工业网络在封口机控制系统中应用技术

1、工业网络在封口机控制系统中的应用专周报用告1 / 10姓名:蔡潇学号:201112011097班级:11级电气自动化4班时间:2013年10月6日第一部分 设计方案一、总体设计1. 实施目的与要求2. 系统组成3. PLC 系统4. 通讯5. 软件系统6. 用户软件二、控制方案1. 现场信号采集与传递2. 控制功能3. 监控画面的组建第二部分：技术报告1. 摘要2. 关键字3. 目录4. 论文主体5. 参考文献第三部分：专用周总结第一部分 设计方案一、总体设计1. 实施目的与要求 1.1实施目的实现 WINCC勺与S7300的组态并利用 S7300与S7200的通讯实现对封口机的功能控制。1.

2、2实施要求（1）实现系统起停控制、故障停机、计数等逻辑功能；（2）实现转速与温度相对应，即：温度越高，封口机转速越快；（3）实现温度在一定范围内连续可控。2. 系统组成2.12.2现场设备西门子 plc300 CPU313-2DP 1台西门子 plc200 CPU214-DC/DC/DC 1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ARM2F 5 个通信模块EM2771台整流模块 DQZ-220D15F 1个按钮AC250V 5A 4 个计算机1 台3. PLC控制系统型号：一、CPU313-6CF03-0AB01 台;二、CPU214-

3、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。结构紧凑，工作可靠，功能齐全，操作简易。4. 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5. 软件系统（1）PLC程序开发工具软件版本：西门子公司 STEP7-V4.0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

4、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6. 用户软件其功能齐全、操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。作容易。二、控制方案1. 现场信号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

5、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-DF网络通信来交换数据。如图:匸何sn叱rTHIFEBLK BFl-MirEBiJS ZTnarrinT icH'IHMT llFC匚bnlr#】.51. Ml L.iJl CT tM州*JfKRl mDritur：-(r Um0 Nta-匸雷 (SEN2. 控制功能（1）逻辑控制功能的实现S7-200PLC来完成。具体的方法如下:逻辑控制功能作为最基本的设备动作控制，可由 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；

6、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。其程序如下：（2）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PROFIBUST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PROFIBUST业网络将数据

7、送到 S7-200PLC进行输出控制。其程序如图：在S7-300中QB1程序MD130在S7-300中QB35程序3. 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。第二部分：技术报告1. 摘要：工业网络在封口机控制系统中的应用主要包含的内容有现场信号的采集与传递、控制功能的实现和监控画面的组建。这其中蕴含的知识很多，女口： S7-200PLC与S7-300PLC之间的通讯、 WINCC与 S7-30

8、0的组态、DP通讯及PID调节等等。是 一项综合性较强的技术。2. 关键字：工业网络 通信DP PID 调节3. 目录一、WINCC简介1、WINCC勺简介2、WINCC勺应用（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4. 论文主体一、WINCC简介1、WINCC勺简介WINCC(WindowsControl Center/ 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”

9、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。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, l-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。(

10、 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/SQ1数据库WINCC集成了 Sybase SQL Anywhere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

11、使用ODBQOpenData Base Connectivity )驱动访问 WINCC数据库。这些访问选项允许WINCC寸其他的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 SIMATIC S5/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。具有与基于PC的控制器的SIMATIC Win-AC的紧密接口将软/插槽PLC集成在PC上,在PC上实现PLC的操

12、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(Total Integrated Automation)集成了包括 WINCC在内的所有 SIEMENS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SIMATIC PCS7过程控制系统申的操作员站SIMATIC PCS7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勺标准SIMATIC部件。(

13、10) 可集成到MES和ERP中WINCC勺标准接口使WINCC成为全公司范围IT环境下的一个完整部件。这超越了自动 控制过程,将范围扩展到工厂监控级,以及为公司管理系统提供管理数据。2、WINCC勺应用（与PLC-300连接）首先在创建好项目后在左边窗口中右键单机“变量管理” ，在弹出来的对话框中左键单 机“添加一个通讯驱动程序”再选择对应的驱动程序（如选择与我们PLC实验室对应的PLC驱动“ SIMATIC S7 Protocol ”）,再打开“ SIMATIC S7 Protocol Suite”右键单机 MPI选择“新驱动程序和连接” ，输入逻辑连接名，对属性进行设置，单击“确定” 。

