西門子PLC和WINCC在污水處理自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
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在主機(jī)架的3號(hào)插槽插入IM365用于本地?cái)U(kuò)展。插入另外一個(gè)機(jī)架，并在3號(hào)槽插入IM365。這時(shí)該擴(kuò)展機(jī)架上的IM365會(huì)與主機(jī)架上的IM365自動(dòng)連接。在擴(kuò)展機(jī)架上插入4個(gè)8路的模擬量輸入模塊和2個(gè)8路的模擬量輸出模塊。在硬件組態(tài)窗口的下面有詳細(xì)信息窗口，其中顯示了相應(yīng)的模塊的地址。各模塊是自動(dòng)編址的，我們也可以修改各個(gè)模塊的地址。方法是雙擊想要修改的模塊，在對(duì)話框中選擇Address標(biāo)簽頁(yè)，然后輸入相應(yīng)的地址即可。
在配置過(guò)程中，STEP7可以自動(dòng)檢查配置的正確性。當(dāng)硬件目錄中的一個(gè)模塊被選中時(shí)，機(jī)架中允許插入該模塊的槽會(huì)變成綠色，而不允許該模塊插入的槽顏色無(wú)變化。將選中的模塊拖到不能插入該模塊的槽時(shí)，會(huì)提示不能插入的原因。硬件組態(tài)完成后，進(jìn)行存盤并編譯。這時(shí)硬件組態(tài)的參數(shù)將會(huì)保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊（SDB）中。這時(shí)系統(tǒng)硬件組態(tài)完成了，可以將選擇的組態(tài)下載到PLC中。
完成硬件組態(tài)后，就可以進(jìn)行程序的編制。西門子S7系列PLC采用的是“塊式程序結(jié)構(gòu)”，用“塊”的形式來(lái)管理用戶編寫的程序及程序運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)，組成完整的PLC應(yīng)用程序系統(tǒng)（軟件系統(tǒng)）?！皦K”分為數(shù)據(jù)塊和邏輯塊，它們都存放在Blocks目錄下[8]。這些塊主要包括組織塊(OB)、數(shù)據(jù)塊(DB)、功能(FC)、功能塊(FB)和背景數(shù)據(jù)塊(DI)。我們選擇的程序語(yǔ)言是梯形圖(LAD)。
程序編制完成后需要對(duì)程序進(jìn)行下載和調(diào)試。
5.1.3典型程序介紹
該程序段主要實(shí)現(xiàn)模擬量數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化以及傳感器故障報(bào)警。在污水處理過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)的采集和顯示溫度、流量、液位等模擬量信號(hào)。該程序的目的就是將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)化為原始的工程量進(jìn)行顯示。由于在污水處理的現(xiàn)場(chǎng)存在信號(hào)干擾，所以將內(nèi)碼值在+200和-200之間的輸入視為干擾，不進(jìn)行處理。然后將該內(nèi)碼值送給FC105處理。FC105SCALE功能是接收一個(gè)整型值(INT)，并將其轉(zhuǎn)換為以工程單位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之間的實(shí)型值。
該程序檢測(cè)溫度傳感器是否故障。當(dāng)一個(gè)溫度模擬量對(duì)應(yīng)的整數(shù)值在-1000-2000范圍之外，我們視為傳感器故障。為了防止干擾引發(fā)的誤判斷，我們對(duì)故障時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)。只有當(dāng)時(shí)當(dāng)該時(shí)間超過(guò)1000秒時(shí)，我們才對(duì)其進(jìn)行報(bào)警處理。當(dāng)時(shí)間未到，出現(xiàn)了正常信號(hào)時(shí)，需要對(duì)計(jì)時(shí)清零。
5.2上位組態(tài)畫面
本系統(tǒng)采用SIMATICWinCC組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。用戶登陸系統(tǒng)后看到主畫面顯示整個(gè)污水處理廠的工藝流程。通過(guò)主畫面上的幾個(gè)按鈕可以進(jìn)入各個(gè)分畫面。分畫面包括工藝流程的各個(gè)部分以及報(bào)警、趨勢(shì)畫面。監(jiān)控畫面包括系統(tǒng)中的各個(gè)開關(guān)量和模擬量。監(jiān)控系統(tǒng)還可以完成實(shí)時(shí)報(bào)警顯示和報(bào)表打印。
5.2.1WinCC簡(jiǎn)介
