成的网络，称为MPI分支网（简称MPI网），两个或多个MPI分支网，用网间连接器或路由器连接起来，就能构成较复杂的网络结构，实现更大范围的设备互连，MPI分支网能够连接不同区段的中继器。每个MPI分支网有一个分支网络号，以区别不同的MPI分支网，分支网上的每个节点有一个网络地址，这里称为MPI地址，节点MPI地址号不能大于给出的最高MPI地址，这样才能使每个节点正常通信。用PC可以分配需要的MPI地址，修改最高MPI地址，分配MPI地址要遵守这样的规定：一个分支网络中，各节点要设置相同的分支网络号；在一个分支网络中MPI地址不能重复，并且不超过设定的最大MPI地址；同一分支网中，所有的节点都应设置相同最高MPI地址；为提高MPI网节点通信速度，最高MPI地址应该当较小，如果机架上安装有功能模块和通信模块，它们的地址由CPU的MPI地址顺序加1构成。2.4PROFIBUS-DP网络PROFIBUS-DP总线是现场总线的一种，它一般用于现场层的高速传送。在这一级，中央处理器（PLC）通过高速串行线同分散的现场设备（I/O单元、驱动器等）进行通讯。一般情况下，DP构成主站系统，主站周期地读取并周期的向外发送输出信息。总线循环时间必须比主站（PLC）循环时间短。除周期性用户数据传输外，PORFIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信，以进行组态、诊断和报警处理。目前，PROFIBUS现场总线技术通过多年的实际应用，实现了不同设备的数字网络互联，使得设计、制造、应用等方面都获得方便和好处，因而成为更大范围上的协议-欧洲标准EN50170，这就说明了它的成熟性和规范能力。3燃烧工段的工艺流程我国碱法化学浆产量约占全国化学浆总产量的90%，而碱法制浆产生黑液的污染负荷大，约占制浆造纸生产产生废水总污染负荷的90%左右。由此可见，制浆造纸工业水污染的防治，首先必须解决对制浆黑液的源头治理。国内外实践证明，黑液治理最佳技术是碱回收，它是削减碱法蒸煮黑液最经济、最有效的途径[3]。造纸企业通常采用分布式控制系统即采用西门子CPU41-2DP为核心的DCS控制系统实现对现场信息的采集和控制。同时，采用基于WinCC的上位机对现场的数据进行监测和即时控制。但有时各工段间需要相互调用数据，这就牵涉到网络通讯问题。例如在造纸碱回收蒸发和燃烧工段中，负责监控蒸发工段的主机需要调用燃烧工段的数据，这时如果采用在燃烧工段增加一个变送器的方法，那么相应地就必须在蒸发工段的控制站中增加AI模块，这样大大增加了成本。如果利用西门子S7300系列的CPU模块内置的MPI接口，把多个工段的控制站组成一个MPI网络，那么就可以实现多个工段之间数的传送。3.1燃烧工段的工艺流程3.1.1燃烧工段工艺流程主要工艺流程如图3-1所示[3]。一二次风机将空气鼓入，一二次风经空气加热器加热，使风温提高到150℃左右，一、二次风再经碱回收喷射炉的尾部的板式空气加热器再使进碱回收炉的一、二次风风温达到280℃左右，以此提高了炉瞠的干燥区、燃烧区的环境温度和熔融区温度。经过一二次风风管门调节，一二次风的按照一定的比例分配后，分别从不同高度鼓入碱回收炉。三次风机将三次风送往空加器后送入碱回收炉[3蒸发工段送来的浓黑液首先送往浓黑液槽，再经黑液泵进入圆盘蒸发器。在这里，黑液与碱回收炉出来的烟气相接触，使黑液再次浓缩，且可以吸收烟气的碱灰，减少了碱飞失，提高了碱回收率。而后圆盘蒸发器中的黑液自然溢流出来，进入入炉黑液槽，入炉黑液泵再将浓黑液泵往黑液加热器。经黑液加热器的加热后，经黑液喷枪高压喷入高温状态下的碱回收炉。在碱回收炉中，黑液经雾化、干燥后进行燃烧。部分燃烧后的黑液落到碱回收炉的垫层上，在垫层上，黑液中的无机物不断熔融，部分有机物热裂解成气体从垫层排出，部分有机物炭化为元素碳，供燃烧和还原硫酸钠之用，芒硝还原成硫化钠，部分有机物热裂解能更完全燃烧，含硅量高的熔融物能顺利流出。在硫酸盐法木浆碱回收工艺流程中，碱灰溶解槽中的碱灰液被送入芒硝黑液混合器，然后送入燃烧炉。麦草制浆则多采用烧碱法，若黑液碱回收沿用上述这样的流程，会形成大量碱灰液在燃烧炉、碱灰溶解槽及黑液中间槽内循环、沉淀，造成能源损耗，影响工艺流程的畅通。根据麦草浆黑液燃烧特性，让碱回收炉燃烧产生的碱灰直接进入绿液溶解槽。静电除尘器排出的碱灰进入碱灰溶解槽形成碱灰液，然后泵入绿液溶解槽。溶解槽中的绿液送苛化工段进行苛化，从而回收麦草浆中的碱[3]。图3-1燃烧工段工艺流程3.1.2现代碱回收炉控制系统的目标a）用少量的过剩空气使黑液中的有机物完全燃烧，这是最关键的。b）尽量提高炉膛内的燃烧温度，降低燃烧速度。c）燃烧速度应保持稳定，碱炉操作要求送入炉内的热量稳定。d）黑液喷嘴产生的黑液液滴的粒度范围是一项重要因素。e）粒度适中的、活性的、多孔性的黑灰垫层也很关键。f）黑灰垫层应产生足够的烟雾，避免发生SO2，形成粒性粉尘和酸性腐蚀。g）提高碱回收炉的生产能力严格控制SO2排放。3.2燃烧工段设备介绍整个碱回收燃烧工段涉及的设备较多，且有一些诸如碱回收喷射炉，圆盘蒸发器等大型设备，有必要对此作以介绍。3.2.1碱回收炉碱回收炉与一般工业蒸汽锅炉有所不同。工业蒸汽锅炉是以煤为燃料进行燃烧的压力容器，它的成品是蒸气，而碱炉是以黑液形物为燃料进行燃烧的压力容器，它不但具备了工业锅炉的危险性条件，还具备了工业锅炉所没有的更强烈的危险性（如水与融物接触发生爆炸、未燃气体爆炸）。碱炉不仅处在高温、高压的条件下，而且还处于强碱及高灰尘的碱性介质中，碱性黑液及高温熔融物对锅炉有强烈的腐蚀作用。因此，碱回收喷射炉无论设计结构上，还是材料选取上及制造要求上都比普通蒸汽锅炉复杂得多。本设计采用全水冷壁喷射炉（也称作方形喷射炉），它是浆厂黑液碱回收的重要设备。它由炉膛燃烧室和锅炉两大部分组成燃烧室的炉壁、炉顶和炉底都由水冷壁管组成，故由此而得名。