毕业设计 转炉副原料称重配料控制系统.pdf

转炉副原料称重配料控制系统摘要转炉副原料称重配料控制系统，主要是对电磁振动给料机、称量斗、汇总斗及其各 自阀门开关状态的逻辑联锁控制。本设计采川的控制系统主要是西门子公司的PCS 7过程控制系统，此系统利用 S7-400PLC做主站，ET-200分布式I/O作为从站，结合STEP 7编程软件、WinCC画面 控制、PROFIBUS现场总线以及工业以太网来实现转炉副原料称重配料自动控制的。从站ET-200主要是川来接收现场传感器检测到的信号，通过PROFIBUS现场总线 被送至S7-400 PLC。而STEP 7编程软件主要是川来编写程序，编写好的程序将被下载 到主站PLC的CPU模块，从而通过PLC来控制系统的称量、配料过程。组态软件WinCC是一个集成的人机界面系统和监控管理系统，它具有强大的编辑、组态及方便、简单的通讯实现功能，通过WinCC人机画面我们可以实现实时监视现场 称配料过程、参数设定、指令发出和故障报警等功能。关键词：转炉；PCS 7；PLC；The converter vice-raw material calls the heavy ingredient control systemAbstractThe converter vice-raw material calls the heavy ingredient control system,mainly is to the electromagnetism vibration fbr the material machine,weighing struggle,compiles fights and its respective valve switch condition logical inter connection control.This design uses the control system mainly is siemenss PCS 7 control system,this system makes the master station using S7-400 PLC,ET-200 distributional I/O took from the station,unifies STEP 7 to programming software,the WinCC picture control,the PROFIBUS fieldbus as well as the industry ethemet realizes the converter vice-raw material to call the heavy ingredient automatic control.From stands ET-200 mainly uses fbr the signal which receives the scenesensor to examine,is delivered through the PROFIBUS field bus to S7-400 PLC,but STEP 7 programming software mainly is uses for to compile the procedure,compiles the procedure is downloaded to the master station PLC CPU module,thus through PLC control system weighing、ingredient process.Configuration software WinCC is an integrated man-machine contactsurface process supervisory system,it has the formidable edition,the configuration and convenient,the simple communication realization function,we may realize the real-time surveillance scene through the WinCC man-machine picture to call the ingredient process,the parameter hypothesis,the instruction send out with the break down reports to the police and so on the function.Key word:converter;PCS 7;PLC;目录摘要.IAbstract.II第一章前言.1第二章转炉副原料称重配料系统工艺概述.22.1 副原料配料工艺简介.22.1.1 