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1、目 录1 绪论11.1 课题背景21.2 课题意义22 连锁控制系统的设计32.1 连锁控制的原理32.2 连锁控制流程说明32.3 连锁控制系统的硬件构成42.3.1 温度传感器的原理42.3.2 上限液位开关的原理42.3.3 调压器的原理42.3.4 电动调节阀的原理42.3.5 PLC介绍52.4 STEP7软件简介73 连锁控制系统PLC程序设计93.1 PLC程序设计流程93.2 PLC程序设计93.2.1 创建工程103.2.2 硬件组态113.2.3 编程134 连锁控制系统界面设计184.1 组态王软件介绍184.2 组态王的特点184.3系统监控软件界面设计184.3.1
2、建立组态王新工程184.3.2 定义新画面184.3.3 定义IO设备194.3.4 构造数据库204.3.5 建立动画连接215 运行和调试235.1 调试设备的选择235.2 设备连接235.3 控制接线235.4 下载硬件组态235.5 画面监控及调试246 结束语27致谢28参考文献291 绪论可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产
3、过程。是工业控制的核心部分。最初，PLC主要是用在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西门子(SIEMENS)公司、BBC公司就开始研制PLC，当时主要是用于轧钢机、升降设备等大型设备上。70年代初，日本的OMRON也推出了他们的PLC。三菱、日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了PLC制造者的行列。70年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型PLC。由于PLC是为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本迅速下降;加上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能;并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制，所以在机械制造业深受欢迎
4、。小型PLC开始步入诸如塑料注塑机、包装机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更有全面取代传统继电器控制屏的趋势。近年来，随着我国对外开放，日、美、西德等国生产的PLC己通过多种途径进入了我国，引起了各方面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台PLC，首钢、武钢、开滦煤矿也分别应用了美国和西德的PLC。1.1 课题背景锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生
5、产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。PLC能充分利用Windows强大的图形编辑功能，以动态的方式显示监控设备的运行状态，同时串级控制系统也为高质量控制提供了保障。组态王的强大功能可以方便地构成监控画面并实现控制功能。1.2 课题意义实现锅炉电器连锁化，不但能很好的控制锅炉的水位防止干烧，还能很方便的加水放水，基于PLC的控制很容易实现工业化，组态王的强大图形画面系统易于在计算机终端控制锅炉的水位状况。我国目前运行的很多锅炉控制系统自动化水平不高、安全性低，工作效率和环境污染
6、普遍低于国家标准，因此实现锅炉的计算机自动控制对能源消耗来说很重要。2 连锁控制系统的设计实际应用中，避免锅炉干烧很重要，为了提高控制的准确度，用连锁控制系统。2.1 连锁控制的原理本设计主要是由锅炉水温值和液位开关来控制电磁阀的开与关，以及加热与否，只要两个量中的一个超过要求值，那么就关闭锅炉，从而形成炉内水温和液位的连锁控制。这样控制的好处有利于防止锅炉干烧和锅炉内水满后继续加热而带来的不良影响。2.2 连锁控制流程说明图2.1中液位LS101是防止干烧的液位开关，控制电路实际是继电器硬件电路，当液位不能到达防止干烧的最低液位时，则断开其它控制支路的输入，而直接输入关断调压器的信号，从而防
