[通信电子精品] 基于WINCC组态软件对复杂工程设计的研究与实现

[通信电子精品] 基于WINCC组态软件对复杂工程设计的研究与实现 XXX毕业设计 诚信承诺书 本人郑重承诺:我所呈交的毕业设计《基于WINCC组态软件对复杂工程设计的研究与实现》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。 承诺人签名: 日期: 年 月 日 XXX2011届本科生毕业设计 基于WINCC组态软件对复杂工程设计的研究与实现 摘 要 随着工业自动化水平的迅速提高，人们对工业自动化的要求越来越高，集成了人机界面(HMI)系统和监控管理(SCADA)系统的通用工业自动化组态软件的出现，实现了完美的过程可视化，为各种工业领域提供完备的操作和监视功能。 本文主要介绍了(1)利用西门子公司的WinCC 6.2 组态软件设计制作友好的人机界面，并与触摸屏/文本显示器/操作面板+一、二次结线图一起构成三重监控的新模式，实现利用上位机在造纸过程中对各个工艺流程系统的实时监控和跟踪记录以及对设备的集中控制;(2)并且使用工业以太网交换机和普通以太网卡通过TCP/IP方式小规模连接PLC和工业PC机，让整个废旧造纸生产系统可以系统地联网。解决每个生产部门之间不能及时、快捷、方便联系的问题，改变长期以来“单打独斗的局面，用于实现提高整个造纸系统的生产效率、运行可靠性、方便生产管理、减少不必要的人力浪费甚至环保。 关键词:联网 三重监控 人机界面 WinCC I XXX2011届本科生毕业设计 Based on WINCC configuration software to complex engineering design's research and realization Abstract Along with industrial automation level rapid enhancement, the people were getting higher and higher to industrial automation's request, integrated the man-machine contact surface (HMI) the system and the monitoring management (SCADA) system's general industrial automation configuration software's appearance, has realized the perfect process visualization, provided the complete operation and the surveillance function for each industrial field. This article mainly said that (1)uses Siemens's WinCC 6.2 configuration software design manufacture friendly man-machine contact surface, and/operates kneading board + one, two cording diagrams with the touchscreen/text monitor to constitute the tertiary monitoring new pattern together, realizes the use superior machine and tracks the record as well as to equipment's common control in the papermaking process to each technical process system's real-time monitoring;(2) And the use industry ethernet switchboard and the ordinary ether network card connect PLC and industry PC machine through the TCP/IP way small scale, enables the entire worn out papermaking production system to be possible systematically the networking. Solves between each Production department not to be able prompt, quick, the convenience relation question, the change ―to play singles the aspect which since long fights alone, uses in realizing raises the entire papermaking system's production efficiency, the movement reliability, convenience production management, the reduced nonessential manpower waste even environmental protection. Key words:Networking Triple Monitor HMI WinCC II XXX2011届本科生毕业设计 目 录 摘 要 .................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................. II 1引言 ....................................................................................................................................... 1 1.1项目研究的背景 ......................................................................................................... 1 1.2项目研究的内容 ......................................................................................................... 3 2工艺流程 ........................................................................................................................... 3 2.1制浆 .................................................................................................................................... 3 2.2调制 .................................................................................................................................... 4 2.3抄造 .................................................................................................................................... 5 2.4污水处理 ......................................................................................................................... 6 3系统组成及其联网 ..................................................................................................... 8 3.1系统硬件组成 ............................................................................................................... 8 3.1.1 CPU315-2DP/CPU414-2DP .............................................................................. 9 3.1.2机架(rack) .......................................................................................................... 10 3.1.3ET-200M ..................................................................................................................... 10 3.1.4交换机 ......................................................................................................................... 11 3.1.5上位机 ......................................................................................................................... 12 3.2系统网络组成 ............................................................................................................. 12 3.2.1以太网 ......................................................................................................................... 12 3.2.2多模光纤 ................................................................................................................... 13 III XXX2011届本科生毕业设计 3.2.3PPI通讯协议 ............................................................................................................ 