【《基于PLC的电站渗漏排水电气控制系统的编程设计及仿真调试分析》5300字】

基于PLC的电站渗漏排水电气控制系统的编程设计及仿真调试分析目录TOC\o"1-3"\h\u322741.1编程软件介绍 1243351.2系统程序设计 4282181.3HMI组态设计 8134822系统仿真调试与分析 12在本次电站渗漏排水电气系统的软件设计中，主要包括两部分，即PLC控制程序的编写及上位机wincc组态。程序的编写及wincc组态均在西门子公司的TIA软件平台中进行。在本章中首先对软件的使用进行了大概的介绍，然后根据系统设计方案进行程序的编写及上位机监控系统的组态。1.1编程软件介绍S7-1200系列PLC的编程及组态平台为TIA编程软件，TIA软件平台是西门子公司提供的最新编程、组态平台。其几乎包含西门子工业控制所需要的所有自动化开发任务。使用该软件平台，可完成程序编写、HMI组态及驱动产品组态调试等功能。主要包括step编程部分及wincc组态部分。其控制器部分几乎包含西门子S7整个产品线，HMI部分也几乎能够包含所有的触摸屏。其中Step7包含两个版本，分别为Step7Basic及Step7Professional.Step7Basic版本只能用于S7-1200系列PLC的编程及组态。Step7专业版本可用于S7-1200、S7-1500、S7-300及S7-400等。Wincc也同样包含几个不同的版本，即winccBasic、winccComfort、winccAdvanced及winccProfessional等。安装时可根据需要进行各个版本的安装。使用TIA软件进行工程设计一般可分为以下几个步骤：1）工程创建，项目开发开始时，首先创建一个新的工程。工程创建可使用工程创建向导。对项目类型进行设置，如图1.1所示。图1.1工程创建2）硬件组态。工程创建后，打开项目的项目视图，然后在软件的左侧树形结构中选择添加新设备，插入工程所需要的主控制单元。在插入新设备时，也可选择插入HMI组态设备。点击设备组态选项进行硬件的组态设置界面，如下图所示。在硬件组态界面，可进行Profinet网络接口设置、IO通道的地址及通道诊断设置，及主控器报警及系统诊断的设置等功能。图1.2设备组态3）程序编辑。硬件组态完成后，可编写程序。在TIA软件平台中可使用不同的编程语言进行程序的编写,包括LAD、FBD、STL等。每种编程语言都有其处理场景的优势，可根据需要进行选择。在编程时，可根据需要添加各种程序块，包括FC功能，FB功能块、DB数据块等。TIA软件平台包含了丰富的指令系统，可分为基本指令、扩展指令、工艺指令及通讯指令等几个部分。扩展指令部分中主要为一些日期处理及系统诊断等指令。工艺指令为涉及工艺控制的一些高级控制指令。通讯指令主要为S7通讯及开放式用户通讯指令等。图1.3程序编程4）通讯设置。根据设备所处的网络环境要求，对设备在项目中使用的IP地址及子网掩码进行设置。IP地址在整个网络中应该是唯一的。图1.4通讯设置5）程序下载及运行，通讯部分设置后，使用TIA软件的下载选项将程序下载的设备中。程序下载时可指定所需要下载的程序部分。下载完成后，即可使用CPU的启动、停止功能控制CPU单元的运行和停止。1.2系统程序设计在TIA平台下进行软件编写时，根据程序的复杂程序程序可插入任意个组织块、功能块及数据块等。组织块主要包含自由循环组织块及中断组织块等。主程序一般在自由循环组织块中调用，对于有循环周期时间要求的程序需要在中断组织块中进行调用。组织块一般为程序的入口执行点，在OB组织块中对其它功能块进行调用。程序的功能设计一般在FB功能块和FC功能中进行编写。FB、FC功能块相当于程序设计时的子程序。FB功能块带有自己的背景数据块，而FC没有自己的数据存储区，在程序设计时，可根据需要进行选择和添加。TIA平台支持通用、标准的编程语言。LAD从继电器控制逻辑发展而来，其更加形象、直观，适用于电气技术人员，其使用也更加广泛。FBD编程方式使用方框图表示，其适用于对数字电路更加熟悉的用户使用。STL语句表与汇编语言相类似，用功能字符代表执行指令。一般由操作码和操作数组成。STL语言起点较高，难度也较大，但是在处理数据时效率更加高。用户在编写程序时，可根据设计需要在不同的程序语言间进行选择和切换。在通常PLC程序编程时，一般有符号寻址和直接寻址方式。在TIA软件中使用符号寻址方式。