2022年2022年工业网络在封口机控制系统中的应用 .pdf

工业网络在封口机控制系统中的应用专用周报告班级： 09 级电气自动化工业方向1 班老师： 王舒华姓名: 游科学号： 200912020143 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 17 页 - - - - - - - - - 第一部分工业网络在封口机控制系统中的应用设计方案技术方案纲要一、项目实施的目的、要求1、项目实施的目的2、项目实施的要求二、总体设计1、系统组成2、PLC控制系统3、通讯4、软件系统5、用户软件三、控制方案1、现场信号的采集与传递2、控制功能的实现3、监控画面的组建四、软件使用1、系统使用说明2、附属资料名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 17 页 - - - - - - - - - 一、项目实施的目的、要求1、项目实施的目的实现 WINCC 的与 S7300 的组态并利用S7300与 S7200 的通讯实现对封口机的功能控制。2、项目实施的要求（1） 、 现场信号的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来进行数据采集。在完成了数据的采集之后就会涉及到一个数据传递的问题，毕竟在控制功能中要求实现组态界面控制和现场控制同时有效，这就必须要使现场控制层的S7-200PLC 和现场操作层的S7-300PLC 之间进行数据共享，也就是说这两个控制器之间要利用通信来交换数据，具体的方法可以用学习单元2 中学到的MPI网络和 PROFIBUS 网络来实现。（2） 、控制功能的实现逻辑控制功能的实现逻辑控制功能作为最基本的设备动作控制，可由S7-200PLC 来完成。具体的方法如下：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；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 PROFIBUS 工业网络将数据送到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 PROFIBUS 工业网络将数据送到S7-200PLC进行输出控制。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 的数据进行连接。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 17 页 - - - - - - - - - 二、总体设计 1 、系统组成（1） 、系统示意图（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-150 1 台直流稳压电源交流 220V/24V 1 台热电偶EM231 1 台中间继电器ARM2F 5 个通信模块 EM277 1 台整流模块 DQZ-220D15F 1 个按钮 AC250V 5A 4 个计算机 1 台2、PLC控制系统型号：一、 CPU313-6CF03-0AB0 1台；二、 CPU214-2AD23-0XB8 1 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。其封口机热电偶加热器继电器工业网络S7-300电脑EM231S7-200工业网络MPI S7-300 S7-200 DP 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 17 页 - - - - - - - - - 结构紧凑，工作可靠，功能齐全，操作简易。3、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4、 软件系统（1） 、PLC程序开发工具软件版本：西门子公司 STEP7-V5.3 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。5、用户软件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。其功能齐全、 操作容易。三、控制方案1、现场信号的采集与传递在控制系统中，将现场的信号采集进来由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-DP 网络通信来交换数据。如图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 17 页 - - - - - - - - - S7-300 硬件组态EM277采用 8 位输入 8 位输出 QB2-QB9 IB2-IB9 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 17 页 - - - - - - - - - 对应 S7-200 VB0-VB7 VB8-VB15 2、控制功能的实现a)逻辑控制功能的实现整个系统的启停、故障报警等功能通过S7-200PLC 的基本逻辑指令来实现；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通过S7-200PLC 的计算指令来实现。b)PID 闭环控制功能的实现选择用 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通过 PROFIBUS-DP 工业网络将数据送到S7-300PLC 进行 PID 运算，将结果送到S7-300PLC通过 PROFIBUS-DP 工业网络将数据送到S7-200PLC 进行输出控制。如图：在 S7-300 中添加 OB35 OB100用于 PID 运算名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 17 页 - - - - - - - - - OB35中的编程3、监控画面的组建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、封口速度显示。如图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 17 页 - - - - - - - - - 创建变量、连接PLC-300 创建画面名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 17 页 - - - - - - - - - 四、软件使用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 17 页 - - - - - - - - - 1、系统使用说明按下封口机总电源通风扇按钮，封口机总电源通风扇按钮通电后按下封口机直流电机按钮，励磁绕组通电，2 秒后电枢绕组通电。设定温度值后按下封口机加热按钮，系统开始工作。按下停止按钮或高温报警无人工控制，封口机停止加热。当温度低于30时，系统停止工作。画面显示当前温度、数量和速度。