14 3.2.4MPI通讯协议 .......................................................................................................... 14 3.2.5CP5611卡 .................................................................................................................. 15 3.2.6RS232 ........................................................................................................................... 15 3.2.7RS485 ........................................................................................................................... 16 3.2.8PROFIBUS – DP .................................................................................................... 16 3.3系统整体联网 ............................................................................................................. 18 4WINCC界面设计....................................................................................................... 23 4.1添加变量和设计制作界面 .................................................................................. 24 4.2界面的组成 .................................................................................................................. 28 4.2.1工艺流程示意图 ................................................................................................... 29 4.2.2菜单的切换 .............................................................................................................. 30 4.2.3弹出式控制窗口 ................................................................................................... 30 4.2.4报警画面 .................................................................................................................. 31 4.2.5趋势图画面 .............................................................................................................. 32 4.2.6参数表/棒图............................................................................................................. 36 4.2.7登陆界面和用户权限 ......................................................................................... 36 4.3各种监控设备的相互配合 .................................................................................. 38 4.4WINCC运行 ................................................................................................................ 43 5系统运行结果、分析、总结与展望 ........................................................... 45 5.1系统运行结果与分析 ............................................................................................. 45 5.2项目总结与展望 ....................................................................................................... 45 IV XXX2011届本科生毕业设计 参考文献 .............................................................................................................................. 46 附 录 ................................................................................................................................... 48 谢 辞 ................................................................................................................................... 49 V XXX2011届本科生毕业设计 1 引言 1.1项目研究的背景 随着工业自动化水平的迅速提高，计算机技术和信息技术在工业领域的广泛应用和迅猛发展，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长;已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。 人机界面(Human–Machine Interaction，简称HMI)，是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分，是指人和机器在信息交换、功能接触或互相影响的领域或称为界面所说的人机结合面。信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软接触。人机界面可以对控制系统进行全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变得操作人性化、过程可视 1化。 组态软件，又称组态监控软件系统软件，译自英文SCADA，即Supervisory Control and Data Acquisition (数据采集与监视控制)，指的是一些数据采集与过程控制的专用软件。它处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。功能:(1)强大的界面显示组态功能(2)良好的开放性(3)丰富的功能模块(4)强大的数据库(5)可编程的命令语言(6)周密的系统安全防范。其与人机界面的区别是所处运行环境大都是针对计算机/工控机而言的。 HMI/SCADA(人-机接口/上位计算机监控和数据采集)系统对工业控制系统配置和编辑，处理事件报警和系统报警，提供多种数据通信驱动程序，完成各类报表的生成和打印输出，而且还给用户提供多种脚本语言，可以进行二次开发，还有对实时数据的归档和对历史归档数据的查询功能等。 SIMATIC Wincc (Windows Control Center)是第一个使用最新的32位技术、能高效控制自动化过程的过程监视系统，具有控制自动化过程的强大功能、良好的开放性和灵活性。它基于个人计算机的操作监视系统，集成了人机界面(HMI)系统和监控管理(SCADA) 2系统，集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合，因此，SIMATIC WinCC 1 《HMI与Profibus-DP介绍》[EB]，2011年。 2 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团:《深入浅出西门子WinCC V6》[M]，北京航空航天大学出版社，2004， 第1-186页。 1 XXX2011届本科生毕业设计 很容易结合的和用户的程序建立人机界面，并精确地满足生产实际要求，它为各行各业提供完整、全面的SCADA功能，是一种复杂的SCADA(数据采集与监控)系统，能高效控制自动化过程，它基于Windows平台，可实现完美的过程可视化，能为各种工业领域提供完备的操作和监视功能。WINCC提供成熟而可靠的运行环境以及有效的组态，其整体的开放性，方便与标准程序和用户程序组合在一起使用，建立人机界面，精确地满足实际需要;其自带的数据库可以实现归档，保存对用户有价值的数据。 这在大量应用和各种工业领域的应用实例中得以证明，包括:造纸和纸品加工、给水系统、水处理和污水净化、电子系统、汽车工业、化工和制药行业、印刷行业、能源供应和分配、贸易和服务行业、塑料和橡胶行业、机械和设备成套工程、金属加工业、食品、饮料和烟草行业、钢铁行业、运输行业等等。 在我国的造纸和纸品加工领域中，一般把纸板分为三类:一类是白纸板(包括涂布的和不涂布的)，一类是箱纸板(包括普通的和牛皮的)，一类是瓦楞原纸(包括普通的和高强的)。近年来国内经济的高速发展促成市场对涂布白纸板的需求急剧增长，一方面国外 3制品大量涌入中国市场，同时国内专业机台以惊人的速度在增加。 白板纸又名马尼拉纸(如图1-1所示)，是一种白色的比较高档的包装纸板(广东省是全国白板纸消量最大的省)，其特点:正面呈白色且光滑，背面多为灰底，平滑度、油墨吸收性、印刷光泽度很好，可以在其上进行多色套印，使得商品得到增值。 这种灰底涂布白纸板是以纸为主要原料，采用先进浮选脱墨技术，经过彩印制造高档包装材料，广泛用于单面彩色印刷后制成纸盒供包装(烟酒、食品、服装、医药、鞋类等个体包装或内包装)使用，亦或者用于设计、手工制品。具有节约木材、投资少、污染轻、节约能源的优点，倍受纸厂和消费者的青睐，在消费增长中是最快的，市场前景非常广阔。 