使用该种寻址方式，使变量的查找和使用更加方便高效。在本次电站渗漏排水系统控制程序设计时，程序全部在OB1主程序中进行编写。1）手动控制程序。程序端1、2中为手动模式控制逻辑程序。以1号水泵手动启动为例。当1#水泵运行模式在手动情况下，即I0.0为ON时，当按下手动启动按钮M0.0，且没有手动停止信号M0.1，没有水泵的故障反馈信号I0.3时，即M0.1及I0.3均为OFF时，则1#水泵手动启动输出中间变量M2.0为ON。当M2.0为ON后，程序端1中构成起保停控制逻辑，即M2.0信号将保持为ON,直至手动停止信号M0.1按下后，M2.0为OFF。图1.5手动控制逻辑2）自动模式程序。程序段3、4中为自动控制逻辑。在程序段3中，当1#水泵自动模式I0.1为ON,当达到启动主泵液位I1.2时，1#水泵启动_Auto信号M2.1为ON,当水位降到停泵液位I1.3为OFF时，则泵停止。程序段4中，当2#水泵自动模式信号I0.5为ON,且当启备泵液位I1.1为ON时，则2#水泵启动_Auto信号M2.3为ON,当降到停止液位I1.3时，水泵停止。图1.6自动模式程序3）手自动综合输出。程序段5、6对手动模式及自动模式下的启动信号进行汇总后输出到对应的输出通道。程序段5中，当1#水泵启动_Auto信号M2.1为ON,或者1#水泵启动_Man信号M2.0为ON时，且急停控制信号I1.4为OFF时，则1#水泵启动信号Q0.0将为ON。Q0.0输出信号驱动1#水泵对应的中间继电器吸合，当中间继电器吸合后，其常开触点闭合，软启动器的Run信号接通，则软启动器启动。图1.7水泵的手自动综合输出4）系统运行及报警指示。程序段7-10中为系统的运行指示及故障报警指示程序。程序段7中使用同一信号M1.0的常开触点及该触点的常闭信号进行或运算后输出至PLC运行指示Q0.2，因同一信号的常开、常闭触点进行或运算，其输出总为ON,即PLC运行指示信号Q0.2在PLC运行后将保持常ON。程序段8-9中为水泵的故障指示，水泵故障信号I0.3、I0.7取自各自的软启动器，即当软启动发生过载、短路及欠压过压情况时，该信号将为ON。此时水泵将停止运行，需要工作人员查看问题后，进行复位后再启动。程序段10中为高液位报警信号。即当积水速度非常块，液位值首先达到启动主泵和启动备泵处，即此时两台水泵一起运行，如果此时液位还在上升，达到报警液位值时，将发出报警信号，提示工作人员进行紧急处理。图1.8运行及报警指示5）模拟量处理程序。在本次渗漏排水系统设计中，为了对集水井水位进行实时监测，增设了一台雷达液位计。雷达液位计将采集到的4-20mA电流信号传送到PLC的模拟量输入通道中，通过程序处理转换成实时液位值，PLC端将该值传送到上位机HMI中。在西门子S7-1200中，模拟量处理通道将采集到的4-20mA电流信号或者0-10V电压信号转换为0-27648的整型值。在程序中需要将该整型值转换为对应的工程值。在程序段11中首先使用NORM_X指令将IW64整型值转换为0-1.0间的浮点型值。该指令转换为线性转换，即0-1.0对应0-27648。转换后计算值临时存储到MD10中。然后使用MUL指令，用MD10乘以该雷达液位计的量程值，即可得到实际的液位值，实际的液位值存储到MD14中。图1.9模拟量处理1.3HMI组态设计1.1.1组态软件介绍组态软件在自动化控制系统中为用户提供直观的数据监视画面及操作画面。软件平台提供丰富的组态方式，使用户能够快速搭建系统监控系统。因其能提供强大的数据交互能力及操作控制能力，其在各个行业中均有着广泛的应用。其提供的组态方式灵活、操作简便，能使用户极易进行组态操作。在本次电站渗漏排水电气系统中，采用西门子触摸屏进行组态设计。西门子精致屏在TIA中进行硬件组态及界面开发，具有完善的数据显示功能、操作能力。该系列触摸面板提供了多个尺寸可供选择，其自身集成有Profinet接口及Profibus接口，可方便的在自动化控制系统中进行组网联接。该触摸屏还提供有存储卡插槽可供用户使用，通过使用存储卡，用户可将数据进行永久保存。在SIMATICHMI精致面板系列中选用TP900精致面板作为本次设计使用的触摸屏。面板组态使用TIA软件平台中的wincc软件包进行开发。Wincc致力于创新软件技术的使用，其提供了最先进的组态软件技术。其软件开发方便快捷，软件提供了丰富的组态功能可供用户选择。