工业网络在封口机控制系统中的应用

《工业网络在封口机控制系统中的应用》专用周报告班级：09级电气自动化工业方向1班老师：王舒华姓名:游科学号：200912020143第一部分工业网络在封口机控制系统中的应用设计方案技术方案纲要一、项目实施的目的、要求1、项目实施的目的2、项目实施的要求二、总体设计1、系统组成2、PLC控制系统3、通讯4、软件系统5、用户软件三、控制方案1、现场信号的采集与传递2、控制功能的实现3、监控画面的组建四、软件使用1、系统使用说明2、附属资料一、项目实施的目的、要求1、项目实施的目的实现WINCC的与S7300的组态并利用S7300与S7200的通讯实现对封口机的功能控制。2、项目实施的要求（1）、现场信号的采集与传递在控制系统中，最主要的一个功能就是要将现场的信号采集进来，这项工作由S7-200PLC来完成，其中包括现场的传感器信号(热电偶信号、光电开关信号)、故障报警信号和控制按钮信号。以上的各种信号中，故障报警信号、控制按钮信号和光电开关信号直接连接到S7-200PLC的数字量信号输入端，由于热电偶输出的信号不是标准的模拟量接口信号，无法通过模拟量输入模块直接采集，只能利用热电偶模块EM231来进行数据采集。在完成了数据的采集之后就会涉及到一个数据传递的问题，毕竟在控制功能中要求实现组态界面控制和现场控制同时有效，这就必须要使现场控制层的S7-200PLC和现场操作层的S7-300PLC之间进行数据共享，也就是说这两个控制器之间要利用通信来交换数据，具体的方法可以用学习单元2中学到的MPI网络和PROFIBUS网络来实现。（2）、控制功能的实现逻辑控制功能的实现逻辑控制功能作为最基本的设备动作控制，可由S7-200PLC来完成。具体的方法如下：整个系统的启停、故障报警等功能可以通过S7-200PLC的基本逻辑指令来实现；封口计数可以用S7-200PLC利用计数器指令来实现；封口速度与温度设定之间的对应关系可以通过S7-200PLC的比较指令来实现PID闭环控制功能的实现为了减少S7-200PLC的计算量，选择用S7-300PLC来实现PID的闭环控制热电偶信号从EM231直接采集进入S7-200PLC；将EM231采集到的信号送到S7-200PLC的数据交换区，通过MPI或PROFIBUS工业网络将数据送到S7-300PLC进行PID运算；在S7-300PLC中完成PID运算，再将运算的结果送到S7-300PLC的数据交换区，通过MPI或PROFIBUS工业网络将数据送到S7-200PLC进行输出控制。监控画面的组建由于整个系统的控制功能并不算十分复杂，可以在一个画面里面将所有的功能都集成进来；在画面中应该包括系统启停控制、故障报警、温度设定及显示、封口数量显示、封口机速度显示等功能；为了方便控制可以将控制界面只与S7-300的数据进行连接。二、总体设计1、系统组成（1）、系统示意图（2）、现场设备西门子plc300CPU313-2DP1台西门子plc200CPU214-DC/DC/DC1台多功能封口机SF-1501台直流稳压电源交流220V/24V1台热电偶EM2311台中间继电器ARM2F5个通信模块EM2771台整流模块DQZ-220D15F1个按钮AC250V5A4个计算机1台2、PLC控制系统型号：一、CPU313-6CF03-0AB01台；二、CPU214-2AD23-0XB81台。说明：采用西门子的S7系列PLC可编程序控制器，这种PLC具有很高的性能价格比。其封口机热电偶加热器继电器工业网络S7-300电脑EM231S7-200工业网络MPIS7-300S7-200DP结构紧凑，工作可靠，功能齐全，操作简易。3、通讯PLC-300与计算机之间的通讯采用MPI通信PLC-200与PLC-300之间的通讯采用DP通信4、软件系统（1）、PLC程序开发工具软件版本：西门子公司STEP7-V5.3西门子公司STEP-MICRO/WIN32说明：项目采用了西门子的PLC，应用西门子的软件能更好的发挥硬件功能。