磨机综合起停控制系统论文.doc

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1、磨机综合起停控制系统论文磨机综合起动控制系统摘 要本设计基于实际工程背景，进行磨机综合起动控制系统的设计与分析，该系统是一个将工业计算机监控系统与可编程逻辑控制器融合为一体的控制系统。本设计首先根据水泥粉磨生产线的工艺及要求，提出了相应的控制方案。然后阐述了PLC的选型及硬件组态、梯形图的设计及上位机监控系统的设计。软件设计采用德国西门子公司提供的step7编程软件，利用梯形图法进行程序编程，根据对生产工艺的分析，完成了对生产线的逻辑控制设计。在上位机设计中，采用组态王6.52软件，完成了1/0数据点的建立及管理，实现了报警、画面操作和生成历史实时趋势曲线等监控功能。最后分析了本系统的调试过程

2、。系统总体的运行是可靠的，较好地满足了课题设计任务的要求。关键词：磨机综合控制系统；可编程控制器（PLC）；组态王；监控 Integrated control system for mill start-upABSTRACTCement grinding is an important part of cement production which is a complex, large-scale industrial production and continuous process, with the characteristics of multi-variable, strong c

3、oupling and high dimension.Based on practical engineering background, this article researches and explores the design and analysis of mill control system. This system is one control system which integrate the industry computer supervisory system and the programmable logical controller into a whole.

4、According to cement grinding production line of the process and requirements,this article is Proposed the corresponding control plan.Then elaborated the PLC shaping, the trapezoidal chart design and the superior machine supervisory systems design. PLC in the shaping, the input output spot which need

5、s according to the system carries on the hardware configuration.Design provided by Germanys Siemens step7 programming software, this software uses ladder programming method.According to technique of productions analysis, it has completed to production lines logical control design. In PC design, the

6、use of 6.52 Kingview software, completed a I / O data points of the establishment and management, to achieve the alarm, screen operation and the history of real-time trend curves generated functions.Final this article analyses the system in debugging problems and their solutions.The overall operatio

7、n of the system is reliable and better designed to meet the issues and tasks.Keywords: Integrated control system for mill start-up; Programmable Logic Controller (PLC);Kingview; Monitor 1.绪论1.1课题的背景及意义水泥广泛应用于工业建筑、民用建筑、交通、水利、农林、国防、海港和宇航工业、核工业以及其它新型工业的建设领域。它应用面广，使用量大，是国家建设和人民生活中不可缺少的重要材料。水泥工业是国民经济中直接关

8、系到国家各项基本建设和人民居住环境改善的主要支柱产业。水泥生产的主要工艺过程为:生料制备、熟料缎烧、水泥粉磨与包装。其中，水泥粉磨是水泥生产的一个重要环节，生料配率与磨机负荷控制是影响水泥质量和产量的关键之一。从生产工艺的角度来看，水泥粉磨的生产设备联锁众多，各种检测信号相互影响，如果生产线上的任何一台设备出现故障停机，将影响整个生产线的运行，严重时会发生压料、堵料，给生产带来很大的损失。从控制对象的数学模型来看，水泥磨是一个大时滞、多变量、慢时变的非线性被控对象，一般控制手段难以达到要求。从水泥粉磨生产角度来看，水泥生产环境比较恶劣，工人操作劳动强度大，致使水泥质量不稳定，产品质量难以控制。

9、早期水泥生料粉磨系统作为水泥生产线的前端环节，它的自动化一直没有受到充分的重视.过去常采用传统的人工控制或继电器、仪表控制很难达到控制要求。当时的水泥生产线其他各个车间所采用的自动控制系统只采用了较为简单的生产过程控制，且内部相对独立。它是由常规的一次仪表、二次仪表以及各种继电器、保护装置组成。通常在各车间控制室设置仪表盘、模拟盘及操作台。这种方式控制和管理都极为不便，需要的操作和管理人员众多，产品质量难以控制，生产效率低下。随着PLC与DCS系统的发展，基于分散控制、集中操作管理的集散型控制系统在水泥厂中逐渐得到应用。数据高速传输网络和基于CRT的操作站将分散的控制设备连在一起完成实时工业过