其燃烧室为黑液固形物燃烧和进行化学反应的场所，作用是干燥、燃烧、还原和熔融，由炉底及四面水冷壁组成的密封方形空室。燃烧室根据工艺的不同，大致可分为三次风口处的烟气完全燃烧区、黑液喷口附近的黑液干燥区，二次风口以下至一次风口的黑液燃烧区、一次风口以下的熔融区，其锅炉是吸收燃烧过程中释放的热量而产生蒸汽的设备，与燃烧室连成一体。由上下汽包、水冷屏管束、省煤器、以及炉墙、构架、管件等组成。这种喷射炉的主要特点是生产能力大，便于实现自动控制，操作简便，废热利用率可达60％，芒硝还原率可达90％以上。缺点是构造复杂，造价高，投资大，修理更换炉管不方便，适用于大型纸厂的碱回收使用[3]。3.2.2静电除尘器静电除尘的原理是在电场的负极加上负直流高压电源，并将正极接地。在负极周围形成“电晕”产生带电离子，灰尘颗粒被带电离子充电后，向正极运行而吸附在接地的正极板上，再通过震打、落下而收集起来。电晕电流的大小是决定除尘率的主要因素，因而静电除尘也可称为电晕除尘[3]。3.2.3圆盘蒸发器从碱炉尾部出来的烟气进人圆盘蒸发器，黑液与烟气直接接触蒸发，浓度由43％浓缩至45％～48％。同时降低了烟气温度，除掉了烟气中较大颗粒的灰尘。由于麦草浆黑液具有较高的粘度，圆盘蒸发器的优点：操作简单，动力消耗低，可以单独使用，也可以与静电除尘器串联使用，特别是对最初含尘量高的烟气，与静电除尘器串联使用时，可以提高静电除尘效果。圆盘蒸发器的缺点是因圆盘蒸发器中黑液没有雾化，接触表而积小，因此无论除尘、降温及黑液增浓的效果并不理想[3]。3.2.4引风机引风机能有效控制碱炉的炉膛负压，是燃烧工段的主要辅机。3.2.5一、二、三次风的作用一次风的作用：一次风位于炉底450～1000mm处。主要供给垫层中游离碳燃烧所需的氧气，使垫层中有足够的热量，保证无机盐和芒硝的还原反应。若一次风量过大，会造成垫层燃烧过快，难以保持适当高度的垫层，供给芒硝还原的碳量和CO量减少，不利于芒硝的还原，而且促使钠盐升华或热分解，降低芒硝的还原率和碱回收率。但也不能过小，否则会使挥发性的硫损失加大、炉温过低和硫化钠还原率降低。一般将一次风量控制在总风量的45％～50％之间。一次风风压可低些，一般在784～1176Pa。二次风的作用：二次风位于黑液喷枪口上下，主要是为了加速黑液中水分汽化和固形物干燥与上升的烟气流产生较强烈的混合作用，在炉膛内产生充分的旋转，并保持炉床垫层高度之完整形成；三次风的作用：三次风位于黑液喷枪以上，主要是用于可燃的挥发性气体及少量未完全燃烧产物的进一步完全燃烧，以提高烟气热含量，同时起到封闭炉膛出口，捕集烟气中所带碱尘的作用[4]。三次风进炉要送到炉膛中心空间与上升的烟气产生较强烈的混合作用，在炉膛产生强烈的旋转，使黑液和气体燃烧均匀一致，风压要高一些，一般控制在0.78～2.45KPa。3.3本设计采用的方案本设计在该系统中采用用西门子的S7300系列，CPU模块内置的MPI接口，PLC来对燃烧工段进行控制，并用WinCC5.0来组态一个HMI平台，对该控制系统进行监控，如图3-2所示。图3-2系统MPI网络

4PLC硬件设计PLC可编程逻辑控制器（ProgrammableController）是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有功能强、可靠性高、编程简单易学、使用方便、体积小巧等优点，可根据工艺流程和控制要求，实现生产过程的顺序逻辑控制和模拟量的自动控制。因此，在工业控制现场中得到了广泛应用并取得了良好的控制效果。4.1可编程控制器PLC4.1.1可编程序控制器的基本结构PLC主要由CPU（中央处理单元）、存贮器、输入/输出模块、可编程器和电源五大部分组成。通常工业上使用的开关量PLC的硬件构成，如图4-1所示[6]。图4-1可编程控制器的基本结构PLC的CPU采取扫描方式工作，每一次扫描完成以下工作：a）将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映象寄存器和数据寄存器。b）逐条读入后解释用户程序，产生相应的控制信号去控制相关电路，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。c）将输出映象寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。PLC的存储器分为系统存储器和用户程序储存器。系统存储器使PLC具有基本的功能，来完成PC设计和实现宏的各种工作，达到使用者所要的控制效果。实际上就是PLC的输入信号与输出信号之间的具体关系。用户程序存贮器的容量一般以字（每个字用16位二进制表示）为单位，有的PLC将字称为步。I/O模块是联系外部现场与CPU模块之间的桥梁。输入模块用来接收和采集现场开关量或某些模拟量信号；输出模块则通过PLC自带的继电器控制外部的接触器、电磁阀、电气联锁等执行器。编程器是用户与PLC进行交互的设备，它可以输入和编辑用户程序，还可以用来监视PLC运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器一般只在程序输入、调试阶段和系统检修时使用。4.1.2可编程控制器的工作原理PLC的CPU是以分时操作方式处理各项任务的。由于运算速度高，从PLC的外部输入、输出关系来看，处理过程几乎是瞬时完成的。PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存贮器中按步序号顺序排列。用户程序采取扫描工作方式运行，在没有跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束，然后程序返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描循环，典型的PLC扫描过程,如图4-2所示[6]。