西門子公司的WinCC是WindowsControlCenter（視窗控制中心）的簡(jiǎn)稱。它集成了SCADA、組態(tài)、腳本（Script）語(yǔ)言和OPC等先進(jìn)技術(shù)，為用戶提供了Windows操作系統(tǒng)（Windows2000或XP)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。WinCC繼承了西門子公司的全集成自動(dòng)化（TIA）產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)和無(wú)縫集成的特點(diǎn)。WinCC運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以于多種自動(dòng)化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目、可視窗口和菜單選項(xiàng)，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需要的操作畫面、控制畫面、監(jiān)視畫面、報(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線和打印報(bào)表等。
5.2.2設(shè)計(jì)思路
程序運(yùn)行時(shí)首先進(jìn)入主畫面。主畫面顯示污水處理的整個(gè)工藝流程，同時(shí)在主畫面中顯示各個(gè)流程關(guān)鍵的開關(guān)量和模擬量的狀態(tài)，如設(shè)備的狀態(tài)、閘門前后液位、流量等。如果想了解現(xiàn)場(chǎng)更加詳細(xì)的狀態(tài)以及對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制需要進(jìn)入工藝流程的分畫面。分畫面中可以顯示實(shí)時(shí)報(bào)警、趨勢(shì)曲線。同時(shí)對(duì)重要模擬量進(jìn)行歸檔，以便形成歷史趨勢(shì)曲線，便于以后進(jìn)行查看和分析。如果用戶想對(duì)畫面進(jìn)行操作，如設(shè)備控制、參數(shù)更改等，必須輸入用戶名和密碼進(jìn)行登陸，以防止其他人員的誤操作。在登陸狀態(tài)下，不同的用戶具有不同的權(quán)限。在中央監(jiān)控室可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行操作，參數(shù)采集以及現(xiàn)場(chǎng)儀表的數(shù)據(jù)顯示。
5.2.3設(shè)計(jì)步驟
一、啟動(dòng)WinCC并新建項(xiàng)目
啟動(dòng)WinCC，單擊“開始”>SIMATIC>WinCC>WindowsControlCenter6.0。選擇“文件”>新建，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)項(xiàng)目類型選擇對(duì)話框。選擇單用戶項(xiàng)目，輸入項(xiàng)目名稱，在這里輸入“sewerage”，并選擇項(xiàng)目的存儲(chǔ)位置。
二、安裝通訊驅(qū)動(dòng)程序
添加一個(gè)通訊驅(qū)動(dòng)程序，鼠標(biāo)右擊工程瀏覽器中瀏覽窗口中的“變量管理”，選擇“添加新的驅(qū)動(dòng)程序”。在“添加新的驅(qū)動(dòng)程序”對(duì)話框中選擇SIMATICS7ProtocolSuite.chn。單擊驅(qū)動(dòng)程序前面的“+”，將會(huì)顯示當(dāng)前驅(qū)動(dòng)程序所有可用的通道單元。右擊MPI通道單元，在快捷菜單中選擇新的“驅(qū)動(dòng)程序的連接”菜單項(xiàng)。在隨后顯示的連接屬性對(duì)話框中輸入PLCstation作為邏輯連接名，單擊“確定”按鈕。
三、定義變量
單擊“變量管理”>SIMATICS7ProtocolSuite>MPI前面的“+”，展開各自節(jié)點(diǎn)，鼠標(biāo)右擊節(jié)點(diǎn)PLCstation，在快捷菜單中選擇“新建變量組”，輸入DI作為變量組名，同樣的建立DO、AI和AO變量組。建立變量組的目的是為了更好的管理這些變量。如果在一個(gè)項(xiàng)目中因處理大量的數(shù)據(jù)而需要很多的變量時(shí)，建議將變量組織為變量組。只有這樣才能在大型的項(xiàng)目中始終注意各種事件。一般可將完成同一功能的變量或?qū)儆谕辉O(shè)備的變量歸結(jié)為一個(gè)組。在新建的幾個(gè)變量組中添加多個(gè)“標(biāo)簽”，這些“標(biāo)簽”，這些標(biāo)簽對(duì)應(yīng)PLC中的地址，數(shù)據(jù)類型也要和PLC中的數(shù)據(jù)類型保持一致。這樣，當(dāng)我們運(yùn)行項(xiàng)目時(shí)，PLC的數(shù)據(jù)就被采集到計(jì)算機(jī)中。這些數(shù)據(jù)用于在監(jiān)控畫面中顯示、歸檔、報(bào)表打印等。
四、創(chuàng)建過(guò)程畫面
1.設(shè)計(jì)主畫面
圖5.4上位機(jī)主畫面