对一些复杂的组态功能提供了向导的组态方式，帮助用户简化组态步骤。其支持强大的脚本语言，可通过脚本语言编写特定功能。其还基于web的持续扩展，使用国际通用的开放标准，可非常容易的集成到其它系统中。其运行系统也非常稳定。在TIA项目中插入精致面板后，需要将其与PLC控制单元进行网络联接组态。1.1.2组态项目创建在TIA软件平台中添加TP900精致面板时，TIA平台会出现一个设备添加向导，根据系统提供的向导，快速完成组态项目的创建。在创建过程中可选择联接的控制器，画面设置及报警设置等。首先在系统工程中点击添加新设备选项，在弹出窗口中选择需要添加的精致屏TP900，然后TIA系统将弹出一个HMI设备向导，在该设备向导中，可设置PLC连接、画面布局、报警、画面、系统画面及按钮等。在本次设计中，需要将该HMI与S7-1200PLC进行连接。在PLC处选择浏览，添加已经组态的PLC,通讯接口处选择以太网，因TP900与S7-1200均集成有Profinet以太网接口，因此不需要添加额外的通讯模块。图1.10项目创建向导在画面组态中，可分为三部分进行设计，即1#水泵状态显示及控制、2#水泵状态显示及控制及液位显示和报警。在水泵部分中，添加了水泵的手自动模式显示、水泵的运行状态显示及故障指示灯和水泵的手动启停按钮。在液位部分中添加了液位值的显示I/O域及液位的高报警指示。如下图所示：图1.11画面创建在组态画面添加各个功能按钮及指示元素后，需要为各个元素添加动画联接。即按钮类元素需要添加其按钮按下、抬起、点击等各个事件。数据显示及指示灯类图素需要添加显示外观动画效果。Wincc中提供了丰富的动画效果可供选择。事件中包含点击、按下、释放等事件，可在不同事件中选择触发的函数及变量。在外观动画效果中包含颜色变化、隐藏显示变化、大小变化等。在电站渗漏排水系统的动画组态中，主要包括状态显示、IO域数值显示及动作按钮。状态显示以1#水泵手动模式指示灯为例，在该图素的动画选项中，有显示选项，在显示选项的外观处对其进行组态。在变量处添加PLC的“1#水泵手动模式“变量，类型中设置位范围。然后在范围中添加两个显示范围，当其为0时显示为灰色，当其为1时显示为红色，即当1#水泵处于手动模式时，该图素显示为红色，当1#水泵处于自动模式时，该图素显示为灰色。图1.12外观动画连接在画面组态中集水井液位实际值采用IO域来显示。组态时，在I/O域的属性->常规选项中，首先在过程选项卡中添加需要连接的PLC变量，在此处连接“液位值”变量。类型选择为输出，即在此处该I/O域只用于数值显示，在格式选项卡中，设置显示格式为十进制显示方式，格式样式设置为“99.99”，即可显示两位小数。图1.13I/O域组态在本次设计中，当水泵处于手动模式时，使用触摸屏的手自动启动按钮进行水泵的启停控制。以1#水泵的手动启按钮为例，在按钮的属性->事件选项中，在其按下及释放选项处组态。选择按下处后，首先需要添加一个函数，在wincc中包含各种处理函数，在此处选择置位位函数，即该函数将一个变量置位为ON,然后在变量处添加“1#水泵手动启动“变量。在释放处选择复位位函数，变量同样选择”1#水泵手动启动“变量。图1.14按钮事件组态2系统仿真调试与分析在本次电站渗漏排水系统的硬件、软件部分设计完成后，使用TIA平台提供的仿真调试功能对系统进行仿真验证。在控制系统设计时，仿真调试是极其重要的一个步骤，在仿真验证过程中，可检查逻辑设计的是否合理，逻辑程序能否实现方案设计的要求。同时可以检查HMI组态画面添加的各个元素是否均完成了属性动画的设置，其设置是否能实现设计的功能，即按钮事件能否触发，数据显示元素能否正确显示数据。TIA软件平台中使用PLCSIM软件提供仿真功能。该软件支持程序的下载，PLC的启停控制等功能。仿真时，首先对PLC程序及画面组态进行编译，当编译没有错误后，启动仿真器，并将程序下载到仿真PLC中。当启动仿真器后，系统会自动将仿真器的IP地址默认为192.168.0.1，即与硬件组态一致。PG/PC接口类型中选择PN/IE,在PG/PC接口中选择PLCSIM接口，在连接的子网处选择PN/IE_1,如下图所示：图2.1程序下载画面在程序下载到仿真软件中，且CPU运行后，打开需要调试程序，然后打开系统的程序监视功能，即可通过监视各个指令状态达到调试程序的目的，如下图所示：图2.2程序状态监视然后打开TP900组态项目，然后点击仿真