PLC扫描一次所花的时间称扫描周期，扫描周期与用户程序的长短和PLC的扫描速度有关，通常典型的PLC扫描周期为1～100ms[7]。RUNSTOP内部处理通讯服务输入处理输出处理图4-2经典的PLC扫描过程4.1.3可编程序控制器的特点可编程序控制器主要特点是：a）编程方法简单易学。PLC配备了梯形图语言进行程序设计，梯形图语言的表达方式与继电器电路原理图中电路符号的表示法极为相似，且某些仅有开关量逻辑控制功能的PLC只有十几条指令[8]。工程技术人员能够很快熟悉并掌握梯形图语言的使用方法并用它来编制用户程序，这就为使用者能快速地编制出本单位所需要的控制程序提供了非常有利的条件。b）PLC的硬件配套齐全，接线端子一目了然，便于用户使用。由于PLC的设计和生产大多是系列化和模块化的，其硬件配置相当灵活，可以组合成多种规模的，满足用户各种控制要求的控制系统。c）PLC可靠性高，抗干扰能力强。它采用了一系列硬件和软件的抗干扰措施，能够适应工业控制现场恶劣的使用环境，为控制系统工作的可靠性、持久性提供了有力的保障。d）PLC系统的设计、安装、调试工作量小。PLC因用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，其控制柜盘的安装、接线工作量大为减少。而PLC梯形图程序一般采用的是顺序控制设计法。这种编程方法有规律、易于掌握、便于阅读。对于复杂的控制方案，PLC的梯形图程序较之传统的继电器系统电路图在设计上简便的多。另外，PLC的输出节点设计有一一对应的发光二极管用来指示输出的状态，这在程序模拟调试和故障诊断时非常直观，在现场应用中能帮助用户及时地判断并找出故障点的位置。4.2硬件设计在这里主要介绍要用到的S7-300的主要模块。在该设计中用到的模块主要有CPU315-2DP、电源PS307、SM321、SM322、SM331、SM332、机架。4.2.1PLC模块的安装CPU总是安装在0号机架的2号槽位上，1号槽安装电源模块，3号槽总是安装接口模块。槽号4到11，可自由安装信号模块、功能模块和通讯模块，需要注意的是，槽位号是相对的，每一机架的导轨并不存在物理的槽位。模块与CPU、模块与模块之间用背部总线来连起来，组成一个完整的PLC。4.2.2CPU模块CPU有几种不同的型号，他们分别是：CPU312IFM、CPU314、CPU315、CPU315-2DP。根据经验公式可以计算出PLC需要的存储器的大小。所须存储器容量的经验公式为[9]：（4-1）其中DI为数字量输入的总点数。DO为数子量输出的总点数。AI/AO为模拟量通道总数。具统计该设计中DI个数为2个，DO也为2个，AI为9个，AO为7个。所以须存储器容量（4-2）在这里取系数为1.25所以须存储器容量（KB）=2048/1024=2KB。在该设计中选择CPU为CPU315-2DP。它出了具有314、315的特点外还有每执行1000个二进制指令只许0.3ms，最大可扩展1024。点数字量和128个模拟量通道。另外还具有8个指示灯，其中的SF-DP和BUS-DF用于现场总线及DP接口的错误。CPU有四种工作方式，他们分别是：a）RUN-P：可编程运行方式。CPU扫描用户程序，即可以用编程装置从CPU中读出，也可以由编程装置装入CPU中。用编程装置可监控程序的运行。在此位置钥匙不能拔出。b）RUN：运行方式。CPU扫描用户程序，可以用编程装置读出并监控PLCCPU中的程序，但不能改变装载存储器中的程序。在此位置钥匙可以拔出，以防止程序在正常的运行时被改变操作方式。c）STOP：停机方式。CPU不扫描用户程序，可以通过编程装置从CPU中读出，也可以下载程序到CPU，在此位置钥匙可以拔出。d）MRES：该位置瞬时接通，用于清出CPU的存储器。CPU还有一些LED指示灯，显示运行状态和故障，如表4-1所示[10]。表4-1CPU上的发光二极管发光的含义发光二极管LED含义说明SF（红色）系统错误/故障硬件故障固件出错编程出错参数设置错误算术运算出错定时器出错存储器卡故障（只在CPU313和314）输入/输出的故障或错误用编程装置读出诊断缓冲器的内容，确定错误/故障的原因。BATF（红色，只在CPU313和314上有）电池故障电池失效未装入DC．5（绿色）用于CPU和S7-300总线的5VDC电源如果5VDC电源正常，则等亮FRCE（黄色）保留专用4.2.3SM321数字量输入模块数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转成S7-300内部电平，数字量输入模块的输入方式有直流输入和交流输入方式两种。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离滤波，然后才送入缓冲器等待CPU的采样。采样时，信号经过背部总线进入到输入映像区[10]。数字量输入模块SM321有四种型号的模块可供选择，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。在该设计中选择直流16点输入。模块的每一个输入点有一个绿色发光二极管显示输入状态，输入开关闭合即有输入电压时，二极管亮。4.2.4SM322数字量输出模块SM322数字量输出模块将S7-300内部的信号电平转换成过程所要求的外部信号电平，直接用于驱动电磁阀、接触器、小型电动机、灯和电动机的启动等。数字量输出模块SM322有七种型号输出模块可供选择，即16点晶体管输出、32点晶体管输出16点可控硅输出。8点晶体管输出、8点可控硅输出、8点继电器输出和16点继电器输出模块[10]。在该设计中，只有12个数字量的输出，并是用来控制电动机的启停。