西門子現(xiàn)場總線在電廠輸煤控制系統(tǒng)的應用.doc

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摘 要 PROFIBUS現(xiàn)場總線技術是隨著數(shù)字信號系統(tǒng)的發(fā)展而產生的,它是世界上第一個開放式現(xiàn)場總線標準，其應用領域覆蓋了從機械加工、過程控制、電力、交通到樓宇自動化的各個領域。 PROFIBUS-DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的模塊，有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率，適用于系統(tǒng)和外部設備之間的通信，遠程I/O系統(tǒng)尤為適合。它允許高速度周期性的小批量數(shù)據(jù)通信，適用于對時間要求比較高的自動化場合。 本設計是應用西門子現(xiàn)場總線對電廠輸煤系統(tǒng)的改造， 電廠輸煤系統(tǒng)是火電廠電力生產的重要生產過程?；鹆Πl(fā)電廠輸煤系統(tǒng)的工藝設備布置具有高度分散性，鍋爐的單爐單磨燃煤的計量準確問題一直是影響電廠發(fā)電成本正平衡統(tǒng)計的頑癥，更是燃煤發(fā)熱量和鍋爐燃燒效率統(tǒng)計計算尚無法解決的棘手問題。而現(xiàn)場總線技術對于高度分散性、電磁干擾大的設備有其獨特的優(yōu)勢，因而輸煤系統(tǒng)可以采用將DCS 遠程I/0 總線模式與智能通訊模塊總線模式相結合的控制方式，技術先進，提高了輸煤系統(tǒng)控制水平。本設計分兩步對該項目進行改造，先期進行輸煤控制系統(tǒng)的改造，而后進行輸煤和入爐煤軟測量的改造．以期最終達到單爐瞬時燃料計量及動態(tài)生產成本核算的目的。 關鍵詞 輸煤系統(tǒng)，PCS，PROFIBUS-DP ABSTRACT PROFIBUS field bus technology is with the development of the digital signal system, it is the worlds first open field bus standard, its application field covers from mechanical processing, process control, electric power, traffic to building automation fields. PROFIBUS-DP is an optimized module, have higher data transfer rate, applied to the communication between system and external equipment, especially suitable for the remote I/O system. It allows high speed periodic small batch data communication, suitable for high automation demands on time. This design is the application of Siemens field bus in power plant coal conveying system, power plant coal conveying system is the important process of the electric power production in power plants. Thermal power plant coal conveying system of process equipment layout is highly decentralized, single furnace boiler problem of accurate measurement of single grinding of coal has been affect the cost of power generation is equilibrium statistical problems, especially coal calorific value and statistical calculation of boiler combustion efficiency is still unable to solve intractable problems. And field bus technology for highly decentralized, electromagnetic interference, big equipment has its unique advantages, thus conveying system can be used with the DCS remote I / 0 bus mode of intelligent communication module bus pattern with the combination of control mode, advanced technology, improve the level of the coal conveying control system. This design for the project in two steps, first coal conveying control system renovation, and then the soft measurement of the coal and coal into the furnace. In order to ultimately