7、止干烧。控制方案：AO0输出20mA。图中TE101测量的是锅炉水温为被调量，通过测量水温，如果发现温度超过温度上限温度，则DO0输出1，打开电磁阀XV102，注入冷水，如果水温低于下限温度，则关闭XV102；当水位超过上限液位开关LS102或温度超过上限温度时，则让AO0输出4 mA或低于4 mA，从而关闭加热管。图中LC是连锁控制器，TC是温度调节器，它们都是由PLC来控制。 图2.1 锅炉连锁控制流程图2.3 连锁控制系统的硬件构成由图2.1可知硬件由温度调节器TC、温度传感器TE101、上限液位开关LS102、调压器、电动调节阀XV102、PLC构成。下面分别介绍它们的工作原理。2.3
8、.1 温度传感器的原理温度传感器主要用的是PT100。PT100 是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。PT 后的100 即表示它在0时阻值为100 欧姆，在100时它的阻值约为138.5 欧姆。它的工业原理：当PT100 在0 摄氏度的时候他的阻值为100 欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。利用此原理用来监控锅炉水温，能很可靠的反映锅炉内的水温，减少误差。2.3.2 上限液位开关的原理液位开关，顾名思义，就是用来控制液位的开关。从形式上主要分为接触式和非接触式。非接触式的如电容式液位开关，接触式的例如：浮球式液位开关，电极式液位开关，电子式液位开关。这里采用电子式液
9、位开关。电子式液位开关工作原理：通过内置电子探头对水位进行检测，再由芯片对检测到的信号进行处理，当判断到有水时，芯片输出高电平24V或5V等(PNP型或NPN型均可），当判断到无水时，芯片输出0V。高低电平的信号通过PLC或其它控制电路来读取，并驱动水泵等用电器工作。2.3.3 调压器的原理当锅炉内的水温达到设定值时，通过温度传感器控制调压器，使得调压器输出4mA或低于4mA的值关闭加热器；当锅炉内水温不到设定值时，调压器输出20mA，打开加热器。2.3.4 电动调节阀的原理电动调节阀采用四线制接线，电源为220V AC，其信号线分为输入控制信号和阀位输出信号（420mA）。接通220V AC
10、电源后，打开保护盖，可以看见指示灯亮起，若施加一个电流信号，调节阀不动作，可以测量信号线两端电阻值，大小为250。反之，没有电阻值，表示信号线已断开。2.3.5 PLC介绍PLC软件既有制造厂家提供的系统程序，又有用户自行开发的应用程序。系统程序为用户程序的开发提供运行平台，同时，还为PLC程序的可靠运行及信号与信息转换进行必要的处理。用户程序由用户按具体的控制系统要求进行设计，这里所说的PLC软件设计即是指用户自行开发的应用程序。PLC的基本工作原理：PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式。1每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。2输入刷新过程。当输入端口关闭时，
11、程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度。（2）指令本身占有的时间。（3）指令条数。6由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。模块式PLC的基本结构：S7-300属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，各种模块安装在机架上。1CPU模块：CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和
12、存储器组成。2信号模块：输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为I/O模块，开关量输入、输出模块简称为DI模块和DO模块，模拟量输入、输出模块简称为AI模块和AO模块，他们统称为信号模块。3功能模块：为了增强PLC的功能，扩大其应用领域，减轻CPU的负担，PLC厂家为了开发各种各样的功能模块。它们主要用于完成某些对实时性和存储器量要求很高的控制任务。4接口模块：CPU模块所在的机架成为中央机架，如果一个机架不能容纳全部模块，可以增设一个或者多个扩展机架。5通信处理器：通信处理器用于PLC之间、PLC与远程I/O之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，或者用于实现点对点通信等
13、。6电源模块：PLC一般使用AC220V电源或DC24V电源，电源模块用于将输入电压转为DC24V电压和背板总线上的DC5V电压，供其他模块使用。7编程设备：S7-300使用安装了编程软件STEP7的个人计算机作为编程设备，在计算机屏幕上直接生成和编辑各种文本程序或图形程序，可以实现不同编程语言之问的相互转换。PLC的选型及其模块配置：本项目选择了Siemens的模块化中小型PLC系统S7-300，它能满足中等性能要求的应用，应用领域相当广泛。其模块化和易于实现分布，易于用户掌握等特点使得S7-300成为各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的方案。S7-300系列所具有的多种性能递增