转炉炼钢副原料.22.1.2 转炉炼钢工艺设备.22.1.3 转炉配料物料流程.22.2 副原料称重配料原理.32.2.1 副原料称重原理.32.2.2 料重控制原理.4第三章系统硬件.63.1 PLC 介绍.63.1.1 PLC的基本I既念.63.1.2 PLC 的特点.63.1.3 PLC的工作原理.73.2 系统选型及结构.93.2.1 控制系统选型.93.2.2 控制系统结构.93.2.3 S7-400 主站.103.2.4 ET-200 从站.113.3 硬件配置的选型与组态.113.3.1 I/O 点分布.113.3.2 硬件配置选型.123.3.3 硬件组态.123.4 网络结构及组态.133.4.1 网络结构.133.4.2 网络组态.14第四章系统软件.154.1 控制系统软件介绍.154.1.1 STEP 7 编程软件.154.1.2 SIMATIC WINCC.164.2 控制系统软件设计.194.2.1 控制逻辑关系.194.2.2 操作方式.194.2.3 称量配料过程及程序流程图.204.2.4自动称量配料的块结构.24结束语.26参考文献.27附录A转炉配料I/O分配表.28附录B称配料控制系统部分程序.36附录C转炉配料控制程序符号表.51致谢.53第一章前言转炉炼钢系统主要包括氧枪系统、锅炉及水系统、底吹系统和副原料配、下料控制系 统等四个大系统。在副原料配下料控制系统中副原料的称重误差、成分误差对钢的纯度、硬度、质量以及造渣的顺利进行有着重要的作用，所以在转炉炼钢中副原料称重配料控制 系统是我们研究的重要对象。在本设计中主要采川的是西门子公司的PCS 7过程控制系统，利川S7-400 PLC做主 站，ET-200分布式I/O作为从站，结合STEP 7软件编程和工控组态软件WinCC,来实现 转炉副原料称重配料自动控制的。SIMATIC PCS 7是西门子公司在TELEPERM系列集散 控制系统和S5、S7系列可编程控制器的基础上，结合最先进的电子制造技术、网络通讯 技术、图像及图形处理技术、现场总线技术、计算机技术和先进自动化控制理论，面向所 有过程控制应川场合的先进过程控制系统。由于西门子公司的PCS 7控制系统具有工作性 能稳定、节省人力、节约材料、直观的控制画面、维护简便等优点，从而使其在各个工业 生产领域得到了广泛的应川。在以往的转炉炼钢过程中，转炉炼钢主要是采川仪表控制系统，但是仪表控制系统在 经过多年的运行后，设备逐渐老化，在出现故障时难以查找，这样给生产调试、编程组态、生产维护带来了许多不便，本设计中将原来转炉炼钢所采川的仪控系统改造成为PCS 7控 制系统；将原来的直流传动中模拟控制升级为全数字控制，就很好的解决了上述问题。从 而大大提高转炉自动化程度、减低了劳动强度、降低了能耗和成本、提高了产品质量，同 时也为实现操作标准化、程序化、提高现代综合管理水平及生产调度水平提供了良好的条 件。第二章转炉副原料称重配料系统工艺概述2.1 副原料配料工艺简介2.1.1 转炉炼钢副原料转炉炼钢的原料主要有主原料、副原料以及各种铁合金，而本设计主要是对副原料配 料过程进行控制。转炉炼钢的副原料主要有石灰石、铁矿石、萤石、石灰、白云石、铁皮、镒矿石等。它们主要是作为造渣材料和冷却剂来使用。这些副原料根据工艺要求分批次分 时间的被加入到转炉之中。2.1.2 转炉炼钢工艺设备副原料配料的工艺设备主要包括存储原料的八个高位料仓、七个称量斗和三个汇总斗,原料从高位料仓下到称量斗靠电磁振动给料机给料，称量斗、汇总斗均由插板阀控制，插 板阀是双电控气动阀。2.1.3 转炉配料工艺流程副原料被送到高位料仓中,经过电磁振动给料机将高位料仓中的副原料下到称量斗中,并在称量斗中称重计量，当称量斗中的物料重量达到规定重量之后再打开插板阀将原料下 放到汇总斗中，最后当需要副原料下到转炉中时，汇总斗的插板阀就被打开完成下料，这 就完成了一次配料下料的过程。其工艺流程图如图2.1所示。高位料仓振料机称量斗插板阀汇总斗插板阀转炉图2.1转炉副原料配料工艺流程图2.2副原料称重配料原理2.2.1 副原料称重原理料重检测对副物料的称量，在整个配料系统是非常重要的。副原料在下到汇总斗之前，副原料 的重量由称量斗称量。每个称量斗由三个四线制称重传感器支撑，由传感器传来的模拟信 号经A/D转换后相加再进行相应的量纲变换就成为某一称量斗的称量值。在本设计中传感 器选用电阻应变式称重传感器作为副原料重量称量的检测原件。电阻成变式传感器具有悠久的历史，由于它具有结构简单、体积小、使用方便、性能 稳定、可靠、灵敏度高、动态响应快、适合静态及动态测量、测量精度高等诸多优点，因 此是目前应川最广泛的传感器之一。电阻应变式传感器由弹性元件和电阻应变片构成。当弹性元件感受被测物理量时，其 表面产生应变，弹性元件发生形变（伸长或缩短），是一个非电量。