achieve instantaneous single furnace fuel metering and dynamic production cost accounting purpose. Keywords Coal handling system,PCS,Profibus-DP 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 2 2 輸煤段工藝及控制要求 3 2.1輸煤系統(tǒng)的組成 3 2.2輸煤段工藝簡介 3 2.3輸煤控制方案 4 2.3.1輸煤系統(tǒng)的特點 4 2.3.2控制方案描述 5 3 Profibus-DP協(xié)議 6 3.1 Profibus-DP的基本功能 6 3.2 Profibus-DP的通信原理 8 3.3 電子設備數(shù)據(jù)文件(GSD) 8 3.4 Profibus-DP的技術優(yōu)勢 9 4 系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構 10 4.1 SIMATIC PCS 7系統(tǒng)概述 10 4.2 SIMASTIC PCS 7結構圖 10 5 系統(tǒng)硬件及功能配置 12 5.1系統(tǒng)硬件 12 5.1.1 模塊的選擇 13 5.1.2 程序設計 13 5.2硬件組態(tài) 14 5.2.1 通訊設置 16 5.3 S7-300與S7-200的EM277之間的Profibus-DP通訊 18 6 上位機監(jiān)控軟件的研究與設計 25 6.1 WINCC組態(tài)軟件的功能和特點 25 6.2 利用組態(tài)軟件WinCC設計系統(tǒng)監(jiān)控界面 25 結 論 36 參考文獻 37 致 謝 38 1 緒論 在電廠輸煤系統(tǒng)中，輸煤的特點是工藝線路很長、設備數(shù)量多、系統(tǒng)跨度大而且布置分散、設備多采用強電控制、燃料敞露運輸、電纜用的數(shù)量較大、運行的環(huán)境惡劣、電磁對設備干擾大、設備間工藝聯(lián)鎖關系比較復雜。隨著總線技術的發(fā)展，遵循現(xiàn)場總線通訊協(xié)議DCS 順序控制的系統(tǒng)顯示出越來越大的優(yōu)勢。目前國內外現(xiàn)場總線技術的應用，可分為兩類，一種是DCS 遠程 I/O 通訊采用現(xiàn)場總線標準的協(xié)議技術的應用，國內工程已經(jīng)有經(jīng)驗；第二種是現(xiàn)場總線技術標準的智能現(xiàn)場設備中植入具有控制器功能的控制模塊，并且以符合某種現(xiàn)場總線協(xié)議標準的通訊方式與DCS 相聯(lián)接的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。 在電廠輸煤系統(tǒng)中，輸煤系統(tǒng)的工藝設備的布置具高度分散性，而現(xiàn)場總線技術對于電磁干擾大、高度分散性的設備有其獨特的優(yōu)勢，因此輸煤系統(tǒng)采用將DCS 遠程I/0 總線模式與智能通訊模塊總線模式相結合的控制方式，技術比較先進，進一步提高了輸煤系統(tǒng)控制水平。 2 輸煤段工藝及控制要求 2.1輸煤系統(tǒng)的組成 各工藝段所包含的設備由輸煤皮帶機、葉輪給煤機、往復式給煤機、碎煤機，滾軸篩帶式除鐵器、圓盤除鐵器、精細除鐵器、犁煤器、切換擋板拉繩開關和跑偏開關等組成，其他如撕裂打滑、堵煤等保護開關均不進本控制系統(tǒng)。輸煤工藝流程的主要特點是流程距離長，分布點比較廣，設備的控制網(wǎng)路比較單．現(xiàn)場環(huán)境粉塵很大，依據(jù)電力企業(yè)輸煤運行規(guī)程技術標準，輸煤系統(tǒng)控制必須設有就地控制、集中控制和程序控制三級控制制手段，同時輸煤系統(tǒng)啟?；蚓o急故障時必須遵循啟動時按逆煤流順序逐一啟動設備，停止給煤時按正煤流順序逐一停止設備的原則進行控制操作，其工藝流程如圖2.1所示； 圖2.1 輸煤工藝流程圖 2.2輸煤段工藝簡介 電廠的輸煤工藝系統(tǒng)先后由一二期工程構成現(xiàn)在的輸煤系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)之間既獨立又有相互交叉的工藝連接．同時要為六臺發(fā)電機組供煤。雖然一二期僅涉及煤場至人爐煤斗之間的輸煤控制系統(tǒng)設備改造．但為了安全可靠地實現(xiàn)改造．又不影響所有機組的正常運行，因此將該項目分兩步進行。第一步先將輸煤控制系統(tǒng)改造，而后再將入爐煤計量部分改造。 下面介紹第一部分的內容，其工藝流程如圖2.2所示 圖2.2 生產過程的工藝流程圖 從輸煤工藝聯(lián)鎖流程圖分析得知，在控制系統(tǒng)程序組態(tài)時應嚴格按照該流程進行沒計及組態(tài)，以確保與設備和人身安全有關的控制程序的編程，亦須在遵循系統(tǒng)聯(lián)鎖的原則下靈活組臺。 2.3輸煤控制方案 2.3.1輸煤系統(tǒng)的特點 輸煤系統(tǒng)是由卸煤、上煤、貯煤和配煤系統(tǒng)組成的。卸煤系統(tǒng)是由汽車衡、翻車機或入廠煤采樣裝置等組成的，其設備控制方式是由制造的廠方設計并成套供貨。上煤系統(tǒng)由除塵器、碎煤機、除鐵器、帶式輸送機、三通擋板、葉輪給煤機、堵煤振打電機、振動器、電子皮帶秤等組成，并且具有皮帶跑偏、煤流堵塞、打滑、縱向撕裂、事故拉繩開關和振打料流信號等保護設備，按上煤的流程實現(xiàn)預啟、啟動、停機、聯(lián)鎖停機的功能；貯煤系統(tǒng)是由斗輪堆取料機、煤場等組成，系統(tǒng)通過以自身配套的系統(tǒng)控制，與輸煤程控系統(tǒng)實現(xiàn)了信息交換和聯(lián)鎖；配煤系統(tǒng)主要由犁式卸料器、煤倉間配煤皮帶、筒倉、煤倉超聲波料位計等組成，配煤流程可實現(xiàn)順序配煤、能自動跳過滿倉、低料位優(yōu)先配煤、超高料位倉、高料位倉及檢修倉功能。