10、程控制与监视，实现了控制系统的功能分散、负荷分散、危险分散和管理操作的集中。PLC的应用取代了传统的二次仪表、大型仪表控制盘及设备之间联锁用的各种各样的继电器和大量的电缆。此时的中央控制室已经是生产的调度指挥中心。工厂的生产组织管理方式与传统的相比，也发生了巨大的变化。它覆盖了水泥生产线的主要工艺流程， 即从原料配料到水泥入窑的三磨一窑等主要车间。经过对PLC基础理论的学习和对国内外多个公司设计的PLC控制的分析可以看到，在采用PLC控制后，节省了大量继电器，故障少且容易查出，操作容易。设备出现故障后，系统能够按照预先编制好的程序自动停止相关设备，并发出声光报警，提醒操作人员及时处理以尽快恢复

11、生产。对一些重要的参数和报警，系统能够自动生成历史记录和历史趋势。操作人员和技术人员可以随时查询历史数据了解生产情况。通过对数据的统计和分析提出新工艺，新方法，不断提高水泥的产量和质量。利用基于PLC的计算机控制系统，配合先进的控制策略，对改善工人劳动环境、提高产量、稳定质量、降低能耗等方面具有重要意义。实践证明，采用基于PLC的计算机控制可取得显著的社会效益和经济效益。1.2课题的主要设计内容及预期目标课题的主要设计内容：下位机采用西门子S7系列PLC控制系统，主要实现磨机与其他设备的顺序起停，磨机前后稀油站高低压油泵控制、主电机稀油站低压油泵、减速机稀油站低压油泵控制，进行油压油温监测，磨

12、机前后轴瓦温度、减速机各测点温度、主电机定子三相温度报警控制等。上位机采用组态软件实现控制入磨提升机、磨电动机液体变阻器、磨机稀油站、磨轴承稀油站等设备的起停。能自动采集运行工况及有关数据。建立数据库，自动生成各个参数的动态趋势曲线，生成报告，报警显示等。根据水泥的工艺生产，设计的预期目标如下：(l)设备的起停:设备起停均由可编程序控制器控制，通过上位机来操作。设备的自动起动按工艺顺序自动进行，间隔略大于设备单机起动时间，避免因两台大功率设备同时起动，对电网产生过大冲击。发出停止命令后，设备按工艺顺序依次停机。(2)工艺流程紧急停止:设备在运行过程中，当系统出现紧急情况时，操作员按下上位机显示

13、屏上的急停按钮后，正在运行的所有设备立即停止，故障清况立即显示在上位机显示屏上。自动控制系统采用集中控制与现场就地手动控制相结合的控制方式.集中联锁逻辑控制为主要控制方式，现场就地手动控制为辅助控制方式.现场就地手动控制主要用于设备调试、维护及自动控制系统出现故障时的应急操作。(3)监控功能:组态生动逼真的工艺监控画面，包括生料粉磨、选粉机、收尘器等。通过这些画面操作员能够在上位机对各个工艺参数进行监视，起停各台设备，处理报警等，从而实现对整个生产过程的有效控制。 (4)历史数据采集与查询:一些重要参数，如磨机主电机定子三相温度、主电机润滑系统的温度压力、前后轴承润滑系统的温度压力、减速机各测

14、点温度等，对其进行历史数据存储，生成历史趋势图，可以随时进行数据的查询。1.3本人在课题中完成的主要工作对磨机系统的设备起停控制进行设计1.资料收集与学习收集与磨机有关的资料，了解生料磨系统的工艺；学习PLC基础知识；学习组态王软件的基本知识。2.控制系统硬件选型包括磨机的型号选择，压力传感器的选择，温度传感器的选择，可编程控制器(PLC)及各模块等硬件系统的选择。3.软件设计下位机梯形图编程，上位机监控系统的设计，实现上位机与下位机间的通信以及系统调试。2.水泥工业概况及水泥生料磨系统工艺分析2.1水泥工业概况水泥是建筑工业三大基本材料之一，使用广、用量大，素有“建筑工业的粮食”之称.它不但