图1-1 涂布白纸板结构图 3 陈卫东、王连军、邹志梅:《涂布白纸板的生产》[J]，《造纸科学与技术》2005年第24卷第4期。 2 XXX2011届本科生毕业设计 1.2项目研究的内容 本研究以西门子公司的WINCC6.2组态软件为主，以西门子PLC(可编程控制器)为基础，同时运用SIMATIC的其他相关软件和产品，为广东佛山华丰纸业有限公司(国内华南地区一家比较大型的高级涂布白纸板专业生产企业)设计制作一套可以相互通讯的人机操作界面，并连入工业以太网中，解决每个生产部门之间不能及时、快捷、方便联系的问题，改变长期以来“单打独斗的局面，用于实现提高整个造纸系统的生产效率、运行可靠性，方便生产管理、减少不必要的人力浪费甚至环保。 全文一共分为5个单元，每个单元的主要内容如下: 第1单元，介绍人机界面组态软件的背景，指出本文研究的实际意义所在。 第2单元，概述废旧造纸的工艺流程和污水的处理。 第3单元，详细介绍系统的组成及其如何联网。 第4单元，重点介绍使用WINCC组态软件设计界面及在现场运行的结果。 第5单元，对本次项目的分析、总结和展望。 2 工艺流程 现代的造纸工艺流程可分为制浆、调制、抄造、加工等主要步骤。 2.1制浆 制浆为造纸的第一步，制浆就是将植物纤维原料分离出纤维而得纸浆的过程，这里使用的是回收的废旧纸制品。制浆方法主要可分为机械法、化学法和化学机械法，分别制得机械纸浆、化学纸浆和化学机械纸浆;这里华丰纸业使用的是化学机械法，这个效率比较高。其制浆车间配4条生产浆线(面浆线、衬浆线、芯浆线和底浆线)，工艺过程主要是碎解、筛选净化、脱墨、热分散或疏磨处理等，分别制备抄造白纸板的各层浆料，为下一个工艺环节作好准备。如图2-1-1所示: 图2-1-1 制浆之底浆现场(左)和制浆之芯浆现场(右) 3 XXX2011届本科生毕业设计 3a.制浆面浆线的处理流程: 浆板 板式运输机 水力碎浆机 高浓除渣器 高频疏解机 双盘磨 施胶加填 成浆后送造纸 3b.制浆芯浆线的处理流程: 混合废纸 输送机 水力碎浆机 高浓除渣器 纤维分离机 4段除砂器 精选3段压力筛 多盘浓缩机 长纤维浆 热分散系统 纤维分级机 短纤维浆 混合浆池 高频疏解机 成浆后送造纸 3c.制浆底浆线的处理流程: ONP(旧报纸)废纸 输送机 水力碎浆机 高浓除渣器 粗筛 精选除砂器 压力筛 多盘浓缩机 热分散系统 成浆后送造纸 2.2调制 纸料的调制为造纸的另一重点，纸张完成后的强度、色调、印刷性的优劣、纸张 保存期限的长短直接与它有关。 一般常见的调制过程大致可分为以下三步骤: a. 散浆(把纸浆细化)。 b. 打浆(制成符合抄造要求的浆料)。 c. 加胶与充填(增强纸张的防潮性，有助于提高纸张的强度)。 4 XXX2011届本科生毕业设计 2.3抄造 此过程为将稀的纸料，使其均匀的交织和脱水，使其成形，再经压榨、干燥、压光、涂布、软压光、卷纸、裁切、选别、包装，故一般常见之流程如下: A(纸料的筛选 将调制过的纸料再稀释成较低的浓度，并借着筛选设备，再次的筛除杂物及未解离纤维束，以保持品质及保护设备。 B(网部 其面浆与芯浆复合后，再与底浆复合，在底网(即:网部底浆)的末端经过移动水针切边后出网部到压榨部，复合纸边回到底网的网下白水再到网部底浆系统。使 4纸料从头箱流出在循环的铜丝网或塑料网上并均匀的分布和交织。 C(压榨部 将网面移开的湿纸引到一附有毛布的二个滚辘间，借滚辘的压挤和毛布的吸水作用，将湿纸作进一步的脱水，并使纸质较紧密，以改善纸面，增加强度。 D(烘缸 由于经过压榨后的湿纸，其含水量仍高达52 ~70%，此时已无法再利用机械力来压除水分，故改让湿纸经过许多个内通热蒸汽的圆筒表面使纸干燥。烘缸蒸汽的压力和蒸汽的质量直接影响纸板水分。如图2-3-1所示: 图2-3-1 烘缸进汽及冷凝水排出 这个工艺部分属于干燥部管理，其目的: 1.提高纸页的干度。 2.提高纸页的强度。 3.完成浆内施胶，使纸页具有一定的抗水性。 E(加工处理、卷纸 4 刘建安、曹国平、雷以超、周庆乐:《芯浆种类、打浆度对白板纸性能的影响》[J],《广东造纸》2000年01期。 5 XXX2011届本科生毕业设计 涂布机将成卷的基材涂上一层特定功能的胶、涂料或油墨等，并烘干后收卷;再由卷纸机将纸幅卷成纸卷。 如下图2-3-2所示: 图2-3-2 复卷机(左)和卷纸(右) F(裁切、选别、包装 取前面已卷成筒状的纸卷多支，用裁纸机裁成一张张的纸，再经人工或机械的选别，剔除有破损或污点的纸张，最后将每五百张包成一包。 2.4污水处理 造纸行业是耗水和污染的大行业，据环保工作人士统计，每生产1吨的制浆大约需要排放100~500吨的废水;而每生产1吨的纸大约需要300~500m3的水。有资料表明，我国纸和纸板能耗同国际先进水平相比高达120%，其他各消耗(水耗、汽耗、电耗)也 5高于世界先进水平。 利用回收废纸生产各种纸和纸板,可减少砍伐森林减少废纸垃圾。废纸制浆的能耗、化学品消耗和废水污染负荷,也远低于原纤维制浆,这是一项有利于节能环保的绿色工程。虽然佛山华丰纸业高级涂布白板纸的生产是以回收各种的废旧纸类为前提来进行再造 6的，废纸再生纸厂的废水污染负荷虽然相对较低,但仍不可忽视。 制浆和造纸是两个独立的过程，污染主要来自制浆那个过程，造纸也容易产生废水。 在制浆部分的除渣、洗浆、漂洗等过程中，产生大量的洗涤废水(其呈黑褐A( 色，又称为黑水)，污染最为严重。 废纸制浆:以废纸为原料，经过碎浆处理，必要时进行脱墨、漂白等工序制成制浆的生产过程。 脱墨制浆:使用机械和化学相结合的处理方法将废纸上的油墨除去而得到制浆的生产过程。当要脱墨时，就要排出脱墨废水。 5 金立忠、何爱民:《废纸再生造纸的废水处理技术》[J]，《西南造纸》2006年第35卷第4期。 6 《造纸厂污水处理》[EB]，中国污水处理工程网。 6 XXX2011届本科生毕业设计 B(纸是纸浆经过挤压熏蒸烘干等工序来完成制作的，纸浆里必须有大量的水才能和成浆，而纸浆经过挤压之后里面的水分就被分离出来了，所以造纸会产生大量的废水(其含有纤维、填料和化学药品，又称为“白水” )。 废纸再生造纸废水主要来源于制浆部分的洗涤废水，这其中包括细小纤维、油墨、树脂、颜料、化学药品和机械杂质等污染物。废纸造纸污水的SS、COD(悬浮物)浓度较高，废纸造纸污水处理要解决的主要问题是去除SS和COD。 该厂使用的是SBR工艺(一种活性污泥系统)进行污水处理，污水进入SBR池，与池中原有的生化污泥还有空气混合，进行生化反应，当反应完成后，则停止供应空气，生 7化污泥开始沉淀，这样就使得污水得到处理。 污水处理就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除、回收利用，或将其转化为无害物质，试水得到净化。污水处理的关键是厂内治理，只有在厂里将大量的废水循环使用，才能减少排放量，从而根本上降低厂外污水处理的成本， 8才更有利于达标排放，节约成本。 实现水源的循环利用，严格控制污水的排放、有效的及时处理废水是非常重要的，这不仅节约成本，更重要的是环保。 所以，污水处理工艺应易于操作、运行灵活且便于管理，并提高操作管理水平。用上位机组态软件配合工艺进行监控是不二的选择，大大提高环境效益，提高污水处理的质量，降低人工控制难度，并节省人力。 SBR系统基本都是由PLC控制，由于污水处理这个环节的WINCC人机界面开发的设计和制作工程，由于各种原因被延迟到下一个阶段，所以被预留着，污水处理作为芯浆线 9的一个远程从站，目前操作人员是依靠仪器仪表和一次接线图来进行此环节的监控的。 如图2-4-1所示: 图2-4-1 污水处理工艺流程图的一次结线图(还附带报警装置) 7 符基、韦华、黎松涛:《涂布白纸板生产废水集约化处理工艺设计及运行实践》[J]，《造纸科学与技术》2008年第27卷第2期。 8 符基、陈晓楚、刘吉峰:《应用清洁生产技术，推进企业降耗减排》[J]，《Paper Science & Technology》2008年第3期。 9 刘卫忠:《西门子S7-300PLC在纸厂污水处理中的应用》[J]，《机电工程技术》2005年第34卷第8期。 7 XXX2011届本科生毕业设计 3 系统组成及其联网 本系统整体联网的设计结构如3-1图所示。每个独立的系统主要由上位机(OS)(如:操作员站/监控站)和下位机(AS)(如:PLC S7-300和 PLC S7-400)组成，它们之间的连接通过光纤环网――冗余交换机()来实现，而每个部分之间的连接则是保持原先厂内使用的MPI通信以及一些Profibus DP总线通信。 环型拓扑结构的优点:信息在网络中传输的最大传输延迟是固定的，网上的每个节点与其他两个节点有物理链路直接互通，因此，环型结构网络的传输控制机制较为简单、实 1011时性强。缺点:当一个节点出现故障时可能会终止整个网络的运行，可靠性差。 所以使用了冗余交换机，所谓的冗余交换机，不是指设备上的冗余，而是交换机拥有双通道，传输通道，即通讯线路上的冗余。当交换机一边通道的光纤断了，由于是环网结构，并不影响以太网通讯，可以换个方向从好的那边通道上进行通讯，这样保证了通讯的正常工作，而坏掉的通道在交换机上是有报警显示，可以让工作人员及时修复。 3.1系统硬件组成 整个系统由22台PLC——21台S7-300(包括S5升级到S7的)和1台S7-400、1台 ET-200M、12台工业PC机以及9台光电交换机等主要设备构成。22台PLC，编号101~122，分别为: 101#和102#——芯浆线 103#和104#——BC线(面浆和底浆线) 105#、109#和110#——网部 106#和107#——涂布机 108#——1#切纸机 117#——2#切纸机 111#和112#——3#电房(给干燥部供电) 113#~116#——5#电房(给涂布厨房、红外线装置、施胶供电) 118#——施胶 119#和120#——涂布厨房 121#——华纸(1#生产线) 122#——干燥部 10 《西门子工业以太网通讯》[EB]，2009年。 11 谢希仁:《计算机网络》[M]，电子工业出版社，2008年，第1-220页。 8 XXX2011届本科生毕业设计 图3-1 整体联网(工业以太网)的设计结构示意图 3.1.1 CPU315-2DP/CPU414-2DP CPU315-2DP是一款带有中,大规模程序量和PROFIBUS DP 主,从接口的西门子S7-300型PLC的CPU，具有48KB的RAM，80KB的装载存储器，可用存储卡扩充装载存储容量最大到512KB，可用于大规模的I/O配置，最大可扩展1024点数字量或 12128个模拟量。根据统计出的I/O点数选择一个直流32点和一个16点的SM321数字量输入模块和一个32点SM322继电器输出模块。它除了可以组成集中式I/O结构，还可以组成分布式自动化结构。具有多种不同的通讯接口，组态容易、简单。 在此，用它在SIMATIC S7-300系统中主要是作为PROFIBUS—DP主站使用，用来执行用户程序，控制I/O(开关量和模拟量)和通信等模块。如图3-1-1所示: CPU414-2DP是S7-400PLC的CPU，其功能与CPU315-2DP大致相同，不过存储量更大，可扩展的I/O点数、可接的从站数量更多，在编程中功能块数量上的更大。仅在需要I/O点数和模块数众多的干燥部上使用，一主一备，构成冗余系统，主PLC则通过网线连入交换机当中。 12 郑凤翼、张继研:《西门子S7-300/400系列PLC入门》[M]，北京:电子工业出版社，2009，第1-337页。 9 XXX2011届本科生毕业设计 图3-1-1 CPU315-2DP(带2个IM361/IM360接口模块做扩展) 3.1.2机架(rack) 西门子300PLC的机架主要用于机械安装固定各种模块。