14、然后便是检 查WINCC与 PLC的连接状态：首先激活 WINCC然后选择工具菜单下的“驱动程序连接状态” 查看是否连上。二、PLCS7-300（PID）1、SFB41和SFB43的调用采用 S7-300 为用户提供了功能强大、使用简单方便的模拟量闭环控制功能、PID 控制，S7-300 内部含有模块中集成了 A/D 和 D/A 转换器，而系统功能块 SFB41-SFB43 用于 CPU313C/CPU314和C7的闭环控制。SFB41用于连续控制， SFB42用于步进控制， SFB43用 于脉冲宽度调制。对于使用 S7-300PID我们重点使用SFB41和SFB43SFB41- SFB43有

15、可组态的大量输入/输出变量，除了创建 PID控制器以外，还可以处理 设定值和过程反馈值， 以及对控制器的输出值进行后期处理。 定期计算所需要的数据保存在 指定的背景数据块中，允许多次调用 SFB SFB41和SFB43组合使用，可以组成脉冲输出的 控制器。2、PID 控制的程序结构应在 启动时执 行组织块（初 始化） OB100 中火在定 时器循环 中断 OB35 中调用SFB41-SFB43。执行OB35的时间间隔可以自行设置。SFB41的相关参数：Cycle 循环时间MAN-ON 设置为 0SP_INT 内部设定值输入（浮点数 MD）PV_IN 过程变量的输入 （浮点数 MD）LMN 浮点

16、数格式的控制器输出值（MD）SFB41的相关参数：INV 浮点数格式的控制器输出值（MD）QPOS_P 输出位三、PLCS7-2003.1 、 PLCS7-200是德国西门子公司生产高低压电器的国际知名企业， 可编程控制器也是该公司的主导产 品。西门子公司的 PLC产品还有LOGO S7-200 S7-300 S7-400工业网络 HMI人机界面和工业软件等。S7-200系列PLC是超小型化的PLC适用于各行各业，各种场合中的子宫检测、监控等。还可以和其他西门子公司的产品组成网络实现复杂的控制功能。3.2 、 EM231：EM231热电偶模块是为了 S7-200系列PLC设计的一种温度测量工具

17、，具有冷端补偿电 路，如果EM231热电偶模块安装区域的环境温度变化快，则会产生补偿误差，四门子建议 使用 S7-200 热电偶模块应安装在稳定的环境温度中使用。模块在输入处理电路中采用的 隔离措施是模块内部逻辑地、 +24V 电源地之间均相互隔离。EM277 EM277是西门子公司生产的一种通信扩展模块，用于连接到PROFIBUS-DF网络上（ S7-200 和 S7-300 之间的数据传输）向主站发送和接收数据。EM277 在 网 络 中 还 可 以 作 为 MPI 的 从 站 ， 与 网 络 中 的 SIMATIC 编 程 器 或S7-300/S7-400CPU 等其他主站进行通信。四、

18、工业网络4.1简介：SIMATIC NET是西门子公司的网络产品的总称，他包含了三个主要的层次。SIMATIC NET的顶层是工业以太网，它是基于国际标准IEEE 802.0的开放式网络。以太网可以实现管理控制网络的一体化，可以集成到互联网，为全球联网提供条件。工业以太网将控制网络集成到信息技术中，可以与使用 TCP/IP 协议的计算机传输数据，使用E-mail和Web技术，允许用户在工业以太网的Socket接口上编制自己的协议，可从在网络中的任何一点进行设备的启动和故障检查，西门子公司提供以太网通信模块或通信处理器，远程访问路由器用于在广域网连接的两个以太网之间实现远程通信。4.2现场总线PROFIUS是一种开放式的现场总线，它是用于车间级和现场级，传输速率最大 12Mbit/s 。组成：PROFIUS-DFP分布式外部设备）PROFIUS-PA （过程自动化）PROFIUS-FMS（现场总线报文规范）现场总线 AS-I 和 EIB,AS-I 是执行器 -传感器接口的简称，是传感器和执行器之间通信 的国际标准。5. 参考文献：1