14、的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I/0扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大并且愈加复杂时，可随时使用附加的模块对PLC进行扩展。SIMATIC S7-300所具备的高电磁兼容性和强抗振动，抗冲击性，更使其具有最高的工业环境适应性。它具有很强的计算能力和完善的指令集，以及通过MPI接口和SINEC LANS联网的能力，适用于高速的过程处理需要。本系统所用的主机模块是CPU 315-2DP，可以通过MPI转接电缆或通讯模块与计算机进行通讯，再加上其全面的诊断功能和完善的自我保护技术，使其具有极高的可靠性，极其适合本系统的需求。CPU315-2DP是S7-300的大
15、脑，其装载存储器的基本容量为48K字节或80K字节，可用存储卡扩充装载存储器，最大容量可达到512KB。每执行1000条二进制指令约需0.3ms，最大可扩充1024点数字量或128路模拟量通道。除此之外，它自带的STEP7编程软件功能强大，使用方便，也使开发过程变得简单快捷。此外，S7-300系列PLC还具有模块点数密度高，结构紧凑，性价比高，性能优越，装卸方便等优点。硬件具体信息如表2.1所示。表2.1 硬件配置名称型号定货号中央处理器CPU315-2DP6ES7-315-2AF01研华ADAM8000CPU8214-2BM018214-2BM01CPU8214DPM8221-1BF00 D
16、I8Xdc24V8222-1HD10 DO4xRelay8234-1BD50AI2/AO2x12Bit现场总线模块6ES7138-4CA00-0AA0 PM-E DC24V6ES7138-4GB50-0AB0 2AI I 2DMU6ES7138-4JB50-0AB0 2AI RTD根据硬件配置表的硬件信息，PLC控制系统的硬件配置如图2.2所示。Profibus-DP工程师站（ES）CPU315-2DPS7-300ADAM8214-2BM01CPUET200S图2.2 硬件构成图2.4 STEP7软件简介STEP7标准软件包提供了一系列的应用工具：SIMATIC管理器、符号编辑器、NETPRO
17、通讯组态、硬件组态、编程语言(包括LAD，FBD，STL)和硬件诊断，使用时无需分别打开各个工具：当选择相应功能或打开一个对象时它们会自动启动。1SIMATIC管理器：SIMATIC Manager管理属于一个自动化项目的所有数据，无论是为哪个可编程控制系统设计的。2符号编辑器：使用符号编辑器可以管理所有的共享符号。具有以下功能；为过程信号(输入/输出)、为存储和块设定符号名和注释；分类功能；从其它的Windows程序导入/导出。3软件编程语言：用于S7-300和S7-400的编程语言包括梯形逻辑、语句表和功能块图，它们是标准软件包的一个集成部分。(1)梯形逻辑(LAD)是STEP7编程语言的
18、图形表达方式。(2)语句表(STL)是STEP7编程语言的文本表达方式，与机器码相似，如果一个程序是用语句表编写的，CPU执行程序时则按每一条指令一步一步地执行。(3)功能块(FBD)是STEP编程语言的图形表达方式，使用与布尔代数相类似的逻辑框来表达逻辑。3 连锁控制系统PLC程序设计3.1 PLC程序设计流程具体的系统控制流程图如图3.1所示。设计控制组态和程序启动step7并创建一个项组态硬件和连接组态模板连网各个站定义符号生成用户程序在程序中调用块定义局域符号生成参与数据组态硬件和连接下载程序测试程序并诊断错误图3.1 程序设计流程3.2 PLC程序设计SIEMENS S7-300系列
19、PLC编程语言有三种:语句表编程语言(STL)、梯形逻辑编程语言(LAD)和功能块图编程语言(FBD)，其它编程语言作为可选软件包使用。通过编程器在Windows NT的环境下对系统进行配置、程序编制、调试和监视，用户界面方便友好。梯形逻辑(LAD)是STEP7编程语言的图形表达方式。它的指令语法与一个继电器梯形逻辑图相似:当电信号通过各个触点、复合元件以及输出线圈时，梯形图可以让你追踪电信号在电源示意线之间的流动。语句表(STL)是STEP7编程语言的文本表达方式。与机器码相似，如果一个程序是用语句表编写的，CPU执行程序时则按每一条指令一步一步地执行。为使编程更容易，语句表已扩展到包括一些