15、大量用于工业与民用建筑，还广泛应用于交通、城市建设、农林、水利以及海港等工程，制成各种形式的混泥土、钢筋混泥土的构件和构筑物。而各种水泥制品在代钢，代木方面，也越来越显示出技术经济上的优越性。同时，也正是由于钢筋混泥土，预应力钢筋混泥土结构材料的混合使用，才使高层、超高层、大跨度以及各种特殊功能的建筑物和构筑物的出现成为可能。此外，如宇航工业、核工业以及其它新型工业的建筑，也需要水泥材料。因此，水泥工业的发展对保证国家建设的顺利进行，人民生活水平的提高，具有十分重要的意义.而且，其它领域的新技术，也必然会渗透到水泥工业中来，传统的水泥工业势必随着科学技术的迅猛发展而带来新的工艺变革和品种演变，

16、应用领域必将有新的开拓，从而使其在国民经济中起到更为重要的作用。 近年来，受固定资产投资、第二产业、建筑业及房地产业投资高速增长的拉动，我国水泥工业市场需求旺盛，生产能力快速扩张，结构调整加快，效益显著提高。特别是新型干法水泥的快速发展，使得大型水泥企业实力明显增强。西部大开发、北京奥运设施建设、房地产投资热、以及国家的一系列重点工程给水泥工业发展带来了绝好的机遇。我国水泥年产量己经连续19年名列世界第一名，我国是世界上水泥消费和水泥生产最主要的市场，分别占世界的30%和37%左右。但是这一系列数字并不是我国水泥工业发展水平的真实写照，目前我国水泥工业发展中存在问题:局部地区新上项目过于集中，

17、生产能力增长过快，市场出现恶性竞争。自从水泥工业性产品的实际应用以来，至今已有一百多年，生产规模持续扩大，工艺和设备不断改进，品种和质量也有极大的发展。硅酸盐水泥是在第一次产业革命期间问世的。当时，用间歇式的土窑烧制水泥熟料。随着以冶炼技术为突破口的第二次产业革命的兴起，推动了水泥生产设备的更新。1877年用回转窑烧制水泥熟料获得专利权，继而出现单筒冷却机，立式磨以及单仓钢球磨等，有效地提高了产量和质量。到19世纪末与20世纪初，由于其它工业所提供的燃料、工艺技术和生产设备，使水泥工业一直进行着频繁的改造与更新。1910年立窑实现了机械化连续生产;1928年立波尔窑的出现，使水泥的产量明显提高

18、，热耗降低。50年代初悬浮预热、器窑的应用，更使热耗大幅度降低;其它的水泥制造设备也不断更新换代。60年代初，以电子计算机为代表的新技术在水泥工业中开始得到应用，同时，日本将联邦德国的悬浮预热器技术引进以后，于1971年开发了水泥窑外分解技术，从而使水泥生产技术获得重大突破。又随着原料、生料预均化等多种生产技术以及x射线荧光分析等在检测方法的发展和逐步完善，使干法生产的水泥熟料质量明显提高，在节能方面取得了突破性的进展，干法水泥生产工艺己具有压倒性的优势.到70年代中期，先进的水泥厂通过电子计算机和自动化控制仪表等设备，己经采用全厂集中控制、巡回检查的方式，在生料、烧成车间以及包装发运、矿山开

19、采等环节分别实现了自动控制.中国是水泥生产工艺的博物馆，拥有预分解窑、预热器窑、立筒预热器窑、立波尔窑、带余热发电的干法窑、干法中空窑、立窑等生产工艺。在50年代，我国就开始试制湿法回转窑和半干法立波尔窑成套设备，迈出了我国水泥生产技术发展的第一步。从50年到60年代，我国依靠自己的科技力量进行了预热器窑的实验。70年代初，又先后组织了预分解窑的开发工作。目前，立窑生产工艺在国内仍占主导地位。但是，进入“十五”以来，新型干法生产工艺的发展速度明显加快.新型干法工艺技术成熟、投资省、成本低、能耗 低，产品质量高、效益好，己经具备了与落后生产工艺全面竞争的优势，具备了进一步加快发展的条件.近两年，

20、国内己有相当一批优势立窑企业转向发展新型干法水泥，在2002年建成的51条新型千法生产线中，其中27条是由立窑转向建设的，这一可喜的转变，意味着淘汰落后和结构调整在水泥工业己逐步成为一种市场行为。由于新型干法水泥的快速发展，水泥工业结构得到进一步优化，新型干法水泥比例己由2000年10%提高到15%。更令人可喜的是，新型干法设备和工艺日臻完善，大型装备的国产化问题己经基本解决，大大提高了生产的竟争力，千吨熟料建设投资己由“八五”期间的800一1200元降低到200一300元。达到了完全可以和立窑投资竞争的水平。相当一批大型企业的熟料成本己低于同一地区的立窑水泥成本。因此，近期满足市场需求、调整