而可控硅输出模块可以用于驱动交流电磁阀、接触器、电动机启动器和灯，故选择16点可控硅输出模块。4.2.5SM331模拟量输入模块S7-315CPU用16位的二进制的补码来表示模拟量，其中最高位为符号位S，0表示正值，1表示负值。S7-300模拟模块的输入模块测量范围很宽，他可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号。模拟量输入模块SM331目前有两种规格型号，一种是8×12位模块，另一种是2×12位的模块。前面的是8个通道的模块，后面的是2个通道的模块，两个模块除了通道的数目不一样外，其他的工作原理、性能、参数设置等各方面都完全一样[10]。SM331模拟量输入模块主要由A/D转换器、模拟量切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔离部件、逻辑电路等组成。通过设置SM331的测量参数可以选择测量的方法和测量的范围，但必须保证SM331的硬件结构与之相适应，模拟量模块都装有量程模块，调整量程模块的插入方位可以改变模块的硬件结构。两个模拟量通道配有一个量程块。量程块是一个正方形的小块，在上方有ABCD四个标记想对应，如表4-2所示[10]。表4-2SM331×12模块缺省设定量程块的设定可选择的测量方式缺省设置A电压≤±1000电阻;热电偶:N，E，J，K各型热电偶的各种测量方法电压B电压:≤±10V电压/±10VC电流:≤±20mA电流（4线）/4-20mAD电流:4-20maA电流（2线）/4-20mA在该设计中有9个模拟量的输入，在考虑余量的情况下选择一个8通道的输入模块和一个2通道的模拟两输入模块。4.2.6SM332模拟量输出模块SM332有2×12位和4×12位两种形式的模块。前面的是2通道的模拟量输出模块，后面的是4通道的模拟量输出模块，除了通道数不同外，两种模块的工作原理、特性、参数等完全一样。模拟量输出模块的转换时间包括内部存储器传送数字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。模块的循环时间是活动的模拟量输出通道的转换时间的总和，模块的响应时间是一个重要的指标，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量输出到达规定值所须时间的总和。它与负载特性有关，负载不同，响应时间不同[10]。在该设计中有7个模拟量的输出，故需要两个4×12位的模拟量输出模块SM332。4.2.7电源模块PS307是西门子公司为S7-300专配的24VDC电源.S7-300的模块使用的电流是由S7-300背部总线提供，一些模块还需要从外部负载电源供电。在组建S7-300系统是，考虑到每块模块的电流耗量和功率损耗是非常必要的。所有S7-300每块使用的从S7-300背部总线提供的电流不超过1.2A，如选用CPU312IFM，则不超过0.8A。各模块从S7-300背部总线吸取的电流是各个模块电流总和。从24V负载电源吸取的电流之和，功耗也和上面的一样[11]。在该设计中∶各模块从S7-300背部总线吸取的电流=40+70+60+60+60×2=350mA<1.2各模块从24V负载电源吸取的电流=1000+75+55+200×2+240×2=2100Ma功耗=88+2.2+4.9+1.3×2+3×2=23.7（W）另外，还要考虑S7-300的接地，在设计中能把接地和屏蔽正确的结合起来使用，解决大部分干扰问题。4.3传感器在该设计中还是需要传感器比如：电磁传感器用AE100M/200M，浓度传感器MBT200等。4.4PID算法从前面介绍的系统设计来看，有许多的功能是重复的。因此我们采用分布式编程。将该用户程序分成相对独立的指令块。每个块包含给定的部件或作业组的控制逻辑。各分块的执行由组织块中的确指令决定。工业控制中最常用的控制算法是PID算法。PID控制是比例积分微分控制的简称。对大多数控制对象，采用PID控制，均可达到满意地控制效果，如图4-3PID控制图所示[12]。按偏差的比例、积分微分控制中应用最广泛的确控制规律。由实际的经验及道理分析证明。这是控制规律在相当多的工业对象进行控制时能取得比较满意的结果，在PLC控制系统中也首先采用这种形式的控制方式。在常规的控制系统中，为了改善系统性能，提高调节品质，除了按偏差的比例调节外，还要引入偏差的微分以克服系统的惯性滞后，提高抗干扰的能力。PID控制具有以下优点：a）原理简单，使用方便。b）适应性强，可以广泛应用于化工、热工、冶金、炼油以及造纸、建材等各种生产部门。即使目前最新式的过程控制计算机，其基本的控制功能也仍然是PID控制。c）鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。PID有几种不同的形式，它们分别是：位置式和增量式。位置式：模拟仪表的调节动作是连续的，任何瞬时的控制量输出u都对应于，执行机构的位置。由：（4-3）可知，数字PID控制器的输出也和阀位对应，故称为位置式。计算机实现位置式不够方便，这是因为累加偏差e（j），不仅要占用较多的存储单元，还不便于编程。增量式：根据控制理论不难写出N时刻控制量的增量u（n）为：（4-4）其中：称为比例系数称为积分系数称为微分系数在上式中u（n）对应于第N时刻阀位的增量。故N时刻的实际控制量为：u（n）=u（n-1）+u（n）（4-5）图4-3PID控制框图其中N为第N-1时刻的控制量。综上所述，计算u（n）和u（n）要用到第（n-1）\（n-2）时刻的历史数据，采用递归法保存那些数据，如图4-4所示[13]。e（n-1）e（n-2）e（n）u（n）u（n-1）