系統(tǒng)運行要求是按順煤流方向是正常順序停機、按逆煤流方向是正常順序啟動，而事故跳閘時是從設備故障點及其上游的設備瞬時停機，而且故障點下游設備保持原來的工作狀態(tài)不變。 2.3.2控制方案描述 根據(jù)現(xiàn)場的實際狀況和輸煤工藝控制的技術規(guī)范要求．輸煤系統(tǒng)的輸煤棧橋狹長，在一側布置有電纜橋架，該橋架敷設6000V AC動力電纜．還要敷設控制和通信電纜，因此，電纜周圍的共模和差模干擾信號必然要影響控制系統(tǒng)的通信質量，甚至于使得控制系統(tǒng)不能正常工作。為此選用Profibus-DP現(xiàn)場總線來組成網(wǎng)絡。用光電交換機OLM來完成與主控制器之間的信號交換．因為采用了光纖傳輸通信可將電磁場對通信沒備的干擾影響降至最低程度，真正達到阻斷干擾的目的。以主控制器S7-315-2DP作為主站，通過以太網(wǎng)變換機ESM連接到安裝有以太網(wǎng) C P-1613的工控機上。每臺HIM系統(tǒng)界面選用WIN CC V5.2版本。系統(tǒng)拓撲如圖2.3所示。 圖2.3 輸煤系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖 3 Profibus-DP協(xié)議 3.1 Profibus-DP的基本功能 1　 功能 ◆DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳送。 ◆各DP從站的動態(tài)激活和撤銷。 ◆強大的診斷功能，三級診斷信息。 ◆輸入或輸出的同步。 ◆通過總線為DP從站賦予地址。 ◆通過總線對DP主站進行配置。 ◆每個DP從站最大為246字節(jié)的輸入和輸出數(shù)據(jù)。 2　 傳輸技術 ◆RS485雙絞線雙線電纜或光纜。 ◆波特率9.6kbps-12Mbps。 3　 總線存取 ◆各主站間令牌傳送，主站與從站間數(shù)據(jù)傳送。 ◆支持單主或多主系統(tǒng)。 ◆主一從設備，總線上最多站點數(shù)為126。 4　 設備類型 ◆一類DP主站（DPMI）：中央可編程控制器，如PLC,PC等。 ◆二類DP主站（DPM2）：可編程、可組態(tài)、可診斷的設備。 ◆DP從站：帶二進制或模擬輸入輸出的驅動器、閥門等。 DP主站的主要任務： ① 啟動時初始化主站系統(tǒng)，通過讀取診斷數(shù)據(jù)檢查DP從站是否準備就緒，檢查其它主站是否組態(tài)、配置了該從站，然后進行從站配置； ② 檢查從站組態(tài)是否與主站組態(tài)一致，一致則開始循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸，否則，讀取診斷信息，并報告錯誤信息； ③與DP從站進行循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸； ④對DP從站的監(jiān)側： ⑤ 采集診斷信息： ⑥處理控制請求，包括輸入輸出同步控制，DP從站起停控制等： ⑦ 讀取共享輸入輸出數(shù)據(jù)； ⑧當DP主站停止或故障時，系統(tǒng)進入安全狀態(tài)。 DP從站的主要任務有： ①接收來自主站的信息，包括組態(tài)參數(shù)、配置參數(shù)等； ② 提供過程數(shù)據(jù)； ③提供診斷數(shù)據(jù)； ④提供輸入輸出數(shù)據(jù)等。 Profibus-DP允許構成單主站或多主站系統(tǒng)，典型的DP配置是單主站結構如圖3.1所示，在單主站系統(tǒng)中，在總線系統(tǒng)操作階段，只有一個活動主站，從站被主站按輪循環(huán)表一次訪問。單主站系統(tǒng)可獲得最短的總體循環(huán)時間。 多主站配置中，總線上的主站與各自的從站構成相互獨立的子系統(tǒng)，如圖3.2所示。任何一個主站均可讀取DP從站的輸入輸出映像，但只有一個主站可對DP從站寫入輸出數(shù)據(jù)，多主站系統(tǒng)的循環(huán)時間要比單主站系統(tǒng)長。 5　 運行模式 運行：輸入和輸出數(shù)據(jù)的循環(huán)傳送。第一類DP主站由DP從站讀取輸入信息并向DP從站寫入輸出信息。 清除：第一類DP主站讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持為故障-安全狀態(tài)； 停止：只能進行主一主數(shù)據(jù)傳送，第一類DP主站和DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳送。 6　 通信 ◆點對點（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令） ◆循環(huán)主一從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主一主數(shù)據(jù)傳送 7　 同步 ◆控制指令允許輸入和輸出同步 ◆同步模式：輸出同步 ◆鎖定模式：輸入同步 圖 3.1 單主站系統(tǒng) 圖 3.2 多主站系統(tǒng) 本設計采用單主站系統(tǒng)，選用西門子S7-300系列作為主站，將監(jiān)測信號傳輸給Profibus-dp，再由Profibus-dp將信號傳輸給監(jiān)控室，輸煤系統(tǒng)鍋爐中煤量的的多少由Wincc顯示，根據(jù)煤量的多少相應的控制傳輸皮帶的啟停。 3.2 Profibus-DP的通信原理 主站和DP從站之間的數(shù)據(jù)傳送分三個階段：參數(shù)設定、組態(tài)、數(shù)據(jù)交換。