20、高层语言结构(例如，结构数据的访问和块参数)。功能块图(FBD)是STEP7编程语言的图形表达方式，使用与布尔代数相类似的逻辑框来表达逻辑。复合功能(如数学功能)可用逻辑框相连直接表达。Step7有三种编程方法:A:线性编程；B:分部式编程；C:模块化编程。模块化编程就是把程序分成若干程序块，各程序块分别含有一些设备和任务的程序指令，每个功能区被分成不同的块进行编程，这有利于程序的多人同时编程，也利于程序调试和故障的查找。广义的程序块分为系统程序块和用户程序块。系统程序块是集成在CPU操作系统中的预定义的功能和功能块，不占用用户存储空间，并且在整个系统中都具有相同的接口、相同的名称和相同的编号
21、。用户程序块是提供给用户用于管理用户程序代码和数据的区域。STEP 7将用户程序指令存放在“块”中。本控制系统用户程序，主要有四类程序块:功能FC (Function)、功能块FB (Function block)、组织块OB (Organization block)和数据块DB (Data block)。其中FB和PC作为OB的子程序。全局数据块:全局数据块中定义的监控量(地址)可被所有逻辑块使用，因而在全局数据块中定义了包装传输设备、环境量、电源等所有监控量(地址)，根据此地址，逻辑块可访问、调用所有的监控量。组织块(OB)：提供CPU操作系统与用户程序接口，OB1为执行用户程序的接口。功
22、能块(FB):有相连存储器区的逻辑块。单个FB块可以带不同的即时数据块，多次调用，FB块定义为“可再调用”块，用户程序对每次FB调用提供新的参数。功能(FC):无相关联的存储器区的逻辑块，FC块定义为“可再调用”块，用户程序对每次FC调用提供新参数，由于FC块处理数据的不同方法，一个FC比FB需要CPU处理开销较少。3.2.1 创建工程在SIMATIC Manager中新建工程，也可以通过wizard向导建立。选中右边的工程名，Insert Station SIMATIC 300。这里的S7 Program(1)和SIMATIC 300 Station 等等都可以重新命名。如图3.2。图3.2
23、 创建项目 3.2.2 硬件组态双击Hardware，从而进入HW CONFIG窗口。OptionInsert NEW GSE文件。把ADAM8000, ET200等GSD文件加入。插入RAC-300机架。选中机架第二栏，双击CPU-300CPU315-2DP，6ES7-315-2AF01。默认地址2。双击DP，选择Property按钮。选择NEW，选择1.5MBPS，如果出现警告，可以选择187kpbs。插入DP MASTER，选中窗口中的DP线，双击右边ADAM(CPU821x)，则插入ADAM8000，如图3.3。图3.3 插入ADAM8000选中DP线上的ADAM(CPU821x)，然
24、后选择SLOT0 MODEL 0位置，再到右边双击ADAM8000 CPU8214-2BM01。依次在SLOT 1,2,3位置插入其他模块。0 8214-2BM01 CPU 8214DPM8DI 8221-1BF00 DI8Xdc24V8DO 8222-1HD10 DO4xRelay113 8234-1BD50 AI2/AO2x12Bit双击最后一个模块，可以设置为起始地址128。模拟输入地址设定PEW128到PEW131，模拟输出地址设定PAW128到PAW131。模块测量参数如下图3.4。图3.4 模块测量参数设置注意Diagnosis alarm 为off，4-20毫安对应0-27648
25、，1.18毫安-4864。0毫安-6912。选中DP线，然后双击ET200S，如图3.5所示，插入ET200S。图3.5 插入ET200S选择，依次在SLOT 1,2,3位置插入其他模块。6ES7 138-4CA00-0AA0 PM-E DC24V6ES7 138-4GB50-0AB0 2AI I 2DMU 地址I address256-2596ES7 138-4JB50-0AB0 2AI RTD 地址I address260-2633.2.3 编程为了增强程序的可读性，需要定义些符号，方便阅读程序。双击Symbols编辑，打开符号表图，编辑全部输入输出相关的全局变量。包括IO地址，数据块重命
26、名，等等。图3.6是建好的符号变量。图3.6 符号变量表打开C:SiemensStep7S7libsStdlib30，复制PID control Blocks中的FB41，粘贴到block中。FB41称为连续控制的PID用于控制连续变化的模拟量，可以通过参数设置来激活或取消激活PID控制的某些子功能来设计适应过程需要的控制器。除了给定点和过程变量分支的功能外，FB自己就可以实现一个完整的具有连续操作值输出并且具有手动改变操作值功能的PID控制器，下面是各子功能的详细描述。给定点分支：给定点的值以浮点形式在SP_INT处输入。过程变量分支：过程变量可以从外设直接输入到PV_PER或以浮点PV-I