装有PLC 300CPU的机架为主机架，也称为中央机架，架上除了电源、CPU、接口这个模块以外，最多可以插8个模块(基本包括:电源模块、CPU、接口模块、信号模块、功能模块、数字量/模拟量输入和输出模块)。通过主机架接口模块与其他接口模块连接的机架称为扩展机架，同样一个机架上最多也是8个模块，一共可以扩张32个模块。而400的PLC最多可以扩张到400多个模块。 3.1.3ET-200M ET-200M是西门子的S7-PLC的分布式I/O系统中的一种，是基于S7-300/400的 Profibus-DP现场总线的一个分布式I/O站，它可以通用S7-300/400的各种模块。它主要特点就是将远程的I/O (包括模拟量)通过通讯线传给主机，这样节省了大量的信号电缆，使得结构清晰，便于维护。 在现场中，芯浆生产线属于制浆部门，它的一部分生产设备是专门用来对污水进行处理的，由于工艺原因离PLC主站机架比较远、比较散，如果要分别对那些设备的I/O接线的话，工作量大，需要接将近上百根线，不易实现，成本比较高，并且在工厂这样的环境里，很容易因为电磁干扰而使得可靠性降低，也很容易被老鼠给咬了，查线就更麻烦，所以不管从哪方面考虑，这都是一个很不明智的做法。 而ET-200M使用与S7-300PLC相同的安装系统，由IM153和S7-300的I/O模块组成，并通过IM153远程接口模块与PLC连接，它作为模块化的从站，一个远程机架，在现场 10 XXX2011届本科生毕业设计 凭借Profibus-DP现场总线与PLC进行高数据传输率通讯，确保了CPU315-2DP和I/O设备之间的通讯顺畅。 3.1.4交换机 广义的交换机(switch)就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路，最常见的交换机是以太网交换机。 交换机可将共享的局域网进行有效的网段划分，使每个用户尽可能地分享到最大带宽，可以连接共享的以太网段及不同速度的局域网，其交换技术处在网络7层模型中的第 13二层(数据链路层)，常被称为第二层交换。 图3-1中，一共有9台美国N-TRON公司生产的工业以太网交换机。如图3-1-4所示， 图3-1-4 716FX2和306FX2 图3-1-4中左边的是716FX2 全网管型工业以太网交换机，只分别用在网部和5#电房，因为那里需要联网的PLC数量比较多。自适应速率，双工模式，2光14电的，即:2个100BaseFX光口, ST或SC接头和14个10/100BaseTX RJ-45端口。可工作在-40?C,70?C范围内，支持SNMP v1, v2, v3 和Web浏览器管理功能。这种700系列全管理型工业以太网交换机，使用N-Ring技术作为环网管理器，自愈时间达到30ms，通过Web方式和OPC功能可以实时在线监控环网状态和交换机工作状态，在N-Ring环网里最大可以支持250个节点。 图3-1-4中右边的是306FX2工业以太网交换机，用于其他PLC联网数量较少的生产部门，2光4电的，即:2个100BaseFX 光口和4个10/100BaseTX RJ-45 自动传感器端口，所有的端口都支持全/半双工运行。 利用―最先进‖的以太网交换技术，306FX2 有对4 个TX 端口连接的自动调节速率和流量控制能力，而且其端口可以自动配置。光纤端口有ST 和SC 两种工业标准，是全双工光口，并且光纤具有多模和单模两种模式。306FX2能够应付恶劣的工业环境，具有冗 13 冯冬芹、金建祥、褚健:《“工业以太网及其应用技术” 讲座》[J]，《自动化仪表》2003年5月第24卷第5期。 11 XXX2011届本科生毕业设计 余电源输入，提高设备可靠性，每个端口都有LED 显示连接和活动状态，电源的开关状态。 3.1.5上位机 上位监控计算机采/操作员站都使用的是研华工控机(IPC610)，1G内存，安装使用Windows XP SP3操作系统，平均无故障时间为10万小时，可锁门防止驱动器和开关被误动，其坚固的结构，抗冲击、震动和防尘。除此之外，采用上位机冗余，有主备用2台工控机都通过网线连入交换机中，防止上位主机出现故障，而影响工作人员对生产的监控管理。 3.2系统网络组成 造纸系统基本分为面浆、底浆线和芯浆线(属于制浆流程)，网部、干燥部、涂布厨房、施胶、切纸机、华纸(属于抄造流程)以及电房(属于供电系统)、污水处理等好几个部门，其中制浆、网部、干燥部是整个造纸系统的重要生产部门，而增强它们间的联系是非常重要的。光纤环网构成的工业以太网属于三级网络，而各个生产部门的Profibus-DP/ MPI网络则属于二级网络。 计算机网络体系结构，国际标准化组织ISO提出的标准OSI(开放系统互连基本参考模型OSI/RM)，其七层体系结构:?物理层、?数据链路层、?网络层、?运输层、?会话层、?表示层、?应用层。而TCP/IP的四层体系结构:?网络接口层、?网际层IP、?运输层、?应用层(各种应用层协议)。实质上，其只有最上面的三层，因为最下面的 14网络接口层并没有具体内容。 3.2.1以太网 以太网(Ethernet)是IEEE802.3所支持的局域网标准(西门子的工业以太网符合这个国际标准)，它只定义了数据链路层和物理层，作为一个完整的通信系统;A-PARNET在制定了TCP/IP高层通信协议，并把以太网作为其数据链路和物理层的协议之后，以太网便和TCP/IP紧密地捆绑在一起了。 它包括三种网络接口:RJ,45、BNC和AUI，所用的传输介质分别为:双绞线、细同轴电缆和粗同轴电缆，还可以支持光纤等，其最大的优点是简单、经济实用，易被人们所掌握，深受广大用户欢迎。 14 崔坚 主编、李佳 副主编:《西门子工业网络通信指南(上)》[M]，机械工业出版，2004，第1-203页。 12 XXX2011届本科生毕业设计 工业以太网基于IEEE802.3的强大的区域和单元网络，是当今局域网(LAN)领域中首屈一指的网络，采用交换式局域网，每个网段都能达到网络的整体性能和数据传输速率， 15电气交换模块与光纤交换模块将网络划分为若干个网段。 全双工模式使一个站能同时发送和接受数据，不会发生冲突，传输速率到20Mbit/s和200Mbit/s，可以构建环形冗余工业以太网。其自适应功能能自动检测出信号传输速率(10M或100Mbit/s)。 3.2.2多模光纤 图3-1中，棕色的线为多模光纤。相对于双绞线，光纤能够支持较长的传输距离，在10mbps及100mbps的以太网中，最长可支持2000米的传输距离，而于1GpS千兆网中，最高可支持550米的传输距离。 业界一般认为当传输距离超过295尺，电磁干扰非常严重，或频宽需要超过350MHz，那便应考虑采用光纤代替双绞线作为传输载体。 由于工厂内有大量设备，其会带来很大的噪音和电磁干扰等许多影响通信的因素。所以在各部门与各部门之间的通信上选择了光纤: 1) 光纤的通频带很宽，理论可达30T。 2) 无中继支持长度可达几十到上百公里，铜线只有几百米。 3) 不受电磁场和电磁辐射的影响。 4) 重量轻，体积小。 5) 光纤通讯不带电，使用安全可用于易燃，易暴等场所。 6) 使用环境温度范围宽。 7) 使用寿命长 按光在光纤中的传输模式可分为:单模光纤和多模光纤。 A(单模光纤的纤芯小，光的入射角度小，电磁场分布模式单纯，只允许一种最基本的模式即基模的传播，其它高次模均被淘汰。由于它只有一种模式传播，避免了模式(间)色散的问题(模式色散会使多模光纤的带宽变窄，降低了其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信)，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信。 由于单模光纤的纤芯直径非常细小，所以对其制造工艺提出了更苛刻的要求。 B(多模光纤的纤芯大，入射光进入纤芯的角度多，向前传播的路径也多，所以其电磁场分布模式多种多样，可同时传播多种模式。但是多模光纤芯径大，可以承受更高的功率。同样是多波长传输，多模光纤对光源的要求要比单模光纤低得多等等，并且由于单模的设备贵，多模的设备便宜。 在嘈杂和电磁干扰的工厂内，做简单的厂房与厂房之间的通信，加上考虑了成本问题，所以选择了多模光纤。所图3-2-2所示: 15 刘泽祥:《现场总线技术》[M]，机械工业出版社，2005年，第1-308页。 13 XXX2011届本科生毕业设计 图3-2-2 多模光纤(multi-mode fiber;multimode fiber)实物图 3.2.3PPI通讯协议 PPI通信协议是西门子公司专为S7-200系列PLC开发的通讯协议，内置于S7-200CPU中。PPI协议物理上基于RS-485口，通过屏蔽双绞线就可实现PPI通讯，PPI协议是一种主-从协议。主站设备发送要求到从站设备，从站设备响应，从站不能主动主动发出信息。主站靠PPI协议管理的共享连接来与从站通讯。PPI协议并不限制与任意一个从站的通讯的主站的数量，但在一个网络中，主站不能超过32个。其最基本的用途是让西门子STEP7-Micro/WIN编程软件上传/下载程序和西门子人机 16界面与PC通信。 3.2.4MPI通讯协议 图3-1中，在网部里，还有2台旧的工业PC机与PLC是进行MPI通讯的，因为距离比较近。MPI是多点接口(Multi Point Interface)的简称，是西门子公司开发的用于PLC之间通讯的保密的协议。MPI通讯是当通信速率要求不高、通信数据量不大时，可以采用的一种简单经济的通讯方式。通过MPI接口可使PLCS7-200/300/400、操作面板TP/OP及上位机MPI/ PROFIBUS通信卡，如:CP5512/CP5611/CP5613等实现全局数据服务，周期性地相互进行数据交换。MPI网络的通信速率为19.2 K bps ~12Mbps， 17最多可以连接32个节点，最大通讯距离为50m，但是可以通过中断器来扩展长度。 MPI主要用于连接现场设备(即下端设备，如各类传感器)，Profibus-DP主要用于连接上端设备，即工控机等，西门子S7-300与PC通信属于上端设备连接，上端设备信息交流量大，Profibus-DP容量比较大，速度比较快，抗干扰能力强，比较适合，用于车间级监 16 廖常初:《S7-200 PLC 编程及应用》[M]，机械工业出版社，2007年，第132-138页。 17 崔坚 主编、李佳，杨光 副主编:《西门子工业网络通信指南(下) 》[M]，机械工业出版,2005.12，第1-95页和188-198 页。 14 XXX2011届本科生毕业设计 控和现场层的通信系统。其实两者在物理层上是没有区别的，都是RS485，只是网络协议不一样。 MPI是多点通信方式，RS485接口方式，但通讯协议是封闭的，紧紧限于S7系列PLC及设备间的通信。类似于以前常说的DCS系统。 PROFIBUS-DP，RS485接口方式，可采用线性、星型、环型等多种拓扑结构，但通讯协议时开放的，可以和西门子以外的产品通信联络，是开放的现场总线形式，它定义了第一、第二和用户接口，根据这些规范的接口，不同的设备之间可以实现网络通讯。 3.2.5CP5611卡 CP5611卡应用于PPI/MPI /Profibus网络，PCI接口，一般用于台式PC上; 是西门子控制系统最常用的Profibus-DP总线接口卡，在通常的系统集成当中有着广泛的应用。厂里旧的用于MPI和Profibus通讯的上位机都装有CP5611卡， 18如果连入以太网中，则不需要，还节省了一笔开支。