在參數(shù)設定階段，每個從站將自己的實際組態(tài)數(shù)據(jù)與從主站接收到的組態(tài)數(shù)據(jù)進行比較。只有當實際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時，DP從站才進入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，設備類型、數(shù)據(jù)格式、長度以及輸入輸出數(shù)量必須與實際組態(tài)一致。在實際系統(tǒng)中，要使主站節(jié)點和各從站之間能夠實現(xiàn)正確的網(wǎng)絡通信，必須對網(wǎng)絡進行配置，規(guī)定主站與從站的關系，確定哪些從站被納入信息交換周期，然后將網(wǎng)絡配置信息下載到Profibus-DP主站中去。 Profibus設備具有不同的性能特征（現(xiàn)有功能的不同或可能的總線參數(shù)的不同），這些參數(shù)對每種設備類型和每個生產廠來說均各有差別。要使PROFIBUS能夠實現(xiàn)簡單的即插即用配置，需要將這些特性在設備數(shù)據(jù)庫（GSD）中具體說明。GSD文件由生產廠商分別針對每一種設備類型準備并以設備數(shù)據(jù)庫清單的形式提供給用戶。這種文件格式便于讀出任何一種Profibus-DP設備的設備配置信息，在組態(tài)總線系統(tǒng)時自動使用這些信息；系統(tǒng)自動地對與整個系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)輸入誤差和前后一致性進行檢查核對。 3.3 電子設備數(shù)據(jù)文件(GSD) 為了將不同廠家生產的Profibus產品集成在一起，生產廠家必須以GSD文件(電子設備數(shù)據(jù)庫文件)方式將這些品的功能參數(shù)(如I/O點數(shù)、診斷信息、波特率、時間監(jiān)視等)。標準的GSD數(shù)據(jù)將通信擴大到操作員控制級。使用根據(jù)GSD所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產的設備集成在同一總線系統(tǒng)中。 GSD文件可分為三個部分： 1　 總規(guī)范：包括了生產廠商和設備名稱、硬件和軟件版本、波特率、監(jiān)視時間間隔、總線插頭指定信號。 2　 與DP有關的規(guī)范：包括適用于主站的各項參數(shù)，如允許從站個數(shù)、上裝/下裝能力。 3　 與DP從站有關的規(guī)范：包括了與從站有關的一切規(guī)范，如輸入/輸出通道數(shù)、類型、診斷數(shù)據(jù)等。 3.4 Profibus-DP的技術優(yōu)勢 1　 總線存取協(xié)議 Profibus的三種協(xié)議DP,PA和FMS采用一致的總線存取協(xié)議，數(shù)據(jù)鏈路層采用混合介質存取方式，包括主站之間的令牌傳遞方式和主站與從站之間的主從方式。得到令牌的主站可在一定時間內執(zhí)行本站的工作，保證了每個主站在一個確切規(guī)定的時間內得到總線存取權，避免沖突。較其它一些總線標準采用沖突碰撞檢測的方式來避免沖突，PROFIBUS的總線存取協(xié)議能保證較快的傳輸速度。 2　 靈活的配置 根據(jù)具體對象的不同，可以靈活的選擇不同的系統(tǒng)配置，如單主站系統(tǒng)、多主站系統(tǒng)或者采用PROFIBUS-DP與PROFIBUS-FMS相結合的混合系統(tǒng)，來實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，它們可在同一根電纜上同時運行。 3　 本質安全 目前，就世界范圍內被普遍接受的電氣設備防爆技術有：隔爆、增安,本質安全、正壓和封澆等。對于自動化儀表，最理想的保護技術是以抑制電火花和熱效應能量為防爆手段的本質安全技術。 4 系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構 4.1 SIMATIC PCS 7系統(tǒng)概述 SIMATIC PCS 7是具有卓越系統(tǒng)特性與可升級結構的通用的過程控制系統(tǒng)，它將靈活的模塊化冗余技術和通訊和組態(tài)等強大的性能、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理組合在一起，是以高效、經(jīng)濟的方式組建和運行控制技術工廠的理想基礎。 　　SIMATIC PCS 7還具有常規(guī)的過程控制系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點。具有靈活的系統(tǒng)結構，可以隨時的根據(jù)要求通過無縫集成附加功能方式擴展控制技術的功能，如可用于批次過程資產管理、物料傳送控制、安全應用、自動化、MES任務或過程數(shù)據(jù)分析/管理。 西門子PCS 7系統(tǒng)是完全無縫集成的自動化的解決方案。可以應用于所有的工業(yè)領域,包括制造工業(yè)，過程工業(yè)，混合工業(yè)以及工業(yè)所涉及的所有制造與過程自動化產品。作為先進的過程控制系統(tǒng)，SIMATIC PCS7 形成了具有典型過程組態(tài)特征的全集成系統(tǒng)。