图4-4数据的传输其中u（n-1）把数据传送给u（n），e（n）把数据传送给e（n-2），e（n-2）把数据传送给e（n-1）。用该形式的优点是，编程简单，历史数据可以递推使用，并占用存储单元少，运算速度快。为了方便编程，把u（n）整理成：u（n）=u（n）-u（n-1）（4-6）

5WinCC组态部分5.1西门子WinCC简介WinCC是西门子公司在自动化领域采用最先进的技术与微软公司在共同开发的居于世界领先地位的工控软件。WinCC即WINDOWSCONTROLCENTER（视窗控制中心）。WinCC是一个功能强大的全面开放的监控系统，既可以用来完成小规模的简单的过程监控应用，也可以用来完成复杂的应用。在任何情况下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人机对话接口，使操作员能够清晰地管理和优化生产过程。在设计思想上，SIMATICWinCC继承了西门子公司博大精深地企业文化理念，性能最全面，技术，系统最开放地HMI/SCADA软件是WinCC开发者的追求。WinCC是按世界范围内使用的系统进行设计的，因此从一开始就适合于世界上各主要制造商生产的控制系统，如：A-B，Modicon，GE等，并且通讯驱动程序的种类还在不断增加.通过OPC的方式，WinCC还可以与更多的第三方控制器进行通讯[14]。作为SIMATIC全集成自动化系统的重要组成部分，WinCC确保与SIMATICS5，S7的PLC连接的方便和通讯的高效;WinCC与STEP7编程软件的紧密结合缩短了项目开发的周期。此外，WinCC还有对SIMATICPLC进行系统诊断的选项，给硬件维护提供了方便。

WinCC运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目，可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态，编程和数据管理，可形成所需的操作界面，监视画面，控制画面，报警画面，实时趋势曲线和打印报表等。它为操作者提供了图文并茂，形象直观的操作环境，不仅缩短了软件的设计周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一个特点在于其整体开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好地人机界面，满足实际需要。用户也可将WinCC作为扩展的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的系统。

西门子视窗控制中心SIMATICWinCC是HMI软件中的后起之秀，1996年进入世界工控软件市场，当年就被美国ControlEngineering杂志评为最佳HMI软件，以最短的时间发展成第3个在世界范围内成功的SCADA系统。在欧洲，它无可争议的成为第一[14]。5.1.1WinCC的主要功能WinCC几乎拥有先进人机界面产品的所有功能，其集成的功能已包括：（1）图形系统用于自由地组态画面，并完全通过图形对象进行操作，图形对象具有动态属性并可对属性进行在线组态。（2）信息系统记录和存储事件并予以显示，可自由选择信息分类、信息显示和报表，操作非常简便。（3）变量存档记录和压缩测量值，用于曲线和图表显示及进一步的编辑功能。（4）报表系统用户自由选择一定的报表格式，按时间顺序或事件触发来对信息操作、文档当前数据进行用户报表输出。（5）数据处理 对图形对象的动作使用C语言及C编译器进行编辑。（6）标准接口 通过ODBC和SQL访问用于组态和过程数据的SYBASE数据库。（7）应用程序接口允许用户编写可用于扩展WinCC基本功能的标准应用程序。另外，WinCC还提供多种可选软件包。如，通讯开发工具CDK，允许用户开发用于连接数据管理器与任何目标系统的通讯软件。WinCC的组态及归档数据存放在关系型数据库中，数据可用标准工具如ODBC和SQL等读出。很多标准的应用如MicrosoftExcel等可以和WinCC并行运行，同时可通过DDE装载过程数据。操作员站软件允许通用的OCX、ActiveX链接。更进一步，集成的OPC（OLEforprocesscontrol）服务器使得过程数据可由其它应用程序（OPC客户机）访问。WinCC是PCS7系统的操作站采用的监控软件（HMI）。它是一个32位的基于Windows的监控软件。在PCS7中，它被集成在SIMATIC程序管理器中。5.1.2WinCC选件WinCC以开放式的组态接口为基础迄今已经开发大量的WinCC选件和WinCC的附加件。WinCC选件能满足用户的特殊需要主要包括以下部件：（1）服务器系统服务器系统（server）用来组态客户机/服务器系统。服务器与过程控制建立连接并存储过程数据；客户机显示过程画面。（2）冗余系统冗余系统（redundancy）及两台WINCC系统同时并行运行，并互相监视对方的状态，当一台机器出现故障时，另一台机器可接管整个系统。（3）WEB浏览器WEB浏览器（Webnavigator）可通过I使用I浏览器监控生产过程状况。（4）用户归档用户归档（userarchive）给过程控制提供一整批的数据，并将过程控制的技术数据连续存储在系统中。（5）开放式工具包开放式工具包（ODK）提供了一套API函数，使应用程序可与WINCC的各部件进行通讯。（6）WinCCDatMonitorWinCCDatMonitor是通过网络显示和分析WinCC数据的工具。（7）WinCCProagengtWinCCProagengt能准确，快速地诊断由SIMATIC和SIMATICWinCC控制和监控的工厂和机器中的错误。（8）WinCCConnecivityPack包含OPCHAD，OPCA—E以及OCXML服务器，用来访问WinCC归档系统中的历史数据。