2、附属资料原件清单项目使用器材统计表序号名称型号与规格单位数量作用1 西门子 plc300 CPU313-6CF03-0AB0 台1 控制器2 西门子 plc200 CPU214-2AD23-0XB8 台1 控制器3 多功能封口机SF-150 台1 封口4 热电偶231-7PD22-0XA8 台1 温度采集5 通信模块277-0AA22-0XA0 台1 通信6 中间继电器ARM2F 个5 中间过度连接7 直流稳压电源交流 220V/-24V 个1 稳压8 按钮AC250V 5A 个4 启停、复位、计数9 整流模块DQZ-220D15F 个1 整流名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 17 页 - - - - - - - - - 第二部分技术报告摘要： 本封口机自动控制系统采用西门子公司的中型PLC S7-300、小型 PLC S7-200 （EM231热电偶、 EM277通信模块）和的监控组态软件，有监控和数据采集功能。PC和 PLC采用 MPI电缆进行通讯和数据的传输，PLCS7-300 和 PLCS7-200则采用 PROFIBUS-DP 和工业以太网的组态和编程方法。而WINCC 运行于个人计算机环境，可以和多种西门子公司的软硬件集成，具有丰富的项目设置、可视窗口和菜单选项用户可以在页面上进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表，为操作者提供图文并茂、形象直观的操作环境，提高了工作效率。关键字： PLC S7-300 PLC S7-200 WINCC MPI PROFIBUS-DP 工业以太网 EM231热电偶 EM277通信模块封口机自动控制综述： 本封口机自动控制系统采用西门子公司的中型PLC S7-300、小型 PLC S7-200 （EM231热电偶、 EM277通信模块）和的监控组态软件，有监控和数据采集功能。PC和 PLC采用 MPI电缆进行通讯和数据的传输，PLCS7-300 和 PLCS7-200则采用 PROFIBUS-DP 和工业以太网的组态和编程方法。系统有操作简单、易学易会的特点，并为操作者提供图文并茂、形象直观的操作环境，提高了工作效率。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 17 页 - - - - - - - - - 目录一、 WINCC 简介1、WINCC 的简介2、WINCC 的应用（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、工业网络简介名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 17 页 - - - - - - - - - 一、 WINCC 简介1、WINCC的简介WINCC(Windows Control 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”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。(2) 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，I-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。（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/SQL 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) 或使用ODBC (Open Data Base Connectivity )驱动访问WINCC 数据库。这些访问选项允许WINCC对其他的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。 (7)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 产品，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 的标准 SIMATIC 部件。 (10)可集成到MES和 ERP中WINCC 的标准接口使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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 17 页 - - - - - - - - - 2、WINCC的应用（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”。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/CPU314C 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 SFB43 SFB41 SFB43有可组态的大量输入/ 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 0 SP_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、 PLCS7-200 3.1 、 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，具名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 17 页 - - - - - - - - - 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-DP 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、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-DP （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。参考文献： 可编程控制器教程电子科技大学出版社罗光伟S7-300/S7-400PLC 应用技术第二版机械工业出版社廖常初深入浅出西门子WINCC V6第二版北京航空航天大学出版社苏昆哲名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 17 页 - - - - - - - - - 第三部分实训总结通过三周的实训， 学习了 WINCC 的组态、 通信和工业网络的连接方法； WINCC和 S7-300之间的数据传输、采集、数据变化趋势；S7-300、 S7-200 之间的MPI 通信等。使我深入了解了 S7-300 、S7-200 和 WINCC 在一个项目中的功能、使用方法、特点，复习了S7-300、S7-200 之间的PROFIBUS-DP通信的地址连接。PROFIBUS-DP ：使用西门子公司在S7-300、S7-200 的原始默认值，S7-300 的输入 QB对应 S7-200VB;S7-200 的输入 VB对应 S7-300 的IB， 了解了整个项目的数据传送、接收、采集、通过 WINCC监控组态软件输出显示变化趋势）。可以使用上述的理论及实验结果，做简单的控制系统，完成简单的工作项目。在这三周里，我接受了新知识、开拓了新视野，学习到了WINCC 的运用， MPI、工业网络的运用， 同时也更加深刻的理解到了可编程控制器的运用。老师的教学方式让我更加快速准确的掌握了基本知识。在教导我们时， 在 PPT上总结要点后生动的给我们传授，全班同学采用分成几组学习，这样让我的学习时光变得有趣，还培养了我们的团队合作精神。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 17 页 - - - - - - - - -