与此同时粘贴在弹性原 件上的电阻成交片随着弹性元件的形变而产生了成交一-电阻成变片的电阻变化了 ARO由 于贴在传感器元件上的电阻应变片原构成了一个平衡电桥，当电阻应变片将变形非电量转 变为电量时，便破坏了电桥平衡，因而产生了微弱的毫伏级电压信号。此信号经过放大器 放大等过程处理后，最终副原料的重量在画面上显示出来。电阻应变式传感器的工作原理 如2.2图所示。电压变化AU宜流放大龄物料重显示图2.2电阻应变式传感器工作原理图电桥电路的工作原理由于应变片电桥电路的输出信号一般比较微弱，所以目前大部分电阻应变式传感器的电桥输出与直流放大器相连。电桥电路的工作原理如图2.3所示。图2.3电桥电路原理图设电桥隔壁的电阻分别为Rj R2,R3,R4,它们可以全部或部分是应变片。由于直 流放大器的输入电阻比电桥电阻大得多，因此可将电桥的输出端看成开路，这种电桥称为“电压输出桥”，输出电压U。见式2.1：(2.1)然后根据电路中各电阻的电阻增量AR AR2,AR3,A R4及一系列的公式变换和化简,我们把用电阻值表示的公式转换成为用应变表示的的公式，从而实现了前面所说的控制思 想。公式见式2.2：Uq=-邑-+“）（2.2）公式中K为应变片的灵敏系数，5、与、3、4分别是RR2 R3、R4四个电阻感受应变的大小。2.2.2料重控制原理对副原料的称量，是通过称量斗上的传感器将副原料的重量转换成15V直流电压信号或420mA直流电流信号。通过变送器将所得的测量值与给定值相比较，如果有偏差 信号产生，调节器则发出调节信号，通过调节执行器改变电磁振动给料机的振料频率，从而实现了对料重的控制，保证了副原料的重量等于给定值。料重控制原理如图2.4所示。图2.4料重控制原理方框图我们来分析一下上图。物料重量为上图中的被控对象，输出是一个工程变量，这个工 程变量经过测量变送器后被转换成电信号（4-20mA）,被转换成电信号后所得到的为测量 值，测量值与给定值相比较，如果有偏差佶号产生，则调节器（PLC）输出的电信号对执 行器（电磁振动给料机）进行控制，从而达到对物料重量的调节与称量。如果没有偏差信 号产生，则维持原动作。在上述控制原理图中，我们知道它是一个单回路反馈控制系统，对于一个反馈控制系 统来说，只有在负反馈的情况下，系统才是稳定的。但系统受到干扰时，其过渡过程将会 是衰减的；反之，如果系统是正反馈，那么系统是不稳定的，一但遇到到干扰作用，过渡 过程将会发散。因此，对于反馈控制系统来说，要使系统稳定地工作，必须要构成负反馈。第三章系统硬件3.1 PLC介绍3.1.1 PLC的基本概念随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛地应川在几 乎所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多 品种，多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控 制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器正是顺应这一要求出现的，它是 以微处理器为基础的通川工业控制装置。可编程序控制器(Programmable Logic Controller)简称为PLC,是一种数字运算操作 的电子系统，专为在工业环境下应川而设计。它采川可编程序的存储器，川来在其内部存 储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟 式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。它的应川面广、功能强大、使川方便,已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，在工业生产的所有领域得到了广泛的使川。3.1.2 PLC的特点PLC的基本特点有：可靠性高，抗干扰能力强。这往往是川户选择控制装置的首要条件。PLC生产厂家在硬件和软件上采取了一系列 抗干扰措施，使它可以直接按装于工业现场而稳定可靠的工作。它的无故障时间得到了大 大的提高，平均无故障时间达到数十万小时以上，而且为了适应特殊场合的需要，PLC还 采川了冗余设计和差异设计，进一步提高了其可靠性。编程方便，易于使川。PLC的编程采川与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员 的欢迎，近年来又发展了顺控流程图语言，也称功能图，使编程更简单方便。适应性强，应用灵活。PLC产品已经标准化、系列化、模块化，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组 合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的 控制系统要求维修方便、维修工作量小。