SIMATIC PCS 7-西門子過程控制系統(tǒng)的特點 ： （1）先進的分布式客戶機/服務器架構 （2）基于標準的SIMATIC軟件和硬件組件 （3）可伸縮性強，從小型實驗室系統(tǒng)，到具有高達60000個過程對象的大型工廠 （4）可用于所有工業(yè)領域：過程、制造以及混合工業(yè) （5）可用于連續(xù)和批處理應用 （6）基于IEC 61131 的集中式，工廠范圍內的工程系統(tǒng) （7）強大的HMI系統(tǒng)，帶有集成的基于SQL服務器的歸檔系統(tǒng) （8）符合ISA S 88.01 和FDA 21 CFR Part 11規(guī)范的模塊化批處理系統(tǒng)SIMATIC BATCH （9）通過SIMATIC IT架構實現(xiàn) MES/ERP層級的接口 (10)通過現(xiàn)場總線PROFIBUS，現(xiàn)場設備和驅動系統(tǒng)均可很靈活和容易的集成 （11）在同一個可編程控制器中可以混合運行標準和故障安全相結合的形式，高可用性和故障安全相結合的形式，可在所有層級實現(xiàn)冗余，提高可用性 4．2 SIMASTIC PCS 7結構圖 SIMASTIC PCS 7的內部的通信是采用SIMATIC BET網(wǎng)絡部件，基于全球的標準，采用開放式通信理念，可保證工廠中的所有層級與位置的可靠數(shù)據(jù)傳輸。所有的SIMATIC NET產品都是專為工業(yè)應用所開發(fā)的，適合用于所有工廠與工業(yè)領域。網(wǎng)絡部件可以滿足最高的應用要求。特別的是容易遭受外部條件影響的應用領域，例如： ①有爆炸危險的場合； ②具有較高污染或機械振動的場合； ③電磁場干擾； ④腐蝕性液體和氣體。 SIMASTIC NET 總線是實現(xiàn)所有系統(tǒng)部件之間的無故障通信和統(tǒng)一： ①自動化系統(tǒng)、I/O和現(xiàn)場部件； ②工程站和操作員站。 SIMASTIC NET 系統(tǒng)是一個典型的工廠自動化系統(tǒng)，具有三級網(wǎng)絡結構:現(xiàn)場設備層網(wǎng)絡，單元層網(wǎng)絡及管理層網(wǎng)絡，如圖4.1所示： 圖4.1 SIMASTIC NET 結構圖 5 系統(tǒng)硬件及功能配置 5.1系統(tǒng)硬件 本次設計采用了SIMATIC S7-300。它是一種通用型的PLC，能適合自動化工程中的各種應用場合，尤其是在生產制造工程中的應用。模塊化、無風扇結構、易于實現(xiàn)分布式的配置以及易于掌握等特點，使得S7-300在工業(yè)領域中實施各種控制任務時，成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。 操作站一個，設在輸煤綜合樓控制室。采用了S7—300系列的CPU315-2DP一個冗余配置，實現(xiàn)控制任務。由于輸煤系統(tǒng)設備的分散性，還在煤倉間設置了一個遠程站，采用西門子EM277遠程I/O系統(tǒng)，通過冗余的PROFIBUS現(xiàn)場總線與主控制站連接。編程采用了STEP 7軟件。這套軟件不僅是一個簡單的程序編寫軟件，還集成硬件組態(tài)、網(wǎng)絡設置、系統(tǒng)調試、項目管理等各種功能，使項目的實施更加方便。如圖5.1所示 圖5.1 系統(tǒng)配置圖 5.1.1 模塊的選擇 要為了實現(xiàn)通訊，要使用PC機來編程，通過PROFIBUS電纜實現(xiàn)與S7-300的通訊。要選擇一個型號為CPU315-2DP的CPU模塊，一根PORIFBUS電纜，一個電源模塊，和一個輸入輸出模塊。如圖4-2所示 圖5.2 PLC模塊 5.1.2 程序設計 當按下啟動按鈕時，上煤機將通過皮帶機1#給1號配煤倉進行上煤并延時（上煤時間可在WinCC中設置）。延時到或1號配煤倉裝滿，上煤機將對2號配煤倉進行上煤并延時（可在WinCC中設置），同時1號配煤倉開始進行配煤。延時到或2號配煤倉裝滿，上煤機將對3號配煤倉進行上煤并延時（可在WinCC中設置）。同時2號配煤倉開始配煤。延時到或3號配煤倉裝滿，上煤機又將對1號配煤倉進行上煤，同時3號配煤倉開始配煤。如此循環(huán)上煤。煤倉的滿與否是通過設置在配煤倉的稱重傳感器控制，也相當于一個限位開關，煤倉上滿或達到足夠的重量后，稱重傳感器將發(fā)出信號。上煤機將自動給下一個配煤倉上煤。程序流程設計如圖4-3所示 圖5.3 程序流程 5.2硬件組態(tài) SETP7可對自動項目中的硬件進行組態(tài)和參數(shù)設置?？梢詫LC機架上的硬件進行配置，設置硬件模塊的參數(shù)，比如CPU參數(shù)和分布式I/O等參數(shù)的設置。 打開STEP7編程軟件,打開SIMATIC管理器，會彈出一個如圖2-1所示.點擊“Next”按鈕彈出下一個對話框，選中CPU315-2DP型號的芯片，設置MPI地址，也可在新建欄中點擊“新建”。設置好后單擊“Next”按鈕進入下一個對話框，再點擊“Next”按鈕進入下一個對話框如圖2-2所示。在Project name欄中輸入名字“電廠輸煤控制系統(tǒng)”點擊“Finish”按鈕完成。 圖5.5 創(chuàng)建項目 圖5.6 創(chuàng)建項目 項目創(chuàng)建后出現(xiàn)如圖2-3所示的項目界面，在界面右邊雙擊“Har dware”出現(xiàn)如圖2.4所示，硬件組態(tài)界面。在硬件組態(tài)界面中選中UR槽口中4號槽，再在Profi欄找出SIMATIC 300/SM-300/AI-300中找出AI212Bit模塊。用同樣的方法在5、6、7號槽組態(tài)上添加對應的AO212Bit、DI16DC24V、DO8Relay模塊。 圖5.7 項目界面 圖5.8 硬件組態(tài)界面 5.2.1 通訊設置 SETP7編程軟件要用于組態(tài)通訊網(wǎng)絡連接，要對網(wǎng)絡連接的參數(shù)設置，還要對網(wǎng)絡上每個通訊設備的參數(shù)進行設置。 在通訊設置過程中，單擊如圖2-5所示。在項目界面里的“電廠輸煤控制系統(tǒng)”右邊會出現(xiàn)兩個圖標，雙擊第二個圖標彈出對話框。