27、N形式输入，功能CRP_IN将从外设来的值PV-PER转化成范围在-100%100%之间的浮点形式，根据下面的法则进行转换：CRP_IN = PV_PER*100/27648功能PV_NORM根据下面的法则标准化输出CRP_INPV_NORM的输出= ( CRP_IN的输出) * PV_FAC + PV_OFFPV_FAC和PV_OFF的默认值分别为1和0误差信号：误差是给定点和过程变量之间的差值。为了抑制由于控制量量化而引起的小扰动，可将死区功能DEADBAND运用在误差信号上。如果DEADB_W = 0，则死区就不起作用。PID算法：此处PID算法是位置式的，比例、积分和微分作用并联并且可
28、以分别激活或取消激活。这样就可以分别构造P、PI、PD以及PID控制器，纯比例控制器或纯微分控制也是可以的。手动值：可以在手动和自动模式之间切换，在手动模式下，操作值可以由一个手动选择值来设定，积分器在内部设定为LMN（操作值）- LMN_P（比例操作值）- DISV（扰动），微分器设定为0并且在内部进行同步，这意味着当转换到自动模式后，不会引起操作值的突然改变。操作值：利用LMNLIMIT功能可以将操作值限定在所选的值范围内，输入值引起的输出超过界限时会在信号位上表现出来，功能LMN_NORM根据下面的公式标准化。LMNLIMIT的输出LMN=LMNLIMIT的输出LMN_FAC+LMN_O
29、FFLMN_FAC和LMN_OFF的默认值分别为1和0操作值也可以直接输出到外设，功能CRP_OUT将浮点形式的值LMN根据下面的公式转化成能输出到外设式的值：LMN_PER = LMN 100/27648前馈控制：扰动可以作为前馈信号从DISV处输入。打开OB1，就可以开始编写程序了。在菜单View中选择LAD，在一个网络中，插入EMPTY BOX，输入“CONT_C”。系统自动选择了PID功能块，在“？”中输入DB1，也就是这个FB的数据块名。如图所示。系统提醒你是否建立INSTANCE DATA BLOCK，回答YES，就可以创建一个PID的背景数据。由于CONT_C模块中的PVPER_
30、ON端要置1，所以要在两个PID功能块前加一条置1的命令。下面是连锁控制的梯形图：用到的CONT_C输入/输出参数分别如表1、表2所示。表1 输入参数参数数据类型数据范围默认值描述MAN_ONBOOLTRUE手动操作，若为真，控制环中断，操作值手动设定PVPER_ONBOOLFALSE过程变量直接从外设输入SP_INTREAL-100100%或者物理量0.0内部的给定点的输入值PV_INREAL-100100%或者物理量0.0过程变量以浮点形式输入的值PV_PERWORDW#16#0000过程变量从外设直接输入的值MANREAL-100100%或者物理量0.0通过这个参数设定手动操作的值表2
31、输出参数参数数据类型默认值描述LMNREAL0.0以浮点形式输出的有效操作值LMN_PERWORDW#16#0000直接输出到外设的操作值PVREAL0.0输出的有效过程变量锅炉内的水位到达了高限或者水温到达设定值都停止加热，输出4mA。4 连锁控制系统界面设计4.1 组态王软件介绍我国的组态软件的开发虽起步较晚，但经过科技工作者的努力，在许多方面现已赶上或接近国外的先进监控组态软件的水平。其中，由北京亚控自动化软件科技有限公司开发的“组态王”，是优秀国产组态软件的代表。4.2 组态王的特点它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管
32、理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。组态王6.5是以Microsoft Win2000/WinNT4.0(补丁
33、6)/Win XP简体中文版统作为其操作平台，充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点。它使采用PC机比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发。4.3系统监控软件界面设计建立新程序的一般过程是:设计图形界面（定义画面），定义I/O设备，构造数据库（定义变量），建立动画连接，运行和调试。4.3.1 建立组态王新工程启动“组态王”工程管理器（Pro Manager），选择菜单“文件新建工程”或单击“新建”按钮。4.3.2 定义新画面进入新建的组态王工程，选择工程浏览器左侧大纲项“文件画面”