PLC有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能。PLC对于其内部工作状态、通信状 态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过它可以查出故障原因，便于迅速处 理。控制系统设计、安装、调试方便。PLC中含有大量的相当于中间继电器、时间继电器、计数器等的“软元件”。又用程 序（软接线）代替硬接线，安装接线工作量少。设计人员只要有PLC就可进行控制系统设 计并可在实验室进行模拟调试。功能完善。除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可以实现 点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方的设备。由于具有上述特点，使得PLC的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂、有控制要 求，就会有PLC的应用。3.1.3 PLC的工作原理PLC的工作原理是采川不断循环的顺序扫描工作方式，包括内部处理、通讯操作、输 入处理、程序执行、输出处理几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。CPU 从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序直到川户程序结束，然后返回第一条指令开 始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。PLC的扫描过程如图3.1 所示。由图3.1我们知道整个运行过程可分为三部分：第一部分是上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化,I/O模块配置检查，停电保持范围设定及其他初始化处理等。第二部分是扫描过程。PLC上电处理完成以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成于其他外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。当CPU处于STOP方 式时，转入执行自诊断检查。当CPU处于RUN方式时，还要完成用户程序的执行和输出 处理，再转入执行自诊断检查。第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作 是否正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I/O、通信等是否异常或出错，如检查出异 常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出 现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描停止。上也处孑里扫描过程HI错处理图3.1 PLC的扫描过程3.2 系统选型及结构3.2.1 控制系统选型作为现代化的过程控制系统，SIMATIC PCS 7有着：简单安全的过程控制、直观的操 作和可视化、强大快速统一的工程规划、在线修改、较好开放性、灵活性和可扩展性、故 障安全自动化解决方案、全面的现场总线集成等特点。同时，SIMATIC PCS 7还采用了 基于Windows操作系统的人机界面监控软件WinCC,利川开放的现场总线和工业以太网实 现现场信息传输和系统通讯，采川S7自动化系统作为现场控制单元实现过程控制，以灵 活多样的分布式I/O接收现场传感器检测到的信号。随着竞争和价格压力的巳益增强，对 生产设备灵活性要求的不断加大，以及越来越高的生产率要求，川户对于无缝和统一自动 化技术的需求也越来越高，因此，SIMATIC PCS 7系统的优势也巳益彰显，它的高性能 和非凡的系统特性，以及通川的数据管理、通讯和组态，符合转炉副原料称重配料过程对 PCS 7过程控制系统的要求，所以我们选定PCS 7作为本设计的基本控制系统。全集成自动化理念下的SIMATIC PCS 7控制系统集PLC和DCS功能于一身，所有控 制组态程序、数字量和模拟量信号处理及生产故障诊断都在一个控制系统中实现，PLC和 DCS的双重功能对于转炉的生产控制特别适川。PLC功能主要完成各种控制阀的开/关、配料等逻辑联锁控制和数据比较运算、各种工作状态判断及报警等功能；DCS主要完成各 种模拟量的运算、显示和上下限报警等功能。3.2.2 控制系统结构控制系统采用典型的两级监控方式。上位机为管理级，具有对下位机的监控、操作等 管理功能。上位机装有Windows操作系统和人机界面监控软件WinCC,通过工业以太网 可实现其与PLC的通讯连接。