在設置通訊參數(shù)時，在Subnet欄中可以一般選擇系統(tǒng)默認值，也可以在Subnet欄中點擊“New”按鈕彈出通訊參數(shù)設定對話框如圖2-6所示。在通訊參數(shù)設定對話框中選擇所需要的通訊參數(shù)，點擊“OK”完成通訊組態(tài)。 站地址 圖5.9 通訊設置界面 通信速率 圖5.10 訊參數(shù)設定對話框 5.3 S7-300與S7-200的EM277之間的Profibus-DP通訊 1 通信網(wǎng)絡組態(tài)與參數(shù)設置 ①網(wǎng)絡配置 本設計把帶集成DP口的S7-300 CPU 315-2DP為DP主站，以S7-200 CPU 226+EM277接口模塊作為DP從站，構成一個單主從系統(tǒng)，其中采用帶CP5613A2的PC作為編程和監(jiān)控機。系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如圖所示： 圖5.11 網(wǎng)絡配置 2 硬件和軟件要求 ① 硬件 DP主站：CPU 315-2DP DP從站：CPU 226 DP從站接口模塊：EM277 主站編程接口：MPI網(wǎng)卡CP5613A2或PC適配器 從站編程接口：PC/PPI編程/通訊電纜 Profibus總線連接器及電纜 ② 軟件 主站編程軟件：STEP7 5.4 從站編程軟件：STEP7 Micro WIN 4.0 3 網(wǎng)絡組態(tài)與參數(shù)設置 S7-300與S7-200通過EM277進行Profibus-DP通訊，需要在STEP7中進行S7-300站組態(tài)，在S7-200系統(tǒng)中不需要對通訊進行組態(tài)和編程，只需要將要進行通訊的數(shù)據(jù)整理存放在V存儲區(qū)與S7-300的組態(tài)EM277從站時的硬件I/O地址相對應就可以了。 ① 組態(tài)主站 在STEP75.4中新建一個S7項目，依次插入機架、電源和CPU 315C-2DP，配置Profibus-DP網(wǎng)絡，將主站DP地址設置為2，模擬量輸入/輸出地址取系統(tǒng)默認值IB336～IB351和QB336～QB351。 ② 配置從站 打開主站硬件組態(tài)窗口，然后選中STEP7的硬件組態(tài)窗口中的菜單 Option Install new GSD，導入SIEM089D.GSD文件，安裝EM277從站配置文件，如下圖： 圖5.12 SIEM089D.GSD文件的安裝 在d盤study文件夾中找到EM277的GSD文件并進行安裝： 圖5.13 SIEM089D.GSD文件安裝成功 導入GSD文件后，在右側的設備選擇列表中找到EM277從站，PROFIBUS DPAdditional Field DevicesPLCSIMATICEM277,從站DP地址設置為8，并且根據(jù)通訊字節(jié)數(shù)，選擇一種通訊方式，本設計中選擇了8字節(jié)入/8字節(jié)出的方式。 圖5.14 EM277的配置 設置完成后主-從通信接口的對應關系如下： S7-300主站 S7-200從站 PQB0～PQB7------------------→VB0～VB7 PIB8～PIB15←-----------------VB8～VB15 3 軟件編程 主站側通訊程序的任務是實現(xiàn)對外設輸入/輸出區(qū)（PQ/PI區(qū)）的讀寫。對于按字節(jié)單元或子單元傳送的數(shù)據(jù)，可簡單地采用裝載、傳送指令完成。對于3個字節(jié)或4個以上字節(jié)的連續(xù)性數(shù)據(jù)（一致性數(shù)據(jù)），需在OB1中調用系統(tǒng)功能SFC14、SFC15來完成。本設計采用連續(xù)性數(shù)據(jù)傳送，其中，SFC14讀取存放在輸入借口區(qū)的數(shù)據(jù)包，解包后存放到指定的數(shù)據(jù)區(qū)。而SFC15將存放在指定數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)打包，并經(jīng)由通訊接口區(qū)發(fā)送出去。程序如下： 網(wǎng)絡1： 網(wǎng)絡2： 組態(tài)完系統(tǒng)的硬件配置后，將硬件信息下載到S7-300的PLC當中。 S7-300的硬件下載完成后，PLC200與PC通訊正常，如圖4.19。打開STEP7中的變量表和STEP7 MicroWin32的狀態(tài)表進行監(jiān)控，它們的數(shù)據(jù)交換結果如圖4.20和圖4.21。 圖5.15 PC與PLC-200通訊成功 圖5.16 STEP7中的變量表中數(shù)據(jù)交換結果 圖5.17 STEP7 MicroWin32的狀態(tài)表中數(shù)據(jù)交換結果 6 上位機監(jiān)控軟件的研究與設計 6.1 WINCC組態(tài)軟件的功能和特點 1 SIMATIC WINCC應用廣泛，成績斐然 適用于所有工業(yè)和技術領域的解決方案 WinCC最引人注目之處還是其廣泛的應用范圍。獨立于工藝技術和行業(yè)的基本系統(tǒng)設計，模塊化的結構，以及靈活的擴展方式，使其不但可以用于機械工程中的單用戶應用，而且還可以用于復雜的多用戶解決方案，甚至是工業(yè)和樓宇技術中包含有幾個服務器和客戶機的分布式系統(tǒng)。 WinCC集生產自動化和過程自動化于一體，實現(xiàn)了相互之間的整合，這在大量應用和各種工業(yè)領域的應用實例中業(yè)己證明，包括: 汽車工業(yè)化工和制藥行業(yè)印刷行業(yè)能源供應和分配 貿易和服務行業(yè)塑料和橡膠行業(yè)機械和設備成套工程 金屬加工業(yè)食品、飲料和煙草行業(yè)造紙和紙品加工 鋼鐵行業(yè)運輸行業(yè)水處理和污水凈化 2 SIMATIC WinCC內置所有SCADA功能 集成用戶管理 使用WinCC用戶管理器，可以分配和控制組態(tài)和運行時的訪問權限。