采用WinCCOLE-DB能直接访问WINCC归档数据库内的归档数据。（9）WinCCIndustialDateBridgeWinCCIndustialDateBridge工具软件利用标准的接口将自动化连接到IT世界，并保证了双向的信息流。（10）WinCCIndustrialXWinCCIndustrialX可以开发和组态用户自定义的ActiveX对象。5.2WinCC组态WinCC有3种组态方式，它们分别是：a）使用标准的WinCC资源组态。b）利用WinCC通道通过DDE，OLE，ODBC。ActiveX使用现有的Windows应用程序。c）开发嵌入WinCC用户应用程序（用C语言和BASIC语言）。WinCC是进行廉价和快速组态HMI平台，也是无限延伸的系统平台，它为过程数据的可视化、报表、采集和归档以及为用户自定义程序协调集成提供了系统模块[14]。要组态一个WinCC项目，一般要组态以下几个方面的东西：创建新项目、连接到过程、创建变量、创建画面、将变量连接到对象、创建报警、数据归档、创建趋势画面。5.2.1创建新项目在组态一个项目最开始的时候，必须创建一个新的WinCC项目。创建一个WinCC新的项目需以下几个步骤：a）打开WinCC项目管理器，在文件菜单中选择新建子菜单。b）选择新建项目的类型。WinCC系统提供了3种类型他们分别是：单用户项目，用于单机系统。多用户项目，客户机/服务器系统服务器上的项目。客户机项目，客户机/服务器系统客户机上的项目。本设计选用单用户项目应用。c）输入项名称，选择项目路径。如有必要可对项目路径重命名，否则项目名将作为路径中最后一层文件夹的名字。在WinCC中规定项目除一些特殊的字符外，允许使用所有字符，还允许使用数字0～9。项目名一般为：aa……ann。其中a是类型标志。-n为序列号，他的范围为00～99。d）在本设计中项目名DCS系统，路径为省略路径，名称为碱回收燃烧。再按一下create创建项目。WinCC项目管理器中就生成了一个待开发的项目，碱回收DCS控制系统浏览窗口中包含了WinCC项目管理器中的编辑器和功能列表，用户将应它们还组态和设计项目中所以部分，生成一个HMI平台。在该设计中创建了一个单用户项目，并把它命名为：碱回收燃烧。WinCC形成了个待开发得项目。创建好项目的画面，如图5-1所示：图5-1新创建的项目5.2.2添加驱动程序与组态变量若要使用WinCC来访问自动化系统（PLC）的当前过程值，则在WinCC与自动化系统间必须组态一个通讯。即要组态PLC通讯驱动程序，添加SIMATICS7协议集及pc信息。（1）SIMATICS7协议的组态组态SIMATICS7协议集需以下几个步骤：a）右键单击变量管理器选择添加新的通讯驱动程序。b）选择添加通讯驱动程序，在这里选择SIMATICS7协议集通道，然后按OPEN键，在项目中加入期望的通讯驱动程序，如图5-2所示。c）组态通道单元的系统参数。加入的通讯驱动程序包含了几种通道单元，在这里选择“MPI”通道单元与PLC通讯，右键单击并打开“系统参数”对话框，组态该网络协议的系统参数。选择“单元”标签选择或手动输入逻辑设备名称为“PCInternal（local）”然后按OK键确认。d）组态连接参数.鼠标右键选中该协议选择“NewDiverConnection”（新驱动）程序的连接，组态所需逻辑连接参数。e）建立连接Winlc单击“属性”按钮再组态连接属性。f）鼠标右键单击新建的连接Winlc，并选择相应选项，在该连接下创建变量组和变量，在该连接中创建6个变量。图5-2通讯驱动程序的添加（2）获取PC信息添加“系统信息”通讯驱动程序。首先右键单击“变量管理器”，选择“添加该通道驱动程序”。a）通讯的驱动程序窗口列表中选择“SystemInfoCHN”通道，然后按“OPEN”键加入系统信息通道，该通道中提供了系统内存，CPU资源的使用信息，以及时间。日期等系统信息。右键单击“SystemInfo”通道图标，选择“添加该通道驱动程序”该驱动程序能提供该算机内存，CPU信息时间，日期等。b）在组态系统信息通道，创建一个握手连接。c）输入连接名，在该设计中，连接名为“mypc”然后单击“OK”。组态结果如图5-3所示。图5-3创建完变量后的画面5.2.3创建变量WinCC的变量分为内部变量和外部变量。在WinCC中对变量名有一些规定：变量名要多余8个字符，例如：xxx-t-z….z-aaa…..a-nn。其中X表示变量数据的类型。WinCC变量有以下一些类型：X：BIN二进制变量S08有符号8位变量S16有符号16位变量S32有符号32位变量G64有符号8进制变量U08无符号8位变量U16无符号8位变量U32无符号32位变量T08文本变量8位字符集T16文本变量16字符集RAW原始数据类型TER文本参考STU结构类型RPLC的只读变量WPLC的写和读变量I没有连接到PLC的内部变量其中：-Z－组的名称，-A－变量的名称（测控点的名称），-N序列号（0-9）范围在00-99[14]，例如：BINU08-PAINT-EX07-01y。参数/限制：变量名的分配，有以下的限制：a）特殊字符“·”应专门保留用于WINCC的系统变量。b）不能使用“！”，“？”。c）“，”由于在C脚本中有特殊意义，因此不能使用。 d）大小写不区分。e）无空格。在WinCC内创建一个变量要以下几个步骤：a）在创建过程连接后。右键单击握手图标该连接并选择“一个新的变量”。b）在常规的标签上输入变量名，并选择数据类型，单击选择按钮打开“地址属性”对话框，输入变量地址。c）选择显示格式，完成后，按“OK”确认。d）在系统信息通道里，单击位于SystemInfo下的“MYPC”，过程连接，新建的变量将显示出来，再定义变量类型，如图5-4所示。