21、结构、发展水泥工业的最好办法就是抓住机遇，大力支持新型干法水泥的发展。支持具备条件的地区和企业加速发展新型干法水泥，不仅不会引发投资过热，还会加大对落后工艺发展的抑制力度，加快水泥工业的结构调整，促进水泥工业的生产节能及对环境影响的改善。2.2水泥生料磨工艺及球磨介绍2.2.1水泥生料磨工艺生料磨工艺过程：预均化后的石灰石、砂岩、铁粉、矿渣通过皮带分别输送到石灰石库、砂岩库、铁粉库、矿渣库,由生料质量控制系统计算配比,通过配料库皮带机送往入磨提升机，经入磨提升机送进生料磨,经磨制后的生料通过气力传送到选粉机。选粉机对生料进行筛选,合格的生料通过斜槽风机送入入库提升机，再经入库提升机送往均化库,

22、不合格的生料再送回生料磨进行反复磨制,出合格的工艺图如下图 磨制。生产生料。 流程所示: 图2.1 生料磨工艺流程图2.2.2球磨介绍1.球磨机的主要用途：球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。2.球磨机的工作原理：球磨机为卧式筒形旋转装置，外沿齿轮传动，两仓，格子型球磨机。物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机第一仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。

23、物料在第一仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。3.球磨机的结构特点：球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可拆换，回转大齿轮采用铸件滚齿加工，筒体内镶有耐磨衬板，具有良好的耐磨性。运转平稳，工作可靠。 本课题设计以徐州马龙机械制造有限公司生产的球磨机进行设计。磨机的主要技术参数如下表：表2.1 磨机主要技术参数3.下位机的设计3.1系统总体控制要求3.1.1设备间的顺序控制磨机综合系统的设备按生产线顺序依次是:入磨提升机, 磨机, 高温风

24、机,选粉回磨输送机，选粉机,收尘器,收尘器排风机,斜槽风机,入库提升机。设备间的起停按照逆物料开机，顺物料停机。当有一台设备出现故障时先关掉此台设备前的设备，再顺序关掉后的设备。当出现紧急情况需要整条线停止时按下急停按钮。控制系统采用中控室自动控制,机旁手动控制两种方式。机旁控制则是在不能正常工作时, 在机旁开起设备等。中空室控制又有自动控制和手动控制两种方式。3.1.2磨机的起停要求1. 磨机开机采用液体变阻器变阻启动当系统液位、温度正常, 且检测到主机运转信号后, 液体变阻器极板开始下降, 此时开始计时, 若定时器时间到, 而极板还为接触到下限位开关, 即转子接触器没有闭合, 则说明系统异

25、常, 自动地发出系统异常信号, 停止主电机。若在定时器设定的时间范围之内, 变阻器极板下降到下限位, 接近开关发出信号, 则转子接触器合闸, 即转子电阻切除, 主电机正常运转。然后极板又自动地上升到上限位开关位置处停止, 为下次起动做好准备。2.磨机前后轴承润滑系统的起停为了减少轴瓦磨损, 提高轴瓦寿命, 磨机进出料端润滑系统均采用动静压轴承润滑系 统即高低压润滑系统。低压系统是保证轴瓦润滑, 高压系统的作用是, 使磨机筒体被顶起,处于“悬浮”状态, 大大减小起动转矩，减小起停磨机时产生的摩擦力。启动高低压油泵的要求：(1)启动低压工作泵,检测低压泵出油管油压须大于0.3Mpa， 30 s 后

26、高压泵自动启动。当油压达到20 MPa时,根据要求送出启动信号给相应的球磨机。球磨机启动后送出反馈信号,延时2 min后高压泵自动停机。(2) 主机停机时,启动高压泵，磨机停机后工作5 min ,停止高低压泵。(3) 运行时如果低压油箱油温达到40 C时冷却器自动投入且报警，温度下降到40 C时停冷却器。如果油箱压力低于0.3 MPa ,备用低压工作泵自动投入且报警,20秒后如果压力继续下降，报警。3.减速机润滑系统主减速机齿轮润滑系统由电动油泵、机械油泵、油冷却器等组成。停磨及刚开磨期间, 电动泵工作, 保持油的循环润滑, 磨机转动时由减速机齿轮带动机械油泵工作,开始和电动油泵并联供油。磨机