PLC作为基础控制机，完成现场数据采集及加工处理，并通 过数字量输出模块实现对现场设备的控制。同时，本系统还采用了远程I/O分布式结构，整个系统按空间分为16米平台、低压室、操作室。操作室配置两套操作站，16米平台、低压室各配置一套ET-200从站。此次设计 的控制系统结构的优点在于：控制系统主站和一套工程师站配置在低压室，各控制信号就近接入相应的ET-200 从站，这样就节省了大量的信号电缆。各控制子系统的供电采川了优化的分组供电方式，各供电开关状态进入操作站画面 监视，提高了判断、查找和处理故障的速度。原来的操作开关、选择开关、按扭及指示灯全部取消直接进入计算机操作、显示，减少了外部故障点，提高了系统的可靠性，给生产维护带来了极大的方便。系统的结构示意图如图3.2所示。3.2.3 S7-400 主站通过上面的介绍我们了解到PLC有许多的优点。在本设计中，由于转炉控制系统的I/O 点数较多，控制难度较高，控制内容在生产中重要性突出，所以在转炉炼钢中对PLC有着 较高的要求。同时，S7-400系列PLC的功能特点在转炉控制中很适川，并且也符合PCS 7 系统对S7-400系列PLC的要求，因此在本设计中我们选川性能较高的S7-400系列PLC。S7-400系列PLC采川模块化设计，它所具有的模板的扩展和配置功能使其能够按照 每个不同的需求灵活组合，是川于中高档性能范围的可编程控制器。可以扩展300多个模 块。S7-400可以组成MPI（多点接口）、PROFIBUS网络和工业以太网。S7-400主要由电 源模块、中央处理单元（CPU）、信号模块（SM）、通信处理器模块（CP）、接口模块（IM）等模块构成。CPU模块主要由微处理器和存储器组成，它在PLC控制系统中的作川类似 于人的大脑。信号模块用于数字（DI/DO）模拟（AI/AO）输入输出，是SIMATIC S7-400 和过程之间的接口。通信处理器模块是川于PLC与PLC之间、PLC与远程I/O等之间的 通信，它可以将PLC接入MPI、PROFIBUSDP及工业以太网。接口模块主要是用来实 现中央机架与扩展机架之间的通信。S7-400的主要功能有：高速指令处理；用户友好的参数设置；口令保护；系统功能；用户友好的操作员控制和监视功能已集成在SIMATIC的操作系统中；CPU的诊断功能和 自测试智能诊断系统连续地监视系统功能并记录错误和系统的特殊事件；模式选择开关。3.2.4 ET-200 从站西门子的ET-200是基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式I/O,可以与经过认证的非 西门子公司生产的PROFIBUS-DP主站协同运行。ET-200作为分布式I/O代替了过去密密 麻麻杂乱无章的电缆，加快了安装过程，降低了接线成本，维护起来更为方便，同时也提 高了数据安全性，增加了系统灵活性，能够在酷热、严寒、强压、潮湿等严酷的环境中使 川。ET-200主要由电源模块、接口模块、模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入模块、数字输出模块等组成。它主要有以下功能：电动机启动器；气动系统；变频器；智能传感 器；安全技术；分步式智能。3.3 硬件配置的选型与组态3.3.1 I/O点分布在转炉副原料称重配料控制系统中的I/O控制点主要集中在低压室和16米平台，在这 两个区域各配置一套ET-200M从站，从而可以完成自动称量、配料的控制。副原料称量配 料控制系统中的控制点主要是分布在高位料仓、称量斗、插板阀以及配料方式选择上。高 位料仓部分：称量配料控制系统中有八个高位料仓，每个高位料仓各有一套由变频器控制 的振动给料机，振动给料机的振动频率是振料快慢和启停的重要标志，而且称量斗中副原 料重量的控制精度也与频率的控制有很大关系，所以操控变频器的振动频率是非常重要的。称量斗部分：称量配料控制系统中有七个称量斗，称量斗下的称重传感器将检测到的非电 量转变为电压信号经放大等处理后送入显示及控制。插板阀部分：称量配料控制系统中共 有十个插板阀，七个称量斗和三个汇总斗各有一个插板阀，均为双电控气动阀，对插板阀 的控制主要是在于控制阀的开关动作及监测其开关极限状态。结合以上分析我们得出，控制室（低压室和16米平台）共需要两个，ET-200从站需 配置两台，而具体的模拟量输入点、数字量输入点、数字量输出点。可见附录AI/O 口 分配表所示。3.3.2 硬件配置选型在PCS 7控制系统中，转炉副原料称重配料控制系统所川到的硬件设备及选型如表 3.1所示。表3.1硬件配置选型表序号名称数量扑，述1S7-4OOPLCCPU模块1块CPU417-4 6ES7 417-4XG04-0AE0电源模块1块PS 407 10A通讯处理器模块1块CP443-1 CGK7 443-1EXU-0XE02模块型分布式I/。