其功能齐全、强大，可做编写工具也可监控程序执行状态。（2）、界面开发软件版本：西门子公司WINCC-6.0说明：项目采用了西门子的PLC，应用西门子的监控组态软件能更好的发挥硬件功能。其功能强大、绘图简单，操作容易。5、用户软件用户软件是在西门子编程软件基础上开发的应用于本项目的应用软件。其功能齐全、操作容易。三、控制方案1、现场信号的采集与传递在控制系统中，将现场的信号采集进来由S7-200PLC来完成，其中包括现场的传感器信号(热电偶信号、光电开关信号)、故障报警信号和控制按钮信号。以上的各种信号中，故障报警信号、控制按钮信号和光电开关信号直接连接到S7-200PLC的数字量信号输入端，由于热电偶输出的信号不是标准的模拟量接口信号，无法通过模拟量输入模块直接采集，只能利用热电偶模块EM231来进行数据采集。现场控制层的S7-200PLC和现场操作层的S7-300PLC之间要进行数据共享，这两个控制器之间要利用PROFIBUS-DP网络通信来交换数据。如图：S7-300硬件组态EM277采用8位输入8位输出QB2-QB9IB2-IB9对应S7-200VB0-VB7VB8-VB152、控制功能的实现a)逻辑控制功能的实现整个系统的启停、故障报警等功能通过S7-200PLC的基本逻辑指令来实现；封口计数可以用S7-200PLC利用计数器指令来实现；封口速度与温度设定之间的对应关系通过S7-200PLC的计算指令来实现。b)PID闭环控制功能的实现选择用S7-300PLC来实现PID的闭环控制；热电偶信号从EM231直接采集进入S7-200PLC，将EM231采集到的信号送到S7-200PLC通过PROFIBUS-DP工业网络将数据送到S7-300PLC进行PID运算，将结果送到S7-300PLC通过PROFIBUS-DP工业网络将数据送到S7-200PLC进行输出控制。如图：在S7-300中添加OB35OB100用于PID运算OB35中的编程3、监控画面的组建在画面中应该包括系统启停控制、故障报警、温度设定及显示、封口数量显示、封口速度显示。如图：创建变量、连接PLC-300创建画面四、软件使用1、系统使用说明按下封口机总电源通风扇按钮，封口机总电源通风扇按钮通电后按下封口机直流电机按钮，励磁绕组通电，2秒后电枢绕组通电。设定温度值后按下封口机加热按钮，系统开始工作。按下停止按钮或高温报警无人工控制，封口机停止加热。当温度低于30℃时，系统停止工作。画面显示当前温度、数量和速度。2、附属资料原件清单项目使用器材统计表序号名称型号与规格单位数量作用1西门子plc300CPU313-6CF03-0AB0台1控制器2西门子plc200CPU214-2AD23-0XB8台1控制器3多功能封口机SF-150台1封口4热电偶231-7PD22-0XA8台1温度采集5通信模块277-0AA22-0XA0台1通信6中间继电器ARM2F个5中间过度连接7直流稳压电源交流220V/-24V个1稳压8按钮AC250V5A个4启停、复位、计数9整流模块DQZ-220D15F个1整流第二部分技术报告摘要：本封口机自动控制系统采用西门子公司的中型PLCS7-300、小型PLCS7-200（EM231热电偶、EM277通信模块）和的监控组态软件，有监控和数据采集功能。PC和PLC采用MPI电缆进行通讯和数据的传输，PLCS7-300和PLCS7-200则采用PROFIBUS-DP和工业以太网的组态和编程方法。而WINCC运行于个人计算机环境，可以和多种西门子公司的软硬件集成，具有丰富的项目设置、可视窗口和菜单选项用户可以在页面上进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表，为操作者提供图文并茂、形象直观的操作环境，提高了工作效率。