图5-4变量类型的常规设定此方法在该过程连接中创建RAM，CPU_UTIL，HDD_C。这些变量用于显示电脑的工作情况。用户也可通过右键内部变量“Internaltags”，右键单击相应的连接或内部变量从快捷菜单中选择“创建变量组”输入组名即可，如图5-5所示。所创建的变量用于连接图形对象，报警消息，趋势曲线等。变量的使用：a）右键单击对象，选择“P”，打开对象属性窗口，选择“属性”页上的输入输出属性，选择右边窗口中的输出值右键单击“动态”列上的灯泡，在快捷菜单中选择“变量”。b）在“变量选择”对话框中，列出了创建的变量，选择变量，按“OK”键确认。图5-5变量组的建立5.2.4画面的创建画面是机器和用户之间的唯一的界面。因此画面的制作十分的重要既要包含的用户所需的所有信息方便使用，但也不能制作的画面过于复杂凌乱，要达到一个平衡点。在这有原则下WinCC中的屏幕分成了总揽，按钮和设备三部分。在创建画面的过程中又要设计一个合理的结构体系来打开画面，选择简单而又永久的结构体系。结构体系主要由三个层面组成：层面1：总揽画面：不同的系统部分在系统中所显示的信息，以及如何使这部分如何协同工作，较低层面是否有事件发生。层面2：过程画面：包含指定过程部分的详细信息，并显示那些设备对象属于该过程部分，还显示报警对应的设备对象。层面3：详细画面：提供各个设备对象的信息，并显示消息.状态和过程值。另外，WinCC还对画面的名称进行了规定。画面名称最好用固定的画面名称，画面名称不要超过40个字符。特殊的字符不能用于画面的命名。大小写不区分。画面的名称一般为：aaaa-k-x……x-nn。其中a表示对画面分组的画面标识符。-k画面类型，–x：画面功能描述的名称-n：类型的序列号。组态画面的创建需要四步来完成：创建画面，添加画面对象，连接变量，创建动态。（1）创建画面a）先打开Windows中的项目管理器，找到“图形编辑器”右键单击快捷菜单中选择“创建画面”创建一个.PDL图形文件。b）右键单击创建的.PDL图形文件，在其快捷菜单的选项中可以给画面重新命名，命名原则如上所述。c）为该画面命名后，按OK键确认。d）在数据窗口中右键单击生成的.PDL图形文件，选择打开画面便可以在图形编辑器中开始组态该图形画面了。在画面中单击右键可调整画面的大小，所创建的画面有：锅炉画面，报警画面，趋势画面，总览画面，工艺画面等。（2）添加画面对象a）单击在上端条状工具条中的“显示库”选项打开图形库，从中选择图形对象加到画面中去。也可在“对象选项”的控件目录的siemensHMIsymbolliberal1.2的选项中单击右键选择添加删除选项也可添加图库。b）在图形库中选择图形对象，拖到画面中。图形库中包含有常用的HMI图形，如。泵、容器、开关按钮和管道等，如图5-6红圈出所标图形库位置。用户也可以自己根据需要建立自己的所需在图形库方便使用。c）也可以从对象选项板上选择图形对象，如：线、文本标签、I/O标签、滑块等。图5-6图形库（3）画面的布局和画面切换布局原理：a）使用一个空白的起画面，然后在其中三个创建画面窗口（总览.按钮.现场）。运行期间，可以根据需要交换这些画面窗口内显示的画面。这就给了我们一种简便而又灵活的修改方法。b）画面分成三部分：总览部分、按钮部分和现场画面部分。可以调整总览和按钮部分。系统位于控制室内，通过鼠标和键盘进行控制，画面布局如图5-7所示。总览部分总览部分现场画面按钮部分图5-7画面布局本设计使用通过鼠标的点击来完成画面的转换的使用动态向导，完成的组态。可分为两步：a）在画面中组态一个智能对象-画面窗口。在画面上单击鼠标右键选择属性选项，在几何选项中调节画面大小。b）在同一画面中组态一个Windows对象-按钮。在按钮上单击右键通过复制六个按钮，双击按钮在属性项立刻给按钮命名并改变字体大小与填充适合的颜色，选择画面函数标签，然后通过从动态向导中鼠标，选择窗口中的画面切换条目。从动态向导的选择触发器页面中，选择鼠标右键，并通过单击下一个进入一页。（4）连接变量到对象a）访问对象属性对话框，为对象某一属性连接变量，在该设计中，选择属性页中的“输入/输出”属性，右键单击在右边窗口中输出值动态列的灯泡，在快捷菜单中选择“变量”。b）在变量选择窗口中，选择相应所要连接的变量，然后按“OK”键确认，在对象的某一属性与变量连接成功后，相对应的灯泡会变成绿色。5.2.5创建动态a）通过访问属性创建动态。在属性中选择某一属性。在动态列中，右键单击灯泡，快捷菜单中选择“动态选项”。b）在动态对话框中，组态对象的动态，在组态完成后可以根据不同的区域下而显示不同的颜色，完成后点击应用键即可。c）在组态列中出现的红色箭头“”，表明组态成功。d）点击保存键并运行，测试其制作的效果。在WinCC中动态列中的灯泡的变化十分的重要。如不加注意很容易出错，使制作画面不能按理想的情况下运行。本设计中组态完成的画面有：总览画面，如图5-8所示。图5-8总览画面总览画面由一个空白的应用窗口和几个按钮组成。对按钮都组态了动作，当鼠标左键点击该按钮时，空白窗口将与该按钮上文本名相同的画面显示出来。比如，当该画面运行时，鼠标点击锅炉画面按钮，空白窗口就显示锅炉画面。退出系统是指退出WinCC系统。下面具体演示下WinCC下制作的锅炉动态画面的制作与运行时的画面。运行时点击锅炉画面按钮，画面显示锅炉运行画面。（2）锅炉画面在该画面中由锅炉，一个窗口，一个滑块，两个开关按钮，两个泵构成。在运行时，在窗口中可以通过颜色的变化显示锅炉内的液位变化，如图5-9，5-10所示。当锅炉的液位小于20时锅炉内为蓝色，当液位在20-80之间时锅炉内显示绿色，其余的液位均为红色。锅炉的液位可在左边的对话框的Tank100下直接输入，也可通过右边的滚动条上下调节来改变液位。开关按钮能显示泵的开关状态，也能控制泵的开和关;同时泵的开或关对应绿和红两种不同的颜色。