从站2个ET-200MET-200Y 组态模拟输入模块1块AI8*12Bit 6ES7 331-7KF02-0AB0数字输入模块1块Dlie*DC 24V 6ES7 321-IBH00-0AA0数字输出模块1块DOie*DC24V/0.5A 6ES7 322-IBH01-0AA0接口模块1块IM153-2工业以太网通讯网卡1个CP1613 6GK1 161-SAA00操作站及工程师站机器不定DELL机：CPU P4-2.S 内存512V.硬盘80G其他不定看需要而定3.3.3硬件组态关于硬件组态，首先应根据系统的输入、输出信号的性质和点数及系统的要求来确定 系统的硬件配置，如需要什么型号的CPU模块、输入输出模块，什么类型的网络协议等等。等确定了各模块的型号后就要在WinCC中生成一个与实际硬件配置相同的画面系统，这 些硬件配置在STEP 7中将会被选用的网络协议和I/O接口接起来，从而生成与实际硬件配 置一样硬件组态图。在上面我们已经选定了各个模块的型号和网络协议，图3.3为各个模 块及网络协议组成的硬件组态图。图3.3硬件组态图3 1fl1 X A44Q A44rtI 12工e/a1637931U AltalZSit|MST XJI-TiyUZ-QAKSI2 5371 5r61 D016bK24W0 SAl&EST K2-1BMD1-QAA00 1T巴一二一u9J 591103.4网络结构及组态3.4.1 网络结构网络结构为两层结构，主站与从站之间为PROFIBUS现场总线网，操作站、工程师站 与主控制器之间为工业以太网。(DPROFIBUS现场总线PROFIBUS(PROCESS FIELDBUS)是一种简单、坚固和可靠的现场总线系统，已 在全球过程工业、制造工业和综合工业的所有领域广泛使川，包括输入/输出物流以及主 要和辅助生产流程。该总线系统支持冗余和故障安全功能以及在线扩展功能，不仅可以川 于标准环境下，而且还可以川于危险工况。在设备上，既可以装备ET-200分布式I/O站,也可以装备先进的智能化现场设备。智能化现场设备既可以直接连接到PROFIBUS,也可 以连接到安装在远程I/O机架中的HART接口模板，并可冗余配置。在现场级，分布式I/O,例如输入/输出模块、变送器、驱动器、阀门或操作员终端 都可通过PROFIBUS总线系统与自动化系统进行通讯。这种通讯可以周期传送过程数据和 非周期传送报警、参数和诊断数据。本设计采川PROFIBUS现场总线也是因为它有以下优 点：优化的分布式工厂结构过程信号、诊断和行规标准化，工程设计高效循环检查,参数化简单，几乎无需调整，显示缩短调试时间优化的诊断和预防性维护，最佳的寿命 周期管理。工业以太网工业以太网(ETHERNET)是一种应用而广、市场基础好的网络通信协议，符合 IEEE802.3标准。是工业环境中最有效的一种子网。它适用于管理层和现场层的通讯，有 利于大量成员在大范围内进行大数据量的交换。其主要优点在于高可靠性、使川范围广且 速度快、易扩展和开放性。以太网应川广泛，商川计算机的通信领域已经被其垄断，工业控制领域的中、上层通 信网络也正逐步统一到以太网。C+等各种高级语言都支持以太网的应川开发、其通信速 率比目前的现场总线快的多，因此它可以满足对带宽有更高要求的场合。3.4.2 网络组态由上面我们知道网络结构为两层结构，主站与从站之间为PROFIBUSDP现场总线 网，操作站、工程师站与主站之间为工业以太网。在本设计中通过PCS 7系统设计出了转 炉副原料称重配料控制系统中主要硬件的网络组态。其系统网络的组态如图3.4所示。Ethemet(1)Industnal EthernetPR0FIBUS(1)PROFIBUSiWII!:|1 32 2SIMATICPC Station(1)国 cp-r2a1613图3.4系统网络组态图第四章系统软件4.1 控制系统软件介绍4.1.1 STEP 7编程软件STEP 7编程软件是基于Windows操作系统；川来为S7系列PLC进行配置和编程的 标准软件包。它为所有的模块参数提供了统一的参数化编程格式。通过STEP 7进行控制 系统的配置和程序的编写、调试。利川编制好的控制程序，诊断PLC的运行情况，控制 PLC的运行状态。STEP 7具有硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维 护、文件建档、运行和诊断等功能。STEP 7面板图如图4.1所示。图4.1 STEP 7面板图在STEP 7中，可用梯形图（LAD）、语句表（STL）或流程图（FBD）三种形式进行 编程。在本设计当中我们川梯形图（LAD）来编写程序。梯形图程序设计语言是川梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。