27、转动三分钟后, 电动油泵自动停, 由机械油泵保证齿轮的润滑, 一旦停磨电动油泵立即工作。4.磨机主辅电机润滑系统磨机启动前启动油泵，磨机停机后5min关闭。运行时如果低压油箱油温达到40 C时冷却器自动投入且报警，温度下降到40 C时停冷却器。如果油箱压力低于0.3 MPa ,备用低压工作泵自动投入且报警。3.2编程软件Step-7介绍STEP7是用于SIMATIC PLC组态和编程的标准软件包，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。开发或设计一个S7-300或S7-400应用系统必须基于STEP7软件包进行组态和编程。功能：（1） SIMATIC管理器用于集中管理一个自动化控制项目，可以方

28、便的浏览SIMATIC S7,SIMATIC M7,SIMATIC C7的所有工具软件和数据，编辑数据所需要的工具在启动SIMATIC管理器时自动调入。（2） 符号编辑器用于定义符号名称、数据类型和注释全局变量，管理所有的共享符号。 （3） 硬件组态用于对自动化系统的配置和参数赋值。（4） 通信组态用于定义经MPI连接的自动化组件之间，使用NETPro 时间驱动的周期性数据传送，或定义用MPI、PROFIBUS、工业以太网进行的事件驱动数据传送。（5） 硬件诊断用于提供PLC的工作状态概况，快速浏览CPU数据和用户程序在运行中的故障原因。（6） 编程语言可以使用梯形图（LAD）、语句表（STL

29、）、功能块图（FBD）编程语言。3.3系统硬件设计3.3.1传感器的选择温度传感器采用铂电阻温度传感器，量程为0-100度，输出为4-20mA。低压泵油压检测采用 JP溅射薄膜压力传感器，量程为0-10Mpa，输出为4-20mA。 高压泵油压检测采用JP溅射薄膜压力传感器，量程为0-40Mpa，输出为4-20mA。3.3.2系统PLC的选型本系统的数字量输入点为40点，数字量输出点为49点，模拟量输入通道为14通道， 使用定时器99个。PLC的CPU314模板满足本设计的要求，数字量输入模板选用2个32点的 SM321模板，数字量输出模板选用2个32点的SM322，模拟量输入模板选用两个8通道

30、的SM331 模板，这些模板在满足本设计所需的基础上留出备用输入输出点。PLC硬件组态如下图所示： 图3.1 系统PLC硬件组态 图3.2 系统PLC硬件组态地址分配3.3.3系统PLC数字量及位寄存器地址确定表3.1 数字量输入输出点定义 表3.2 位寄存器定义 3.3.4系统PLC模拟量地址确定表3.3 模拟量输入定义 3.4程序流程图1.启动方式选择中控室上位机控制采用自动和手动起停两种控制方式，两种起停方式的选择流程图 如图3.3，相对应的梯形图程序为程序段1. 图3.3 启动方式选择流程图 2.自动启动磨机综合系统的设备按生产线顺序依次是:入磨提升机, 磨机, 高温风机,选粉机,选粉

31、回磨输送机，收尘器,收尘器排风机,斜槽风机,入库提升机。设备间的启动按照逆物料顺序启动。启动流程图如图3.4。梯形图程序为程序段2到程序段36。 图3.4 系统自动启动流程图 3.磨机及入磨提升机启动部分为了减少轴瓦磨损, 提高轴瓦寿命, 磨机进出料端润滑系统均采用动静压轴承润滑系统即高低压润滑系统。低压系统是保证轴瓦润滑, 高压系统的作用是, 使磨机筒体被顶起,处于“悬浮”状态, 大大减小起动转矩，减小起停磨机时产生的摩擦力。同时启动减速机的电动油泵，主电机润滑系统的低压泵。启动流程图如图3.5。梯形图程序为程序段37到程序段88。 图3.5 磨机启动程序流程图 4.液体变阻器启动磨机主电机