设置方法如下：a）为I/O域连接变量。鼠标右键单击I/O域选择属性。b）在属性对话框中选添加变量的属性项，选输入/输出项，并为输出值连接变量tank100。c）按下按钉按钮可在同一画面中选择不同画面，并打开相应的对话框。d）选择容器图形的属性项，在属性页的自定义1种选择process。e）右键单击灯泡图标添加变量tank100。f）同样的组态为滑块对项链接变量tank100。g）点击滑块对项属性的“其它”选项中的过程驱动器，再右击“变量”选项选择tank100。h）鼠标右键单击容器选择属性项，进入属性对话框。i）在属性中可看见先前创建的tank100与容器的连接。j）在颜色选项选颜色选项，鼠标右键单击白色灯泡，打开动态对话框。k）在表达式公式栏中单击选择变量tank100。l）选择数据类型为模拟量，单击添加按钮添加数据段。m）分别设置不同数值下的颜色。n）点击应用按钮确认。按钮与泵的连接设置同上面所述类似，就是数据类型选项为布尔类型。图5-9锅炉液位在20-80图5-10锅炉液位超过80（3）设备画面设备画面主要包括黑液燃烧系统、送风控制系统、引风控制系统、静电除尘系统。画面在运行时能显示锅炉，圆盘蒸发器，黑液保温槽三个容器中的液位，便于操作员的操作与生产线各种设备的监控。a）图形中的所需要的图形在图形库中找到。b）按所要求的工段把溶解槽，圆盘蒸发器，放空槽，黑液溶解槽在画面中添加好。c）分别为所控对象旁边放置滑块。d）为图形连接变量。e）为所需动作的图形制作动态。f）设备画面如图5-11所示。图5-11设备画面图（4）趋势画面趋势画面的建立：a）打开图形编辑器创建一个名为Trend的趋势显示画面。b）插入趋势现实对象。c）图形中tank对象连接着变量tank_100两棒图对象分别连接着CPU与RAM的使用状态。d）在对象选项板的控件选项栏中选择WinCCOnlineTrendControl拖到画面当中。e）在属性对话框中的趋势显示窗口起名为mytrend。f）在数据源中选择在线数据变量。g）在背景颜色中选者适合的背景颜色。h）选择坐标为普通的XY轴。i）在曲线标签中按加号添加趋势图。j）添加的趋势图分别对应tank100，CPU，RAM。k）把图形的更新周期选择250ms。l）并分别选择颜色以来区分三个趋势图，如图5-12所示。图5-12趋势画面该画面对锅炉的液位变化的趋势CPU及RAM的状态进行了组态，该画面在进行了变量归档后能显示锅炉在不同的时刻的液位的情况，以及PC的使用状况，便于工厂分析生产线的稳定性。5.3组态报警HMI的重要组成部分是报警消息系统简单称为报警系统报警消息用于操作员对过程进行操作和控制。WinCC中产生的报警消息可归档在数据库中用于生成系统报表。通常，WinCC支持两个报警步骤：a）位消息步骤是可以从任何自控系统报告消息的通用步骤。WinCC监控所选择的二进制变量的信号边沿变化并从中产生消息事件。b）序列报表要求自控系统本身能够生成消息并且预定义该格式向WinCC可能带有时间标准和过程值的消息。通过消息的操作步骤可以给来自不同自控系统的消息序列排序。当所有的事件和状态改变，就要以消息的形式来告诉用户，如果在设备中报告的事件过多的话，用经验告诉我们只选择重要的消息以免来不及查看[14]。WinCC中有三种形式的报警：离散报警，模拟量报警和报警画面。5.3.1模拟量报警如温度压力过高过低处于危险级都可以通过单一变量组态报警实现，操作员可以对报警进行描述，在WinCC中组态模拟量报警创建并设置可分为以下几个步骤：a）WinCC项目管理器中，鼠标右键单击“报警记录”编辑器，并打开编辑。b）在浏览窗口中，鼠标右键单击“模拟量报警”图标，选择NEW加入一个带监视的变量，如果图标不在浏览窗口中，在工具栏的“扩充”下添加该装置。如图5-13所示。c）在模拟量报警中新建，并加入待监控的变量。d）加入要监视的变量后，鼠标右击该变量选择新建，设置监视变量触发报警的极限值。e）设置监视参数的极限值，既上限和下限值，组态变量越限时的报警，设置报警消息的编号，若不设置消息的编号，则该编号将产生一个新的消息，如图5-14所示。f）制订消息显示，鼠标右键单击该消息并选择属性组态消息显示。g）运行，测试报警和消息的组态设置。图5-13添加模拟量报警图5-14模拟量报警的上下限设置5.3.2离散报警对于电机的故障，越级开关的转换，网络中断等事故离散报警消息将显示在画面中，通知操作员进行处理。在WinCC中组态离散报警的创建要以下几个步骤：a）WinCC项目管理器中，鼠标右键单击“报警记录”编辑器，并打开编辑。b）在消息列表中的空白处右键单击。在下拉菜单中选择“添加新行”。c）单击新建消息并访问其属性对话框，对其属性进行组态。d）消息属性对话框中对其属性进行组态，可选择组态那个过程只触发这个报警消息，并设置消息位为0，同时还可以选择消息类型，消息等级，是否被归档确认等。如图5-15所示。e）在文本标签下，允许在运行时为操作员提供更详细的描述或指令来描述报警内容用来方便操作员处理报警事故使用。f）在变量／动作标签下，组态与此报警消息有关的WinCC过程画面当报警时出现这样操作员就能快速的访问生成该报警消息的过程画面。g）运行，测试报警和消息设置。

图5-15离散报警设置参数5.3.3报警画面在WinCC中创建报警画面要以下几个步骤：a）在WinCC项目管理器的图形编辑器中创建一个新的PDL格式图形文件。鼠标右键单击并选择“打开画面”，编辑组态画面。b）从对象选择板的控件内，选择“WinCCAlarmControl”（报警控件）并将其拖放到画面中。c）双击加入的报警控件，在常规标签中选择窗口类型，在快速组态对话框中各报警起名。d）在“参数”标签，允许用户组态控件报警显示外观，行属性以及是选中行还是选中单元格。e）在字体标签中设置字体和大小。f）在