主畫面顯示污水處理的整個(gè)工藝流程，包括顯示重要的模擬量輸入信號(hào)。在工藝流程主畫面的下方是一排按鈕，“主畫面”用于回到工藝流程主畫面；“工藝流程圖”用于進(jìn)入各個(gè)工藝流程分畫面；“報(bào)表曲線”用于進(jìn)入報(bào)表和趨勢(shì)曲線畫面；報(bào)警窗口用于顯示實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警；“登陸”和“退出系統(tǒng)”用于用戶登陸和退出監(jiān)控系統(tǒng)。在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)按“Ctrl+L”，可以進(jìn)入登陸狀態(tài)，用戶可以在登錄對(duì)話框中輸入用戶名和密碼進(jìn)行登陸。當(dāng)用戶點(diǎn)擊“退出系統(tǒng)”時(shí)會(huì)顯示退出登陸對(duì)話框，可以進(jìn)行確認(rèn)退出和取消退出，這樣可以防止用戶誤點(diǎn)擊退出系統(tǒng)。同時(shí)在畫面中始終顯示系統(tǒng)時(shí)間。
2.設(shè)計(jì)工藝流程分畫面
圖5.5格柵間畫面
在工藝流程分畫面的最上面有一排按鈕，用于在不同的工藝流程段分畫面之間切換包括。包括“格柵間”、“曝氣塵沙池”、“鼓風(fēng)機(jī)房”、“生化反應(yīng)池”、“二沉池”、“紫外線消毒”幾個(gè)按鈕。下面以格柵間為例看一下工藝流程分畫面的創(chuàng)建過(guò)程。選擇菜單“查看”>“庫(kù)”或單擊工具欄上的圖標(biāo)，顯示對(duì)象庫(kù)中的對(duì)象中的目錄。雙擊“全局庫(kù)”后顯示全局庫(kù)中的目錄樹。單擊對(duì)象庫(kù)工具欄上的圖標(biāo)，可以預(yù)覽對(duì)象庫(kù)中的圖形。選擇相應(yīng)的對(duì)象，并將其托至畫面區(qū)中。拖動(dòng)對(duì)象周圍的黑色方塊，改變對(duì)象的大小。同時(shí)在“標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象”中選擇靜態(tài)文本以及“智能對(duì)象”中的輸入輸出對(duì)象放置在畫面中。
3.趨勢(shì)曲線畫面
要在運(yùn)行系統(tǒng)中顯示趨勢(shì)曲線和表格畫面，首先需要進(jìn)行過(guò)程值歸檔。過(guò)程值歸檔的目的是采集、處理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程數(shù)據(jù)。以這種方法獲得的過(guò)程數(shù)據(jù)可用于獲取與設(shè)備的操作狀態(tài)有關(guān)的管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在運(yùn)行系統(tǒng)中，可以以表格或趨勢(shì)曲線的形式輸出當(dāng)前過(guò)程值或已歸檔的過(guò)程值，也可以將所歸檔的過(guò)程值作為記錄打印輸出。WinCC使用“變量記錄”組件來(lái)組態(tài)過(guò)程值歸檔，可以選擇組態(tài)過(guò)程值歸檔和壓縮歸檔，定義采集和歸檔周期，并選擇想要?dú)w檔的過(guò)程值。在一個(gè)歸檔中可以定義要?dú)w檔變量的不同采集類型?？梢允欠侵芷凇⑦B續(xù)周期、可選擇周期以及一旦改變。
WinCC的圖形系統(tǒng)提供兩個(gè)ActiveX控件用于顯示過(guò)程值歸檔。在WinCC的畫面中插入WinCCOnlineTrendControl控件，以及WinCCOnlineTableControl控件。在控件的選項(xiàng)卡中設(shè)置標(biāo)題、變量、字體等。
4.組態(tài)報(bào)警畫面
在WinCC中，報(bào)警記錄編輯器負(fù)責(zé)消息的采集和歸檔，包擴(kuò)過(guò)程、預(yù)加工、表達(dá)式以及歸檔等消息的采集功能。消息系統(tǒng)給操作員提供了關(guān)于操作狀態(tài)和過(guò)程故障狀態(tài)的信息。他們將臨界狀態(tài)提早通知操作員，并幫助消除空閑時(shí)間。系統(tǒng)可以通過(guò)畫面和聲音的形式報(bào)告記錄消息時(shí)間，還可以用電子和書面的形式歸檔。報(bào)警可以通知操作員在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的故障和錯(cuò)誤消息，用于及早警告臨界狀態(tài)或縮短停機(jī)時(shí)間。
WinCCAlarmControl作為顯示消息時(shí)間的消息視圖使用。用戶在組態(tài)時(shí)就可獲得高度的靈活性，因?yàn)橄Ｍ@示的消息視圖、消息行和消息塊均可在圖形編輯器中進(jìn)行組態(tài)。在WinCC運(yùn)行系統(tǒng)中，報(bào)警事件將以表格的形式在畫面中。在WinCC報(bào)警畫面中，添加WinCCAlarmControl控件，然后雙擊該控件，打開屬性對(duì)話框中的消息行選項(xiàng)卡，對(duì)在控件中顯示的項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)置，能夠顯示報(bào)警日期、時(shí)間、消息文本和錯(cuò)誤點(diǎn)。
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