你還可作為系統(tǒng)管理員，隨時(包括在運行時)建立最多128個用戶組(每組最多包含128個單獨的用戶)，并為他們分配相應的訪問WiCnC功能的權限。 報表和記錄系統(tǒng) WinCC有一個集成的記錄系統(tǒng)，可用它打印來自WiCnC或其它應用程序的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)還可打印運行時獲得的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的布局可以組態(tài)。可使用不同的記錄類型:從消息序列一記錄、系統(tǒng)消息記錄和操作員記錄，直至用戶報表。 3 SIMATICWinCC組態(tài)簡便、高效 在自動化解決方案的壽命周期內，工程成本要占到總成本的50%以上。如要顯著地降低這種成本，就必須要有簡單和高效的組態(tài)工具，以及直觀、友好系統(tǒng)。WinCC再一次指明了這一道路。你日積月累的PC應用技能可以應用于你的工業(yè)過程,這就是SIMATIC WinCC隱藏的設計思想。其結果就是在面向對象的多語言工程與組態(tài)環(huán)境下，提供方便組態(tài)的用戶界面、工具提示以及范圍廣泛的在線幫助和應用實例。 6.2 利用組態(tài)軟件WinCC設計系統(tǒng)監(jiān)控界面 1 單擊WinCC項目管理器工具欄上的按鈕，打開“WinCC資源管理器”對話框， 如圖6.1所示。選擇所需要的項目類型，并單擊“確定”按鈕，即打開“創(chuàng)建新項目”對話框，如6.2所示。 圖6.1 WinCC資源管理器對話框 創(chuàng)建的項目 圖6.2 創(chuàng)建項目 2 WinCC與SIMATIC S7 PLC的通訊設置 在WinCC組態(tài)軟件里提供了一個名為SIMATIC S7 Protocol Suite的通訊驅動程序。可以通過該通訊驅動程序與SIMATIC S7 300 PLC進行通訊。在WinCC項目管理器的瀏覽窗口中，右擊“變量管理”。選擇“添加新的驅動程序”菜單，打開“添加新的驅動程序”對話框選擇SIMATIC S7 Protocol Suite.chn。如圖4-7所示 圖6.2 驅動程序對話窗口 把通道單元建立后，要通過計算機上的PC5611通訊卡才能與PLC進行通訊。在硬件上要使用MPI電纜對WinCC和PLC進行連接。其分配表如表6.3所示 表6.3 硬件分配表 WinCC通道 通訊網(wǎng)絡 PLC類型 CPU型號 遠程設備 通訊卡 MPI電纜 PROFIBUS電纜 S7-300 CPU315-2DP ET200 PC5611 3 WinCC通訊中站地址和插曹號的設置 在WinCC里，單擊“屬性”按鈕，打開“連接參數(shù)—MPI”對話框。在“站地址”文本框中輸入地址為2，網(wǎng)絡段號為0，在“機架號”文本框中輸入CPU所在的機架號，在“插槽號”文本框中輸入2指定CPU所在插槽號。如圖4-8所示 4 組態(tài)變量 ①添加一個邏輯連接 若要使用WinCC來訪問PLC的當前值，則在WinCC與PLC之間必須組態(tài)一個通訊連接。 添加一個通訊驅動程序，右擊瀏覽窗口中的“變量管理”，在快捷菜單中選擇“添加新的驅動程序”，如圖6.4所示 圖6.4 MPI連接 圖6.5 添加新的驅動程序 在“添加新的驅動程序”對話框中，選擇一個驅動程序，例如SIMATIC S7 Protocol Suite.chn，并單擊“打開”按鈕，所選擇的驅動程序將顯示在變量管理的子目錄下。 單擊所顯示的驅動程序前面的“+”，將顯示當前程序所有可用的通道單元。通道單元可用于建立與多個PLC的邏輯連接。邏輯連接表示與單個的、已定義的PLC的接口。 右擊MPI通道單元，在快捷菜單中選擇“新的驅動程序的連接”菜單項。在隨后打開的如圖6.6所示的“連接屬性”對話框中輸入NewConnection作為邏輯連接名，單機“確定”按鈕。 圖6.6 建立邏輯變量 ②建立內部變量 如果WinCC資源管理器“變量管理”節(jié)點還沒展開，可雙擊“變量管理”子目錄。 右擊“內部變量”圖表，在快捷菜單中選擇“新建變量”菜單項，如圖6.7所示。 圖6.7創(chuàng)建內部變量 ③建立過程變量 在建立過程變量前，必須先安裝一個通訊驅動程序和建立一個邏輯連接。在前面已經(jīng)建立了一個命名為PLC的邏輯變量 單擊“變量管理”/SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE/MPI前面的“”，展開各自節(jié)點，右擊出現(xiàn)的NewConnection節(jié)點，在快捷菜單中選擇“新建變量”菜單項，如圖6.8所示。 圖6.8建立一個過程變量 在“變量屬性”對話框中給變量命名，并選擇數(shù)據(jù)類型。WinCC中的數(shù)據(jù)類型有別于PLC中使用的數(shù)據(jù)類型。如有需要可在“改變格式”列表選擇格式轉換。 必須給過程變量分配一個在PLC中的對應地址，地址類型與通訊對象相關。單擊地址域旁邊的“選擇”按鈕，打開“地址屬性”對話框，如圖6.9所示。 圖6.9 地址屬性對話框 在過程變量的“地址屬性”對話框中，選擇數(shù)據(jù)列表框中過程變量所對應的 存儲區(qū)域。地址列表框和編輯框用于選擇詳細的地址信息。 單擊“確定”按鈕，關閉“地址屬性”對話框。單擊“確定”按鈕，“變量屬性”對話框。 