34、，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标。在“画面名称”处输入新的画面名称，如“电气连锁控制”，其它属性目前不用更改。如果有多个画面要显示那么点击命令语言，在显示时那个选项卡里面输入ClosePicture“”引号里面输入画面的名称，则系统运行时就不会打开。点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。在工具箱中选中“圆角矩形”,拖动鼠标在画面上画矩形，如上图所示。用鼠标在工具箱中点击“显示画刷类型”和“显示调色板”。在弹出的“过渡色类型”窗口点击第二行第四个过渡色类型；在“调色板”窗口中点击 “填充色”按钮，从下面的色块中选取红色作为填充色，然后点击 “背景色”按钮，从下面的色块中选取黑
35、色作为背景色。此时就构造好了一个使用过渡色填充的矩形图形对象。在工具箱中选中“文本”,此时鼠标变成“I”形状，在画面上单击鼠标左键，输入“#”文字。如图4.1所示。图4.1 组态界面4.3.3 定义IO设备组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、仪表、模块等），它们一般通过串行口和上位机交换数据；其他Windows应用程序，它们之间一般通过DDE交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。为方便定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”引导用户一步步完成设备的连接。本步骤使用仿真PL
36、C和组态王通信。仿真PLC可以模拟PLC为组态王提供数据。仿真PLC连接在计算机的COM1口。选择工程浏览器左侧大纲项“设备COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”。选择“仿真PLC”的“串行”项，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，为外部设备取一个名称，输入S7300，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，为设备选择连接串口，假设为COM1，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，填写设备地址，假设为2.2，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，设置通信故障恢复参数(一般情况下使用系统默认设置即可)，单击“下一步”，弹出“设备配置向导”，请检查各项设置是否
37、正确，确认无误后，单击“完成”。设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“PLC”。在定义数据库变量时，只要把I/O变量连结到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。4.3.4 构造数据库数据库是“组态王”软件的核心部分，工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上，操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中介环节，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在管理开发系统运行时，它含有全部数据变量的当前值。变量在画面制作系统组态王画面开发系统中定义，定义时要指定变量名和变量类型，某些类型的变量还需要一些附加信息。数据库中变量的集合形象地称为“数
38、据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。选择工程浏览器左侧大纲项“数据库数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框如图4.2所示。需要定义的数据词典见表4.1所示。图4.2 变量的定义表4.1 数据词典变量名变量类型寄存器数据类型读写属性数据范围描述PID0_PVI/O实数DB1.92Float只读0100（）测量值PID0_SPI/O实数DB1.6Float读写0100（）设定值EM_STOPI/O整数M10.0Bit读写0100（）停止加水PID0_MVI/O实数DB1.72Float读写0100（）输出值4.3.5 建立动画连接定义