如图3-2-5所示: 图3-2-5 CP5611卡实物图 3.2.6RS232 RS232接口(数据终端设备DTE和数据通讯设备DCE之间串行二进制数据交换接口技术标准)采用负逻辑电平，-15~-3表示“1”， +15~+3表示“0”，电压值通常在 7V左右，采用DB25和DB9个脚的连接器，主流是用DB9代替DB25。由于RS232接 18 西门子自动化技术资料:西门子(中国)工业自动化技术与驱动官方论坛 www.ad.siemens.com.cn/club/bbs/welcome.asp 。 15 XXX2011届本科生毕业设计 口标准出现较早，难免有不足之处: ?接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。 ?传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps，所以在200PLC中最高只支持19200的波特率。 ?接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。 ?传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在15米左右。 3.2.7RS485 RS485接口分是采用差分信号负逻辑，，2V~，6V表示―1‖，-6V~-2V表示―0‖。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。数据最高传输速率为10Mbps，最大的通信距离约为1219米。 RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。很多情况下，连接RS-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的―A‖、―B‖端连接起来，而忽略信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的。 3.2.8PROFIBUS – DP 图3-1中，粉红色的线为PROFIBUS-DP总线，只是有很多都没有画出来，因为已经是不属于以太网的范畴了。除了网部，有4台工控机分别与距离近的2台PLC是用MPI通讯的，其余的都是用PROFIBUS-DP通讯。PROFIBUS–DP的DP即Decentralized Periphery。它具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散，I,O的通信。Profibus的传输速率为96,12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。如图3-2-8-1和图3-2-8-2所示: 16 XXX2011届本科生毕业设计 图3-2-8-1 DP插头 图3-2-8-2 PROFIBUS电缆(两芯双绞屏蔽线) Profibus电缆 采用实心裸铜线导体作芯线，加厚铝箔和加密裸金属丝编织层，屏蔽效 果好，紫色PVC外护套。两芯线, 具有良好的信号传输性能，适宜于有电磁干扰的工业 19环境，实现计算机与西门子PLC之间PROFIBUS /MPI通讯连接。 Profibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息，用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。 Profibus-DP是以令牌传递方式工作的总线，总线循环时间必须要比主站(PLC)程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态，诊断和报警处理。 ?传输技术:RS-485双绞线/双线电缆/光缆。若使用光纤作通信介质，通信距离可达 90km，波特率9.6Kbit/s到12Mbit/ s。 ?总线存取:各主站间令牌传递，主站与从站间为主,从传送。支持单主或多主系统。 19 于会群、孙实文、贺刚、饶仲海:《Profibus现场总线技术在造纸生产线上的应用》[J]，《中国造纸》2003年第5期。 17 XXX2011届本科生毕业设计 总线上最多站点(主,从设备)数为126个。 ?通信:点对点(用户数据传送)或广播(控制指令)。循环主,从用户数据传送和 非循环主,主数据传送。 ?运行模式:运行、清除、停止。 ?同步模式(控制指令允许输入和输出同步):输出同步、锁定模式、输入同步。 ?功能:DP主站和DP从站间的循环用户有数据传送。DP从站组态的检查，强大的 诊断功能。输入或输出的同步。通过总线给DP从站赋予地址。 ?可靠性和保护机制:所有信息的传输按海明距离HD=4进行。DP从站带看门狗定 时器。对DP从站的输入/输出进行存取保护。DP主站上带可变定时器的用户数据 传送监视。 ?设备类型:第二类DP主站是可进行编程、组态、诊断的设备。第一类DP主站是 中央可编程控制器，如PLC、PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱 动器、阀门等。 3.3系统整体联网 PLC的联网能力强大，使用多模光纤，把9台光电冗余交换机以环形的结构连接起来，通过TCP/IP小规模与PLC连接，让整个生产系统可以系统地联网。 各个生产部门的300/400西门子PLC监控/操作站的工业PC机都通过普通的以太网卡，依靠RJ45双绞线，一端接在工业PC机的网口或者是接在PLC通信模块的网口上，另一端接在各自所属的交换机上。今后如果整个系统运行得非常稳定和可靠后，则会把剩下一些的MPI+CP5611换成CP343-1Lean+普通网线的形式。 西门子PLC、工控PC机和TCP/IP工业以太网网络系统为此次设计的系统主要构成，而西门子PLC和Profibus网络系统是旧的控制系统，并且为冗余系统(包括:CPU冗余、总线冗余和上位机冗余)的主干，在这里不做太多说明，如图3-3-1。Profibus总线网络的应用提高了数据传输的稳定性和速率。而TCP/IP工业以太网网络不仅仅提高各个生产部门的数据交换速度，而且还将一个工厂内部的各种生产系统和应用以及信息交汇在一起，实现最优化管理。 通过以太网让PLC与工业PC机通讯的前提条件是:? 工业PC机安装有WinCC 6.2 上位机组态软件，? PLC配备以太网模块(如:CP343-1 lean，CP443-1)或者使用带有PN接口(PN是用于西门子工业以太网通信的接口，支持PROFINET工业以太网TCP/IP协议，使用RJ-45通信物理层)。 18 XXX2011届本科生毕业设计 图3-3-1 冗余系统 通过PN接口组成以太网具有数据传输量大、通讯速率高、充分利用网络资源丰富、系统功能强大、组态方便，以太网通讯已经是一种趋势)的PLC。 此工程除了各生产部门冗余的PLC以外，所有的PLC都统一安装了CP通信模块。在此针对的是CP343-1 lean通信模块，如图3-3-2所示，CP343-1 lean具体技术指标见表3-3-1: 然后利用S7编程软件进行组态，给每一台PLC设置一个唯一的网络IP地址(如: 2021192.168.0.101，默认网关都是255.255.255.0)，让其进行联网。如图3-3-3所示: 图3-3-2 CP343-1 lean通信模块实物图 20 苏维、苏禹、贺刚:《基于组态王的H2S浓度监测系统的研究与实现》[J]，《工业仪表与自动化装置》2011年第2期。 21 《西门子组态硬件和通讯连接使用》[EB]，2004。 19 XXX2011届本科生毕业设计 表3-3-1 CP343-1 lean技术指标 传输率: 10Mbit/s和100Mbit/s(全/半双工传输) 连接至以太网: 2xRJ-45插口 电源: DC+24V(允许范围:+20.4V至+28.8V) 电流消耗 ?来自背板总线: 最大值约为0.2A ?来自外部24V DC: TP:最大值约为0.2A 功耗约为: 5.8W 允许的环境条件 ?工作温度: 垂直操作时:0?C到+60?C 水平操作时:0?C到+40?C ?运输/存储温度: 从-40?C至+70?C ?最大相对湿度: 当+25?C时为95% ?海拔: 最高海拔为2000m ?污染物浓度: 符合ISA-S71.04安全等级G1，G2，G3 设计 ?模块结构: 紧凑型模块S7-300，单幅 ?尺寸(WxHxD),单位mm: 40x125x120 ?大致重量: 220g S7通讯，连接数量:4 TCP/IP和UDP传送报文 可控OP接口数量:4 PG/OP通讯 多协议运行(同步可操作接线的总数):12 S7通讯(服务器) 多点传输数量:8 S5兼容通讯 20 XXX2011届本科生毕业设计 图3-3-3 在S7软件上设置某台300PLC的IP地址 当把所有的PC机唯一的IP地址设置成与PLC的IP地址在同一个网段上，而DNS服务器地址不需要设置，这时候只把硬件配置用编程电缆下载到PLC里的时候，就可以联网起来。如图3-3-4所示: 图3-3-4 PC机设置IP地址 图3-3-5 PING 192.168.0.10的连接状态 上位机使用WINCC 6.2组态软件参数设置，WinCC提供了所有最重要的通讯通道，用于连接到S IMAT I C S5/S7/505控制器(例如通过S7协议集)的通讯，以及如PROFIBUS-DP/ FMS、DDE(动态数据交换)和OPC(用于过程控制的OLE)，等非专用 21 XXX2011届本科生毕业设计 通道。现场使用的是TCP/IP通道，机架号为0，插槽号默认为2。如图3-3-6所示: 图3-3-6 在WINCC上设置对应PLC的IP地址 在WINCC中，当22台PLC的IP地址都设置好后，接着可以设置TCP/IP通道上系统参数，现场选择的是TCP/IP—>Intel(R)PRO/1000MT.N逻辑设备。如图3-3-7所示: 图3-3-7 在WINCC上选择正确的网卡 22 XXX2011届本科生毕业设计 由于整个生产系统的联网，不仅让操作人员能准确把握系统当前的各种运行状态，可以简化操作，大大提高系统监控能力，而且可以使经理、厂长在办公室就可以看到生产流程的动态画面，能更好的调度指挥生产，是工业企业中MES和ERP系统首选的生产实时数据平台软件。 4 WINCC界面设计 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。在自动化领域内，以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业自动控制中。 各PLC除了负责采集现场各个传感器的信号，转换后传给上位机以外，还要自动根据控制要求对现场执行机构做出相应的控制;不仅具有中心控制的作用，还是个 22局部的数据中转站。 西门子视窗控制中心SIMATIC WinCC(Windows Control Center)是HMI/SCADA软件中的后起之秀，1996年进入世界工控组态软件市场。WinCC 6.2 是一个在Windows XP 下使用的强大的 HMI 系统。 HMI代表“Human Machine Interface(人机界面)” ，即人(操作员)和机器(过程)之间的界面。 控制系统有装有WINCC 6.2系统的人机界面(HMI)上位机、西门子S7-300/400可编程控制器(PLC)下位机和现场传感器(如:温湿度传感器、红外线传感器、液位、压力计等)，变送器，变频器，执行部件(如:阀门、水泵等)等组成。这样HMI就通过以太网与PLC联网通信，对整个系统进行全面监控。图4-1为整个界面的设计框图，1#生产线相当于一个小型的2#生产线，基本包括了2#生产线的所有工艺流程。 