关键字：PLCS7-300PLCS7-200WINCCMPIPROFIBUS-DP工业以太网EM231热电偶EM277通信模块封口机自动控制综述：本封口机自动控制系统采用西门子公司的中型PLCS7-300、小型PLCS7-200（EM231热电偶、EM277通信模块）和的监控组态软件，有监控和数据采集功能。PC和PLC采用MPI电缆进行通讯和数据的传输，PLCS7-300和PLCS7-200则采用PROFIBUS-DP和工业以太网的组态和编程方法。系统有操作简单、易学易会的特点，并为操作者提供图文并茂、形象直观的操作环境，提高了工作效率。目录一、WINCC简介1、WINCC的简介2、WINCC的应用（与PLC-300连接）二、S7-300简介及应用1、SFB41和SFB43的调用2、PID控制的程序结构三、S7-200简介及应用1、S7-200简介2、EM231、EM277简介四、工业网络简介一、WINCC简介1、WINCC的简介WINCC(WindowsControlCenter/视窗控制中心)是一种工控组态软件，是西门子全集成自动化（TIA）系统的一个重要组成部分，是一个真正“开放的”HMI/SCADA软件，可在任何标准的PC上运行。其主要性能特点如下：（1）应用最新的软件技术WINCC是由SIEMENS公司与Microsoft公司合作开发的用于控制工程的人机界面组态软件，正是基于Microsoft公司技术的先进性与创新性，保证用户能够获得不断创新的技术。(2)包括所有SCADA功能在内的客户-服务器系统WINCC是世界上3个(WINCC，I-Fix，in-Tatch)最成功的SCADA系统之一，由WINCC系统组件建立的各种编辑器可以生成画面、脚本、报警、趋势和报告，即使是最基本的WINCC系统，也能提供生成复杂可视化任务的组件和函数。（3）可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务WINCC是一个模块化的自动化软件，可以灵活地进行扩展，可应用在办公室和机械制造系统中。从简单的工程应用到复杂的多用户应用，从直接表示机械到高度复杂的工业过程图像的可视化监控和操作。(4)可由专用工业和专用工艺的选件和附件进行扩展WINCC在开放式编程接口的基础上开发了范围广泛的选件和附件，使之能够适应各个工业领域不同工业分支的不同需求。（5）集成ODBC/SQL数据库WINCC集成了SybaseSQLAnywhere标准数据库，使得所有面向列表的组态数据和过程数据均存储在WINCC数据库中，可以容易地使用标准查询语言(SQL)或使用ODBC(OpenDataBaseConnectivity)驱动访问WINCC数据库。这些访问选项允许WINCC对其他的Windows程序和数据库开放其数据，例如，将其自身集成到工厂级或公司级的应用系统中。（6）提供所有主要PLC系统的通信通道作为标准，WINCC支持所有连接到SIMATICS5/S7/505控制器的通信通道，还包括PROFIBUS-DP、DDE、OPC等非特定控制器的通信通道。此外，还可以通过选件或附件提供广泛的非特定控制器的通信通道。(7)具有与基于PC的控制器的SIMATICWin-AC的紧密接口将软/插槽PLC集成在PC上，在PC上实现PLC的操作和监控，WINCC提供了与Win-AC连接的接口。（8）是全集成自动化工TIA的部件TIA(TotalIntegratedAutomation)集成了包括WINCC在内的所有SIEMENS产品，WINCC是所有过程控制的窗口，是TIA的中心部件。TIA意味着在组态、编程、数据存储和通信等方面的一致性。(9)作为SIMATICPCS7过程控制系统申的操作员站SIMATICPCS7是TIA中的过程控制系统。PCS7是结合了基于控制器的制造业自动化的优点和基于PC的过程工业自动化的优点的过程处理系统(PCS)，它对过程可视化使用包括WINCC的标准SIMATIC部件。(10)可集成到MES和ERP中WINCC的标准接口使WINCC成为全公司范围IT环境下的一个完整部件。