在畫面中要實現(xiàn)相匹配的變量，下面把變量的類型，參數(shù)的設置以及畫面中對象的功能以列表的形式出現(xiàn)，如表6.10所示 表6.10 變量功能表 名稱 變量類型 對應參數(shù) 實現(xiàn)的功能 啟動 二進制變量 E0.0 啟動系統(tǒng)的運行 停止 二進制變量 E0.1 停止系統(tǒng)的運行 急停 二進制變量 E0.2 實現(xiàn)警急停車 1#煤倉滿信號 二進制變量 E0.3 2#煤倉滿信號 二進制變量 E0.4 3#煤倉滿信號 二進制變量 E0.5 煤倉開關 二進制變量 A0.0 實現(xiàn)出煤 Int T1 無符號十六位數(shù) MW10 1#煤倉上煤實際時間 Int T2 無符號十六位數(shù) MW12 2#煤倉上煤實際時間 Int T3 無符號十六位數(shù) MW14 3#煤倉上煤實際時間 Int T4 無符號十六位數(shù) MW16 1#煤倉上煤設定時間 Int T5 無符號十六位數(shù) MW18 2#煤倉上煤設定時間 Int T6 無符號十六位數(shù) MW20 3#煤倉上煤設定時間 1#煤位置 二進制變量 M0.1 實現(xiàn)監(jiān)控畫面與時間同步 2#煤位置 二進制變量 M0.2 實現(xiàn)監(jiān)控畫面與時間同步 3#煤位置 二進制變量 M0.3 實現(xiàn)監(jiān)控畫面與時間同步 5 建立過程畫面 在對WinCC進行組態(tài)時，圖形系統(tǒng)用于創(chuàng)建在運行系統(tǒng)中顯示過程畫面。圖形編輯器是對圖形系統(tǒng)的組態(tài)軟件，是用與創(chuàng)建過程畫面的編輯器。 右擊WinCC資源管理器的圖形編輯器，從快捷菜單中選擇“新建畫面” 單項，將創(chuàng)建一個名為NewPdl0.pdl的畫面，并顯示在WinCC資源管理器的右 邊窗口中。右擊此文件，從快捷菜單中選擇“重命名畫面”菜單項，在隨后打開的對話框中輸入“主菜單pdl”。 重復上述步驟創(chuàng)建第二個畫面命名為“上煤時間設定畫面.pdl”、第三個畫面命名為“配煤報警畫面.pdl”、第四個畫面命名為“煤量歸檔畫面.pdl” 雙擊建好的畫面名稱，可以打開圖形編輯器編輯畫面。 6 主菜單畫面的編輯 打開主菜單畫面，在畫面中添加8個靜態(tài)文本、3個畫面切換按鈕、3個開關3個配煤倉、3根皮帶、2個電機、1個碎煤機和若干個煤塊。畫面中的對象和建立的變量對應連接，實現(xiàn)畫面的動作。如圖6.11所示 圖6.11電廠輸煤系統(tǒng)主畫面 7 上煤時間設定畫面的編輯 電廠輸煤控制畫面，在畫面中添加15個靜態(tài)文本、6個輸入/輸出和1個畫 面切換按鈕，在畫面中所有對象和相關的變量進行連接，實現(xiàn)對時間的設定。如圖6.12所示。 圖6.12上煤時間設定畫面 8 配煤報警畫面的編輯 在配煤報警畫面中添加1個靜態(tài)文本、1個輸入輸出、1個復選框、1個切換按鈕和1個報警控件。分別對輸入輸出、復選框、切換按鈕和在報警控件屬性里進行對變量的連接和組態(tài)。如圖6.14。 9 煤量歸檔畫面的編輯 打開煤量歸檔畫面，在畫面中添加1個靜態(tài)文本、1個WinCC在線趨勢控件、1個WinCC在線表格控件和1個按鈕。分別在WinCC在線趨勢控件的屬性對話框和WinCC在線表格控件的屬性對話框里進行參數(shù)的設定。如圖6.13所示。 圖6.13 歸檔畫面 如圖6.14 報警畫面 結 論 本次設計在老師的指導和自己的不懈努力和下完成了。在設計過程中，遇到的困難和阻礙可以說不計其數(shù)，如專業(yè)知識欠缺，軟件安裝出現(xiàn)問題，軟件不會使用等等。但最終還是通過自己查閱資料，同學老師的幫助等各種途徑克服了障礙，在有限的時間內完成了這篇論文。 本設計以西門子現(xiàn)場總線為基礎，電廠輸煤控制為對象，把復雜的電廠輸煤控制用現(xiàn)場總線來實現(xiàn)，構造一個合理的西門子現(xiàn)場總線在電廠輸煤控制系統(tǒng)。 由于自己對知識的掌握不夠，雖然很努力的完成，但還是感到力不從心，因而這次設計的成果，其質量有一點不足，不過從中學到了許多知識，為以后工作打下了良好的基礎。 總的說來，這次設計，讓我學到許多的實踐知識，很大程度的提高了我的動手能力，并且提高了將所學的理論知識與實踐結合應用的能力。該設計中，參考了大量的相關資料，如計算機控制、現(xiàn)場總線等基礎知識教材，也學到了更多的理論知識。在軟件的編程方面，經(jīng)過反復編程、調試，獲得許多重要的知識，使我切實地體會到了軟件強大的功能，它可以用一個合適的程序來代替硬件的工作。 參 考 文 獻 [1] 袁任光．集散型控制系統(tǒng)應用技術與實例．機械工業(yè)出版社，2003． [2] 張浩．現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)絡應用技術手冊[P]．上海：上?？茖W技術出版社，2004． [3] 謝劍英，賈青．微型計算機控制技術[R]．北京：國防工業(yè)出版社，2008． [4] 夏繼強．現(xiàn)場總線工業(yè)控制網(wǎng)絡技術．北京航空航天大學出版社,2005． [5] 陽憲惠．現(xiàn)場總線技術及其應用．清華大學出版社,1999． [6] 陳在平，岳有軍．工業(yè)控制網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線技術．機械工業(yè)出版社, 2006． [7] 俞光昀，陳戰(zhàn)平．計算機控制技術．電子工業(yè)出版社，2002． [8] 李正軍．現(xiàn)場總線及其應用技術．機械工業(yè)出版社，2005． [9] 韓兵. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)應用實例[M]. 化學工業(yè)出版社,2006 . 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