现场大多数的模拟量(液位、流量、压力、温度、调节阀的开度等)，由对应的一次仪表传感器/变送器检测出来并转变为4~20mA的电流信号，送到各自PLC的AI模块;同样模拟量控制信号由PLC得AO模块输出也是以4~20mA电流信号送到 23执行机构，控制设备进行动作。 通过WINCC通讯驱动程序组态，实现WINCC画面中标记名与PLC控制器的通讯，再根据工艺流程，用WINCC组态软件提供的图库，形象地把各种设备表示出来，然后对每个图形设备进行组态，与定义好的标记名直接连接、C语言程序脚本、VBS脚本等方式的连接，实现现场远程设备状态的监控等等。 WINCC设计的人机界面系统对工业控制系统配置和编辑，处理事件报警和系统报警，提供多种数据通信驱动程序，完成各类报表的生成和打印输出等众多功能，实现操作员和 22 孙小斐、马邕文:《基于组态软件和PLC的造纸污水处理监控系统》[J]，《工业控制计算机》2009年22卷第4期。 23 徐科军 主编、马修水，李晓林 副主编:《传感器与检测技术》[M]，电子工业出版社，2008年，第30-160页。 23 XXX2011届本科生毕业设计 自动化系统(PLC)之间的通信。 WINCC的系统构成: ?变量管理器 ?图形编辑器 ?报警记录 ?变量归档 ?报表编辑器 ?全局脚本 ?文本库 ?用户管理器 ?交叉引用表 4.1添加变量和设计制作界面 整个生产系统比较庞大同时也比较复杂，所以要对变量进行标签分类管理，以下添加使用了: A(2700个外部变量: 1. 二进制变量(对应的都是数字量输入输出点DI/DO和一些M寄存器)。 2. 浮点数32位 IEEE 754、无符号32位数、有符号16位数(对应的都是模拟量，具体使用需要根据现场设备的性质来定选择，如网部和干燥部模拟量用得比较多，网部的模拟量主要用在底浆、面浆、芯浆上:a. 底浆部分用了8个定量阀。b. 面浆部分用了10个监测面浆流量的流量计。 c. 芯浆部分用了个2个浆体浓度监测传感器和2个调节浓度的定量调节阀、2个监测芯浆液位的液位传感器和2个阀门、3个监测芯浆箱压力的压力传感器和3个阀门。 而干燥部的模拟量主要用在烘缸蒸汽、袋通风和冷凝水上:a. 它的烘缸蒸汽工艺部分就用了20个监测蒸汽压力的压力传感器、1个总压力传感器、20个阀门和1个总的阀门。b. 它的袋通风工艺部分用了4个监测袋通风温度的温度传感器和4个阀门。c. 它的冷凝水工艺部分用了11个液位传感器和11个水泵)。 B(500个内部变量(都是一些界面中内部使用的临时变量，如:控制弹出框的出现和隐藏使用、日期时钟、用户登录等等)。 C(将近200张界面(除了工艺流程图的监控、PID调节、报警、历史/实时趋势图、还包括一些弹出窗口，各项工序的指引画面和登陆界面)。 每一个工艺流程的界面都是各不相同，工作量非常大，所以选用功能强大的WinCC 6.2组态软件来设计制作是非常合理的。 为了通过WINCC访问当前的自动化系统(PLC)的过程值，必须对WINCC和PLC之间连接进行组态，所以在添加外部变量前，需要增加通信驱动通道单元，本次使用的是TCP/IP通道单元，所以在“变量管理器” 添加的通讯驱动程序“SIMATIC S7 PROTOCOL 24SUITE”的“TCP/IP”通道里，图4-1-1所示: 24 张平、姚军亮、姜海罡:《WinCC 6.2在污水深处理中的应用》[J]，《PLC&FA》2010年04期:73-75。 24 XXX2011届本科生毕业设计 图4-1-1 WINCC的通道单元 然后，在WINCC 6.2中，如图4-1-1所示，建立一个的逻辑连接，进入期内，建立一个标签组，然后根据PLC I/O点在“变量属性”中添加外部变量，如图4-1-2所示，如添加一个变量名为 “M118冲浆泵超电流信号”的二进制变量并在“地址属性”中选择对应类型，连接的现场PLC的I 1.7输入点。 图4-1-2 添加外部变量和选择数据类型和地址 依照同样的步骤添加了所有PLC分别对应的所有外部变量，之后就可以进入图形编辑器中，进行界面的设计和制作。 图形编辑器是制作和设计界面的最常用和重要的工具，在制作工艺模拟的流程图时，常常需要使用HMI资源库，这个资源库里面包含了很多工业现场用到的设备(电机、水泵、各种阀、各种开关、按钮等等)，如图4-1-3所示。如果库里没有，都可以自己亲手画出来。 25 XXX2011届本科生毕业设计 1#生产线 面浆流送 水处理 底浆流送 面浆 芯浆流送 制浆 白水、损纸 芯浆 真空 移动水针 底浆 袋通风 风机 网部 浆池浆泵 润滑油站 干燥部 液压油站 冷凝水泵 涂布 烘缸蒸汽 红外线 2#生产线 纸机 跑偏断纸 软压光 面涂 底衬涂 复卷机 涂布厨房 施胶 1#红外线 2#红外线 1#切纸 完成造纸 2#切纸 图4-1 设计的人机界面整体示意框图 26 XXX2011届本科生毕业设计 图4-1-3 HMI资源库 当要模拟的流程图的所有对象都制作好之后，就可以根据现场的实际需求，对对象属性进行动态化，这是让模拟的界面和现场环境联系起来的重要步骤。 动态化分为:?通过触发事件来实现 ?通过本身属性的触发。 ?通过触发事件来实现:这是由系统或操作员给对象发送的，当事件发生时，相应的动作将被执行。本设计基本只使用了鼠标(包括:单击鼠标、单击左/右按钮，释放左/右按钮)来进行触发，触发后的动作可以由3种方式完成(包括C动作，VBS动作，直接连接)，VBS语言基本没有接触过，所以设计的时候使用了“C动作”和“直接连接”配合使用，如果过多的使用“C动作”会大量占用CPU的内存，影响其工作效率，所以不会使用“全局的C动作脚本”，则大量使用“直接连接” ，并减少局部“C动作”的使用。 “C动作”也就是C脚本，基本是在处理比较复杂/繁琐的逻辑的情况下使用。如图4-1-4所示，图上为模拟真空系统的界面，图的下方有14台电机，操作方式都是一样的:启动和停止。多个按钮都需要调用类似的弹出框的情况如果使用“直接连接”就会比较繁琐，需要制作数量很多的弹出框，而C脚本是只需制作1个弹出框即可，然后根据点击不同的电机来改变弹出框里要控制的对象。 “C动作”里有两大函数(包括:标准函数、内部函数)，每个函数里都有很丰富的指令，而控制电机启停则是使用内部函数里的tag项目的SetTagBit，这是一个置位命令，对象是bit，函数中还有对象为byte、word、char、float等等，与C语言非常相似，这里就不一一介绍。“启动”和“停止” ，用SetTagBit来给变量置位，当变量被置1时，表示给予电动机启动命令，同时当电机真正的运行了，还会用绿色表示;而变量置为0时，表示给予电动机停止命令，同时当电机真正的停止了，还会用红色表示。 ?通过本身属性的触发:属性触发又为静态列和动态列。静态列中，如果在动态列中没有进行组态，则在运动状态下对象呈现出的是此列定义的属性值。在动态列中，若组态 27 XXX2011届本科生毕业设计 了此列，对象的属性值可以动态变化。通过本身属性的触发可以有4种方法来实现(动态对话框、C动作、VBS动作、变量连接)。 图4-1-4 画面监控，电动机为绿色表示处于运行状态 4.2界面的组成 WINCC界面制作的好坏直接关系到系统的监控质量、人员设备的安全和生产管 25理效率，所以上位机界面的开发也是非常重要的。根据系统和生产人员的要求，设计制作了以下几个主要界面: 1、工艺流程示意图:实时和动态地显示各个工艺流程状态。 2、菜单的切换:方便对同一个生产系统的各个相关画面进行切换。 3、弹出式控制窗口:鼠标点击想要控制的设备，弹出相应的控制窗口，然后选择不 同的按钮进行控制操作，操作结束后还可以关闭窗口，这样可以使显得界面整洁 而不散乱。 4、报警画面:提示故障位置方法和故障原因，并做短期历史记录。 5、趋势图画面:动态地显示参数的变化曲线。 6、参数表/棒图:浏览实测值和流量等累计值。 7、登陆界面和用户权限 25 曹丽婷、田景文、黄桂林:《PLC和组态软件在污水处理远程监控系统中的应用》[J]，《机床与液压》2008年7月第36卷第7期。 28 XXX2011届本科生毕业设计 4.2.1工艺流程示意图 每一个生产部门都有其工艺流程，所以要对整个工艺流程进行全盘实时监控，为了在出现故障的时候能方便排查和及时处理，这个是界面设计中必不可少，并且非常 26重要的一个组成部分。如图4-2-1-1、图4-2-1-2和图4-2-1-3所示，由于流程示意图的画面太多，所以只列举一两个。 图4-2-1-1 网部的张紧复合系统 26 李兵:《PLC和上位机在污水处理控制系统中的应用》[J]，《山西建筑》2004年1月第30卷第2期。 29 XXX2011届本科生毕业设计 图4-2-1-2 现场中的“紧张及复合系统”局部实物图 图4-2-1-3 网部的底浆流送系统 4.2.2菜单的切换 这是干燥部门的菜单切换按钮，如图4-2-2-1所示: 图4-2-2-1 4.2.3弹出式控制窗口 这是干燥部门的浆池浆泵的设备管理画面以及控制设备动作的弹出式控制窗口， 例如:启动/停止，手动/自动等等，如图4-2-3-1所示: 30 XXX2011届本科生毕业设计 图4-2-3-1 浆泵绿色代表正在运行，红色则代表停止运行 4.2.4报警画面 一些生产的控制部分比较复杂，一些操作员会因为一时的疏忽导致误操作，或者一些设备使用的年限长达10年之久，种种因素从而使得机器容易损坏和生产系统时常不太稳定，这些都是值得注意的地方，在设计界面的时候就必须加上保护设置(报警以及报警记录，实时/历史趋势，一些重要变量的归档等等)来提醒操作人员和监控人员今后能更有针对行地对生产设备进行维护和更新除旧。 对于报警和报警记录来说，需要预先把重要的要显示报警的变量(这里是使用了二进制变量的报警，如果是模拟量的，则要设置需要报警的值)和发生此故障时的故障原因添加到报警记录中，然后利用报警插件(WinCC Alarm Control)来进行报警的组态，组态的内容很多(包括常规、参数、字体、工具栏、状态栏、消息块、消息列表、统计列表、保持)，通常只设置“常规”、“消息块”和“消息列表” 。当遇到有报警的时候，则会马上显示故障点、故障位置和时间，并且还可以设置归档(长期或者短期)，把这些报警记录都记录下来，以方便调出来具体查阅，如有必要，还可以打印出来。 如图4-2-4-1和图4-2-4-2所示: 31 XXX2011届本科生毕业设计 图4-2-4-1 设置报警控件参数 图4-2-4-2 报警记录 4.2.5趋势图画面 特别是对于那些经常处于变动的参数(可以是数字量也可以是模拟量)来说，更需要时时刻刻监控着，例如:在干燥部中，利用控制阀们的开度的多少来调节蒸汽压力的大小，如图4-2-5-1所示，让蒸汽压力维持在一个恒定的数值上，干燥部的烘缸蒸汽使用的是PID调节，如图4-2-5-2所示。利用实时趋势图和历史趋势图插件(WinCC Online Trend Control)可以记录一些变量的变化过程，以便保持其稳定性，设置包括(曲线、常规、字体、工具栏、时间轴、数值轴、限制值)，如图4-2-5-3所示，“蒸汽压力控制”的调节的趋势图上，需要跟踪设定值、手动值、输出值和压力四个变量，为了方便分辨，使用了不同颜色、不同宽度的线条来表示。 32 XXX2011届本科生毕业设计 图4-2-5-1 工艺流程图 图4-2-5-2 PID调节操作界面 33 XXX2011届本科生毕业设计 图4-2-5-3 趋势图的参数设置 不过在添加变量到WINCC趋势图插件上时，必须先在“变量记录”里把需要监控记录的变量添加好。 图4-2-5-2左上，范围0~1500mbar的为蒸汽压力的测量值的棒状图，范围0~100?的为蒸汽阀门开度的输出值的棒状图，利用棒状图可以比较形象和直观，利于操作人员的操作。 手动模式:操作员凭经验进行对蒸汽阀门开度的手动调节，把蒸汽压力控制在一定的范围内。