39、动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。双击图形对象即矩形，可弹出“动画连接”对话框，如图4.3。图4.3 动画连接用鼠标单击“模拟值输出”按钮，弹出对话框，在在“表达式”处输入相应的数据变量。其余属性目前不用更改。单击“确定”，再单击“确定”返回组态王开发系统。继续创建其他的动画连接，需要创建的动画连接见图4.4。4.4 需要创建动画连接的项目把所需要的连接定义完，然后选择“文件全部存”菜单命令。此时组态软件的前期工作已经完成。监控界面如图4.5所示。图4.5 监控主
40、界面5 运行和调试5.1 调试设备的选择根据上述过程检测和自动控制项目，利用实验室现有设备北京华晟公司的A3000控制系统来完成本设计的运行和调试。3000现场系统包括三个水箱，一个大储水箱，一个锅炉，一个工业用板式换热器，两个水泵，大功率加热管，滞后时间可以调整的滞后系统，一个硬件连锁保护系统。传感器和执行器系统包括5个温度、3个液位、1个压力，1个电磁流量计，1个涡轮流量计，1个电动调节阀，两个电磁阀，2个液位开关。A3000现场系统包含两个支路。其中一条支路包含有水泵、电动调节阀、三个水箱、电磁流量计。另一支路有一个电动调节阀，可以用来给锅炉加水防止干烧。锅炉有个高限开关和低限开关，当锅
41、炉内水位达到高位时，则停止注水同时也停止加热，当锅炉内水位不到低限时，则往锅炉内注水。5.2 设备连接在A3000-FS上，打开手动调节阀XV201，其余阀门关闭。在A3000-CS上，将电磁流量计（FT102）连到控制器AI0输入端，锅炉液位（LT103）连到控制器AI1输入端，电动调节阀（XV102）连到控制器AO0端。5.3 控制接线测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端口锅炉水温TE101AI0液位开关LS102DI0电磁阀XV102DO05.4 下载硬件组态在SIMATIC Manager中，选择工程，选择PLCClear/Reset，可以清除原来的配置信息。把ADAM CPU82
42、14开关拨到ST，再转到RN位置。则CPU开始运行。在HW-CONFIG窗口中，选择save and compile，选择PLCDownLoad，或者Ctrl+L快捷键。5.5 画面监控及调试组态王工程已经建立起来，进入到运行和调试阶段。在组态王开发系统中选择“文件切换到 View”菜单命令，进入组态王运行系统。在运行系统中选择“画面打开”命令，从“打开画面”窗口选择“连锁控制系统”画面。显示出组态王运行系统画面，即可看到矩形框和文本在动态变化。调试：在A3000-FS上，启动右边水泵，给锅炉注水。设定温度高限，开加热器，当锅炉内水达到高限，看是否能关闭电磁阀XV102和加热器。当锅炉内的液位
43、到达高限液位时，高限开关接通，停止加水，并停止加热，处理事故，见图5.1。图5.1 水位到达高限时停止加热并停止加水当锅炉内水温未达到设定值，且液位未超过高限液位时，断开电磁阀，并加热。如图5.2。图5.2 水温未到达开始加热当锅炉内水温达到设定值，而液位未达到高限，则打开电磁阀向锅炉内注水。如图5.3所示。图5.3 水温达到液位未到注水运行总结：通过调试，锅炉的电气连锁控制基本可以实现，当锅炉内温度小于设定值时，调压器输入20mA，当温度升高到达高限时，强制打开电磁阀XV102，加入冷水，但是冷水不能超过高限液位；如果温度到达高限且水位到达高限液位，则立即关闭加热器。从而形成连锁控制。锅炉的
44、温度和液位的连锁控制设计完成，这样的连锁，使得锅炉能稳定的加热，且能够很好的避免干烧和因为水位超过而引发的不良后果。在实际中有很重要的意义，在提高效率的同时还保证了设备的正常运行。6 结束语通过两个月的研究与设计，经过调试，基于PLC的电气连锁控制系统基本达到了预先设定目标，系统能够正常工作了。在本次课题工作中，除了锻炼了自己的能力外，也积累了不少经验，现总结如下:1.在做这样的题目时，一个平时自己都没有接触到过的题目，不要急躁，慢慢看懂原理图，找相关的资料，一步一步的来完善设计。2.PLC程序采用模块化设计思想，不仅在设计时使结构清晰，易于检查和修改。而且为以后软件的维护和改进提供了方便。3
45、.监控程序和PLC的结合非常利于小型自动化系统的实现，用PLC实现现场的信号输入和实时控制，使执行可靠，且有效地实现了控制。用组态王进行参数的设定及系统的监控和管理。4.利用监控软件实现PLC与计算机通信的方法简单易行，它降低了对用户的要求，大大缩短了设计周期。尤其对于大规模复杂控制系统来说这些优点更为突出，因此在现代工业自动化控制领域，采用监控组态软件进行标准化设计是一必然趋势。致谢毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校广西工学院鹿山学院，是她为我们提供了学习知识的土