这种程 序设计语言采川因果关系来描述事件发生的条件和结果，每个梯级是一个因果关系。在梯 级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在右面。梯形图程序设计语 言是最常用的一种程序设计语言，它来源于继电器逻辑控制系统的描述。在工业过程控制 领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而 来的梯形图受到欢迎，并得到广泛的应川。STEP 7将川户编写的程序和程序所需的数据放置在模块中，使单个的程序部件标准 化。通过在块内或块之间类似子程序的调川，使川户程序结构化，可以简化程序组织，使 程序易于查错、修改、调试。STEP 7编程软件常用的模块有：功能块(FB)、共享数据块(DB)、组织块(0B)、等等。它们各自的功能为：FB一用户编写的包含经常使川的功能的子程序。DB存储川户数据的数据区域，供所有的块共享。0B一操作系统与川户程序的接口，决定川户程序的结构。4.1.2 SIMATIC WINCC(1)WinCC的功能及结构工控组态软件WinCC是西门子公司和微软公司共同开发的一种集成的人机界面系统 和监控管理系统，它为系统提供了管理级、操作级的可视化过程数据采集和远程控制功能,它将Windows NT应用程序的现代体系结构与使用方便的图形设计程序结合在一起，提供 了所有主要厂商PLC的驱动程序，因此，能非常方便地使PLC与上位机进行通讯连接。它的主要功能有：强大的编辑、组态功能WinCC具有功能强大的编辑器，可以对整个项目进行编辑和组态。其中图形编辑器是 最重要的组成部分，可以完成所有画面的编辑，并且能够进行几乎所有的动态连接。报表 编辑器可以将记录数据按川户定义的格式输出文件、在屏幕上显示或打印输出。报警编辑 器可以设置标签的位报警和模拟量报警，当标签指定位和模拟量不符合程序设定时，即产 生报警提示或强行终止程序运行。将报警信息存储在计算机的报警档案中，或以操作规程 的形式建档，以便能够根据报警信息快速、准确地找出事故原因，并及时进行故障处理。方便、简单的通讯实现功能PLC与上位机之间的通讯可川高级语言编程实现，但是，要求用户必须熟悉网络通讯 协议，并且具有相当水平的编程知识。如果选用工控组态软件WinCC进行PLC与上位机 的通讯连接，则十分方便、简单。只要将设计好的标签选项、标签名、数据类型和地址设 定好，即完成了 PLC与上位机之间的通讯连接。在WinCC资源管理器的画面中我们能看到它主要包括如表4.1所示的内容。表4.1 WinCC编辑器结构WinCC资源管理器结构变量图形编辑器报警记录变量记录报表编:全局脚本文本库用户管理器交义索弓用户归档冗余WinCC的应用在本设计中SIMATIC WinCC所完成的主要功能有：通过WinCC画面可对称量斗的重 量进行操作和监视；通过WinCC可完成对各种副原料的重量设定、比较，控制振动给料 器的启、停和称量斗阀的开、关等动作；对过程变量（模拟量）进行加、减、开方、比较等 运算；川户归档：WinCC川户归档是一个数据库系统，用户自己可以对其组态，这样，需 要技术处理的数据可持续存储在服务器上并在运行时在线显示；对副原料配、下料的画面 和键盘进行操作；自动记录、统计班、日、月钢产量并完成报表打印工作。在本控制系统中,利用组态软件WinCC设计的称重配料控制系统主画面如图4.2所示。ON QZ 2LJ Z：圜灰 埋.灰 白岳石 2_Fl.rVl-PV1CU2_FLFV2-PV2FV3-FL.ZJBL-.C92_PV4-PV4-LI._W.Zt.jlElljj-L4Z-SSY-.ZLJ3_LLLJ_MYA-SSY13SY-.X33_IXLJ_3SY2-SSY2“S3Y*33_LIXJ_3SY3-SSY3SST.ZLJ3 _LLL4_35Y4-SSY43.FC 114称量斗自动下料料量累计程序Network 2:Title:3：TxtOI“CLDC25”CLD2_TQL_PCZXZ_TZ_PCZCNKG”.CLD 2_CPCBJ_ZJCLDCS?”CL D2_MAXMAXCLD_PCBJCLD_SJCLZ BLPL_NJBL”.“CLDC3”.CL D2_MINMIN1CLD_SJCLZCLD2_PLPV1 erPL_ZJBLrr.IUS14“CLDO CL D2_TIMEDHI16_O2DHI16_O 3CLZ_PVWDSJCLD_KJXCLD_GJX2CLD_SJCLZ 3CLD_SJCLZ 4BPQ_TZ_XHCLD2_PLPV2rrPL_ZJBLrr.CLD2_PLPV3“PL_NJBL”.CLD2_PLPV-4rrSSYrr ZLJ3_BPQ_TZ_XHCLDCS”.CLD2_YSPCZ SSY.ZLJ3 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