如图4-2-5-4所示，为手动控制的实时趋势图，红色线代表现场检测到得蒸汽压力大小，黑色线的代表设定值，蓝色线的代表手动值，绿色线的代表输出值。 自动模式:当操作人员不在现场时，用的是PID调节，PLC是利用其闭环控制模块来实现PID控制。闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被 27控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。图4-2-5-2右上，当处于自动模式的时候，点击蓝色的按钮，则可以看到P、I、D三个参数的变化值。 在实际工程中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 28控制，又称PID调节。PID控制是工业过程中历史最久、生命力最强、应用最广的基本 27 程鹏:《自动控制原理》[M]，高等教育出版社，2003年，第1-11页。 28 盛珣华、李润梅:《计算机控制系统》[M]，清华大学出版社 北京交通大学出版社，2007年，第1-286页。 34 XXX2011届本科生毕业设计 图4-2-5-4 实时趋势图 控制算法，它以其结构简单、稳定性好、精度较高、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。 优点:?不需要被控对象的数学模型 ?结构接单，容易实现 ?有较强的灵活性和适应性 ?使用方便 比例(P)控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。 比例作用:与e(k)在时间上一致，调节及时。Kp??ess?，精度?;σ%?，稳定性?;tr?，上升加快。 在积分(I)控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，为了消除稳态误差，在控制器中必须引入―积分项‖。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 积分作用:只要误差不为零，u(k)就会变化，直到误差为0，可以消除阶跃响应的稳态误差。90?之后相角，不利于稳定性，很少单独使用。Ti?，积分作用?，σ%?，消除误差的速度减慢。 35 XXX2011届本科生毕业设计 在微分(D)控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化―超前‖，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入―比例‖项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是―微分项‖，它能预测误差变化的趋势，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 微分作用:e不大，但de/dt可能较大，微分作用反映变化的趋势，提前给出较大的调 %?，抑制高频干扰的能力?。Td过 节作用，较比例调节更为及时，提前预报。Td?，σ 大，在输出接近稳态值时上什缓慢。选取采用周期Ts时，应使它远远小于系统阶跃响应 2930的纯滞后时间或上升时间。 PID调节就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 4.2.6参数表/棒图 一些画面由于工艺的需要(如:制浆部门)，使用参数表或者棒状图来直观地表现实测值和流量等累计值数据，方便操作人员的监控和生产管理人员的统计和管理。如图4-2-6-1所示: 4.2.7登陆界面和用户权限 针对不同的部门，不同的职责设置了不同的用户权限，只用正确的用户名和口令才能进行登录，既保证了安全，避免了非工作人员进入和其他部门的工作人员误操作导致系统运行的中断，又保证各个部门可以相互监视，操作上还不存在也不相互冲突。下图4-2-7-1和图4-2-7-2所示，为整个生产系统界面的登陆界面总览、进行用户登陆和各个生产部门的用户权限设置，用户登录和退出的口令使用的是“C动作”来编写。 29 方康玲 主编、王新民，潘炼，孙灵芳，吴怀宇 副主编:《过程控制与集散系统》[M]，电子工业出版社，2009年，第64-95页。 30 刘翠玲，黄建民 主编、孟亚男，佟威 副主编:《集散控制系统》[M]，中国林业出版社 北京大学出版社，2006年，第1-246页。 36 XXX2011届本科生毕业设计 图4-2-6-1 制浆面浆参数棒图 图4-2-7-1 整个生产系统界面的总览 37 XXX2011届本科生毕业设计 图4-2-7-2 系统登陆的口令弹出框(左)和用户权限设置(右) 4.3各种监控设备的相互配合 生产线的一些控制部分，采用的是由原来的二监控(A+B)变成三监控(A+B+C): A(现场原有的触摸屏(MP270)、图形/文本操作面板(OP17，OP25)、文本显示器(TD200)进行直接控制，如下图4-3-1所示。使用的是应用于机器级的ProTool 6.0/Wincc flewible 2008的人机界面软件(直接提供数据、图形和事件的显示，现场操作非常方便，但功能有限，不能完成复杂的问题，并且相互间不可以交换信息)。 人机界面软件WinCC Flexible 是已经过现场证明的 ProTool 系列的延续产品。在西门子HMI 的产品范围内，它可用于集成组态所有新型操作面板，从最小的微型面板到基于 Windows CE 的面板甚至 PC;WinCC Flexible 提供了简单的组态界面，可显著提高组态效率，很好地实现了从 ProTool 的移植，在继承 ProTool 的基础上又扩展了一些功能， 3132还可以通过选件实现 OPC 通信、远程诊断等功能。 当然，WinCC 和 WinCC Flexible 都可以在计算机上模拟运行，以图形化的方式对现场的PLC 进行监控，也都可以做数据归档，在这方面的应用有相似之处。但是 WinCC 的可扩展性是 WinCC Flexible 达不到的。 文本显示器(Text Display)、操作面板(Operator Panel)、触摸屏(Touch Panel)都属于人机界面(HMI)，如表4-3-1所示: 31 《WinCC flexible 2008使用入门》[EB]，2008年。 32 谭振国:《S7-300与ProTool组态技术在船闸中的应用》[J]，《水电厂自动化》2007年8月第3期。 38 XXX2011届本科生毕业设计 表4-3-1 基于Protool/Winccflexible组态的西门子系列面板分类 使用Protool/Winccflexible组态的西门子系列面板分类: 基于文本的面板 OP3、OP5、OP7、OP15、OP17 基于图形的面板 OP25、OP27、TP27、OP35、OP37、TP37 基于Windows的面板 TP170、OP170、TP270、OP270、MP270、MP370 文本显示器，又名终端显示器，是一种单纯以文字呈现的人机互动系统。其较为简单，价格低廉，一般只能显示几行文字等字符，利用简单键盘输入参数。因屏幕显示范围小，寻找需要的参数时，需要进行比较繁琐的操作。 操作面板原理与文本显示器差不多，但是它屏幕显示较大，面板上按键很多，一般都具备功能键(F1~F8、删除、取消、确认)、数字键(0~9)、方向键(上下左右)等，所以查找和输入参数时简化了操作步骤。 触摸屏则是将OP按键放到了屏幕内，画面切换及参数输入等都在屏上操作，所以画面可以做的很直观，画面分布完全由编程者自由掌握，编程自由性很大。触摸屏应用技术是自动化控制当中非常重要的一项技术，目前使用非常普及和流行。 为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠标或键盘。触摸屏技术是一种新型的人机交互输入方式，与传统的键盘和鼠标输入方式相比，触摸屏输入更直观。配合识别软件，触摸屏还可以实现手写输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成，触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，然后将相关信息传送至触摸屏控制器;而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，并通过接口(如RS—232串行口, USB等)再传送给CPU。它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。 39 XXX2011届本科生毕业设计 图4-3-1 OP17面板用来控制“移动水针”设备 B(一次结线图，即:一次主回路图，指电力系统的配置图，直接进行电能的生产、输送、分配的电气设备，还包括有断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、变压器、电抗器等等。二次结线图，即:二次设备对一次设备起检测、控制、调节、保护的作用，包括各种测量仪表、控制和信号器具、继电保护及安全自动装置等。 把一、二次结线图，让结线图各自配上一些相关电气设备的模拟图，而结点用不同颜色的小灯(一般为绿、红、黄色等)来显示其状态，这样做事为了更好的展示系统运行的状况(目前在大型的工业控制室里的大墙壁上，基本都能见到，虽然很直观明了，确定就是占用面积很大，安装上了就不易再进行更改/添加了，而且使用都上了年限，维修麻烦)。 -3-2所示: 如下图4 图4-3-2 制浆中芯浆的热分散系统一次结线图(左)和对应实物图(右) C(新增的应用于监控级的西门子WinCC组态软件(功能强大，运用广泛，根据原有的触摸屏界面形式，重新设计/任意修改画面)。根据操作人员对生产监控画面的要求和习惯，整合一小部分旧的画面并重新开发制作新的界面。如下图4-3-4所示。 图4-3-5所示，这个是根据热分散系统一次接线图来设计制作的热分散系统WINCC模拟流程图，从照片中看，几乎和现场的设备样子没有什么区别，操作人员能轻松认出这个流程图是属于那一道工艺流程的。一次接线图中的所有的监控点，在界面里全都有添加，非常简单。界面里，从监视的角度上，可以全方位地把握这个生产工序的所有状态，设备的工作状态等等;从控制的角度上，可以启停生产设备，还能实现“控制室” 和“现场”(或者“远程”和“本地” )的控制切换，使得现场控制和控制室控制两不误。 40 XXX2011届本科生毕业设计 图4-3-4 网部监控室 图4-3-5 WINCC上组态的“热分散系统”设备画面 41 XXX2011届本科生毕业设计 例如:在设计制作过程中，需要将工艺流程里，网部的移动水针所在现场的操作面板OP17的界面和所有按钮功能都做到WINCC界面上，使得在远离现场的监控室，同样可以进行对现场的操作和监控。操作面板OP17的界面是使用Protool人机界面软件制作的，所以在用WINCC重新仿制之前，首先要使用Protool或者是Winccflexible 2008软件把原始组态的界面打开，弄清楚其所有界面和所对应各个按钮的功能，还包括连接的各种变量以及所对应的变量地址、一些全局/局部的脚本程序等等。之后，才可以轻松地利用WINCC，把界面上做出来。图4-3-6所示，把“切断” 、“小幅” 、“半幅” 、“全幅”这4个功能按钮原来在OP17操作面板上是用F1~F4来代替，做到界面上之后，操作更方便，更直观。而移动水针的设定值是用0~9这个10个按钮加上确认和删除按钮配起来共同来设置的，而如今只需要用鼠标在上面点击，然后使用键盘输入所要设定的数值即可，并且如果设定超出了范围就不会有显示，从而操作人员就会自然知道输入有误，需要重新输入，操作起来是非常的方便，没有一点技术难度。 图4-3-6 WINCC上组态的“移动水针”设备画面 原来的二监控(A+B)的模式，一个非常大的局限性就是“监视”和“控制” 是分开的，由于数据线的长短和数量问题， 每1台触摸屏或者操作面板只有1个串口，所以也只能使用1条数据线，只能安装在现场，“控制”局限于现场使用，并且属于单对单的控制模式;“监视”只能在看着一、二次结线图，旁边还有安装有报警用的响铃，并且“控制”和“监视”者常常距离比较远，需要至少2个以上的工作人员来对同一个工序进行配合，非常麻烦。 42 XXX2011届本科生毕业设计 变成三监控(A+B+C)的模式，C就是使用WINCC组态现场的触摸屏/操作面板，模拟现场的一、二次结线图，可以认为C拥有了A和B的功能，真正做到了“监视”和“控制”的合并，也就是“监控” ，除此之外还可以联网，1台或多台PC机利用局域网来“监控”多个现场，基本不受距离限制，最少1个工作人员就可以在控制室里全部完成，而且C还使用了冗余，属于一对多和多对多的模式。但是为了安全(人员的和设备的)起见，A和B必须保留，因为通讯不是万无一失的东西。 只有操作人员能够实时了解到设备的运行信息，设备安全运行才能有保障。三监控模式，把操作层、监控层和管理层都联系在一起，形成一体化，使生产效率和管理效率更上一层楼。 4.4WINCC运行 当所有的变量都添加好，所有的界面、趋势图、报警、用户权限都制作好以后，就可以让WINCC 运行了，点击按钮激活，如图4-4-1所示为激活后，可以查看WINCC上各个唯一的IP地址包含外部变量的逻辑连接状态，以确认界面的与每一个联入以太网的PLC都连接起来了。在这之前，先要对工程运行时的属性进行设置。 如图4-4-2所示: 图4-4-1 一部分逻辑连接状态(都是通信正常的) 43 XXX2011届本科生毕业设计 图4-4-2 设置需要启动的运行系统(左)和设置启动的起始画面和一些窗口属性(右) 44 XXX2011届本科生毕业设计 5 系统运行结果、分析、总结与展望 5.1系统运行结果与分析 设计的HMI界面和整个联网系统，从2011年3月上旬以来加入到生产中后，经过1个多月的试用，效果不错，系统稳定，生产效率提高了不少，管理起来也比较方便，更有利于生产现场的监控、生产设备的故障排查与解除，三控制(A+B+C)的新旧结合的监控模式将会在今后的生产中发挥重大作用，真正做到“设备安全、生产稳定、工艺技术可靠”的管理思维。 该系统也有一些有不足的地方需要改进和解决: (1)界面内容虽然丰富，不过设计不可能都是完完全全符合于生产实际的，需要经过不断的调试，让界面更加的符合人性化、易操作性和更便于管理。所以在今后的使用过程中，该厂的电气管理人员是可以针对操作人员/监控人员对生产监控画面的个别要求和众人习惯来进一步深入的修改的。 (2)西门子公司的产品在硬件和软件上都一些限制，如:WINCC TCP/IP连接有限制，只能10个，需要另一个软件SIMATIC NET来破解。每一个PLC只能被4台上位机(触摸屏、PC机、手持编程器等等)连接，无论什么连接方式(MPI、TCP/IP等)。所以需要在 33WINCC上设定服务器和客户机的方式来解决。 造纸的设备随时都有可能更新换代、添加/废除，技术人员可以利用WINCC组态软件非常方便的对原有HMI 界面系统的改造设计和自主涉及开发新的界面，走持续性发展的道路。 造纸的工艺都有可能在若干年之后改进、改变，在节能、环保、生产效率上(特别是在污水的处理上)等等方面，走清洁生产的道路。 5.2项目总结与展望 本文描述了基于WinCC组态软件对复杂工程设计的研究与实现，这也是当今自动化工业领域的一种必然趋势，具有广阔的再发展前景。根据SIMATIC STEP7程序的基础上实现WINCC人机操作界面与PLC S7-300/400通信，再加上所有PLC小规模的使用以太网卡进行整个TCP/IP系统联网，并达到在上位机中对下位机通讯、监测、控制和上位机与上位机的相互通讯的目的。这样能较为方便、可靠、高效、易于管理的实现对造纸工业的自动化控制，降低劳动强度、改善劳动条件，大幅度提高经济和环境效益。中国造纸产业正处于成长发展阶段，具有更大的发展空间，具有良好的发展前景。 33 姚远、崔来建、王生鹏、王礼:《医院手术室监控系统的设计与实现》[J],《PLC&FA》2005年1月。 45 XXX2011届本科生毕业设计 参考文献 [1] 《HMI与Profibus-DP介绍》[EB]，2011年。 [2] 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团:《深入浅出西门子WinCC V6》[M]，北 京航空航天大学出版社，2004，第1-186页。 [3] 陈卫东、王连军、邹志梅:《涂布白纸板的生产》[J]，《造纸科学与技术》2005年第 24卷第4期。 [4] 刘建安、曹国平、雷以超、周庆乐:《芯浆种类、打浆度对白板纸性能的影响》[J], 《广东造纸》2000年01期。 [5] 金立忠、何爱民:《废纸再生造纸的废水处理技术》[J]，《西南造纸》2006年第35 卷第4期。 [6] 《造纸厂污水处理》[EB]，中国污水处理工程网。 [7] 符基、韦华、黎松涛:《涂布白纸板生产废水集约化处理工艺设计及运行实践》[J]， 《造纸科学与技术》2008年第27卷第2期。 [8] 符基、陈晓楚、刘吉峰:《应用清洁生产技术，推进企业降耗减排》[J]，《Paper Science & Technology》2008年第3期。 [9] 刘卫忠:《西门子S7-300PLC在纸厂污水处理中的应用》[J]，《机电工程技术》2005 年第34卷第8期。 [10] 《西门子工业以太网通讯》[EB]，2009年。 [11] 谢希仁:《计算机网络》[M]，电子工业出版社，2008年，第1-220页。 [12] 郑凤翼、张继研:《图解西门子S7-300/400系列PLC入门》[M]，北京:电子工业出 版社，2009，第1-337页。 [13] 冯冬芹、金建祥、褚健:《“工业以太网及其应用技术” 讲座》[J]，《自动化仪表》 2003年5月第24卷第5期。 [14] 崔坚 主编、李佳 副主编:《西门子工业网络通信指南(上)》[M]，机械工业出版， 2004，第1-203页。 [15] 刘泽祥:《现场总线技术》[M]，机械工业出版社，2005年，第1-308页。 [16] 廖常初:《S7-200 PLC 编程及应用》[M]，机械工业出版社，2007年，第132-138页。 [17] 崔坚 主编、李佳，杨光 副主编:《西门子工业网络通信指南(下)》[M]，机械工业 出版,2005.12，第1-95页和188-198页。 [18] 西门子自动化技术资料:西门子(中国)工业自动化技术与驱动官方论坛 www.ad.siemens.com.cn/club/bbs/welcome.asp 。 [19] 于会群、孙实文、贺刚、饶仲海:《Profibus现场总线技术在造纸生产线上的应用》 [J]，《中国造纸》2003年第5期。 [20] 苏维、苏禹、贺刚:《基于组态王的H2S浓度监测系统的研究与实现》[J]，《工业仪 表与自动化装置》2011年第2期。 46 XXX2011届本科生毕业设计 [21] 《西门子组态硬件和通讯连接使用手册》[EB]，2004。 [22] 孙小斐、马邕文:《基于组态软件和PLC的造纸污水处理监控系统》[J]，《工业控制 计算机》2009年22卷第4期。 [23] 徐科军 主编、马修水，李晓林 副主编:《传感器与检测技术》[M]，电子工业出版 社，2008年，第30-160页。 [24] 张平、姚军亮、姜海罡:《WinCC 6.2在污水深处理中的应用》[J]，《PLC&FA》 2010年04期:73-75。 [25] 曹丽婷、田景文、黄桂林:《PLC和组态软件在污水处理远程监控系统中的应用》[J]， 《机床与液压》2008年7月第36卷第7期。 [26] 李兵:《PLC和上位机在污水处理控制系统中的应用》[J]，《山西建筑》2004年1月 第30卷第2期。 [27] 程鹏:《自动控制原理》[M]，高等教育出版社，2003年，第1-11页。 [28] 盛珣华、李润梅:《计算机控制系统》[M]，清华大学出版社 北京交通大学出版社， 2007年，第1-286页。 [29] 方康玲 主编、王新民，潘炼，孙灵芳，吴怀宇 副主编:《过程控制与集散系统》[M]， 电子工业出版社，2009年，第64-95页。 [30] 刘翠玲，黄建民 主编、孟亚男，佟威 副主编:《集散控制系统》[M]，中国林业出 版社 北京大学出版社，2006年，第1-246页。 [31] 《WinCC flexible 2008使用入门》[EB]，2008年。 [32] 谭振国:《S7-300与ProTool组态技术在船闸中的应用》[J]，《水电厂自动化》2007 年8月第3期。 [33] 姚远、崔来建、王生鹏、王礼:《医院手术室监控系统的设计与实现》[J],《PLC&FA》 2005年1月。 47 XXX2011届本科生毕业设计 附 录 登陆的C动作: #include "apdefap.h" void OnClick(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName, char* lpszPropertyName) { #include "apdefap.h" #include "WINCCTEXTLIB.H" #include "WinCCKonst.h" #pragma code ("useadmin.dll") #include "PWRT_api.h" #pragma code () #pragma code ("DLL_TOOL") BOOL Meldung(char * Meldetext,char *Fenstertext,int FensterTyp); #pragma code() PWRTLogin('c'); Meldung(WCC_Login_Msg,WCC_Login_Nfo,BUTTON_OK); } 注销的C动作: #include "apdefap.h" void OnClick(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName, char* lpszPropertyName) { //Reason: logs the user out //History: 9-12-97 RoHa #include "apdefap.h" #pragma code ("useadmin.dll") #include "PWRT_api.h" #pragma code() PWRTLogout(); } 48 XXX2011届本科生毕业设计 谢 辞 本毕业设计是在苏禹老师、贺刚工程师和郭文玮工程师的悉心指导下，经过自己四个多月的努力完成的，首先要感谢苏禹老师提供了一个非常难得的毕业实习机会给我，才能有机会接触到这个毕业设计课题，锻炼自己，最后还在完成论文的过程中给予了宝贵的建议和耐心的指导。当初接到这个设计时，我基本上什么都不懂，但是在贺工的指导下，每天到实验室加班加点地学习和研究。最后在郭工的带领下，到现场进行调试，最终完成了该项目，并投入到生产中，增加了不少实践经验。这段时间的确是比较辛苦，但是当系统顺利运作起来的那一刻，感觉这些辛苦都是值得的，而且也学到许多书本上学不到的东西。 在此向苏禹老师、贺刚工程师和郭文玮工程师致以诚挚的谢意和崇高的敬意～ 49 XXX2011届本科生毕业设计 50