32、启动采用液体变阻器变阻启动，流程图如图3.6。梯形图程序为程序段74到程序段84，被包含在磨机启动程序部分中。 图3.6 液体变阻器启动流程图 5.自动停止 图3.7 系统自动停止程序流程图系统的所有设备按顺物料停机，避免物料堆积。磨机停止时先启动磨头与磨尾的高压泵以及减速机的电动油泵。流程图如图3.7。梯形图程序为程序段89到程序段103。6.系统所有稀油站低压泵油温检测及处理设备运行过程中系统所有稀油站低压泵油温需要检测，当油温过高时启动相应的冷 却器进行降温并且报警，防止油温过高出现事故。流程图如图3.8。相对应的梯形图程序：磨头低压泵为程序段37到39，磨尾低压泵为程序段48到50，主

33、电机稀油站为程序段66到68。 图3.8系统所有稀油站低压泵油温检测及处理7.系统所有稀油站低压泵油压检测及处理设备运行过程中系统所有稀油站低压泵油压需要检测，当油压过低时报警并启动备用泵，长时间报警工作人员要检查油箱液位。流程图如图3.9。相对应的程序段：磨头低压泵为程序段41到43，磨尾低压泵为程序段52到54，主电机稀油站为程序段70到72。 图3.9 系统所有稀油站低压泵油压检测及处理8.故障处理以选粉机为例，其他的设备出现故障时与选粉机出现故障时处理方法相同，先停止出现故障的设备前的所有设备，同时依次停止这台设备后的设备。选粉机故障处理的流程图如图3.10。相对应的梯形图程序：入库提

34、升机故障处理为程序段3到6，斜槽风机故障处理为程序段8到11，排风机故障处理为程序段13到16，收尘器故障处理为程序段18到21，选粉机稀油站故障处理为程序段23到26，选粉机故障处理为程序段28到31，高温风机故障处 理为程序段33到36，磨机故障处理为程序段81到83，入磨提升机故障处理为程序段85到88。 图3.10 选粉机故障处理流程图9.磨机前后轴瓦温度检测及温度过高时的处理系统运行过程中，磨机的前后轴承由于摩擦温度会升高，温度过高时影响轴瓦的寿 命，因此需要及时开启冷却器进行降温。流程图如图3.11。相对应的梯形图程序段为104 到107。 图3.11 磨机前后轴瓦温度检测及温度过

35、高时的处理10.减速机轴瓦温度检测及温度过高时的处理减速机轴承与磨机前后轴承一样，温度过高是需要降温，流程图如图3.12。相对应的程序段为108、109。 图3.12 减速机轴瓦温度检测及温度过高时的处理11.主电机三相定子温度检测及处理磨机主电机为大功率电机，器额定电压电流都比较高，磨机运行中主电机三相定子温度会很高，为避免电机定子部分烧坏需要降温。流程图如图3.13。相对应的程序段为110、111。 图3.13 主电机三相定子温度检测及处理12.出现紧急情况需要急停当系统运行过程中出现紧急情况时需要急停，立即停止所有设备。流程图如图3.14。相对应的程序段为103。 图3.14 急停流程图

36、 4.上位机的设计4.1组态王6.52软件的介绍组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理。它基于Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布式大型集中监控管理系统的开发。组态王软件结构由工程管理器、工程

37、浏览器及运行系统三部分构成。工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、 添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通讯数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。 建立应用工程的一般过程通常情况下，建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤：第一步：创建新工程为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。第二步：定义硬件设备并添加工程变量添加工程中

38、需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和 I/O 变量。第三步：制作图形画面并定义动画连接按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。第四步：编写命令语言 通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。第五步：进行运行系统的配置对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作。第六步：保存工程并运行完成以上步骤后，一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。4.2系统上位机的设计4.2.1工程创建创建过程如下： 图4.1 工程创建4.2.2定义外部设备如下图所示 图4.2 外部设备信息4.2.3定义I/O设备变量组态王与PLC

39、寄存器的几点说明：（1）对于E、A寄存器，所使用的驱动不支持位数据类型，只能以字节（BYTE）或字符串形式存取数据。每一个BYTE类型（8个BIT位）可以对应8个开关量的输入或输出状态，即BYTE的0-7位分别对应输入或输出的0-7开关量通道。如果想显示或控制某一开关量通道的状态，必须使用组态王提供的BIT()或BITSET()函数进行取位或置位。（2）对于 M 寄存器，所使用的驱动只支持BYTE类型和字符串类型数据。若在PLC中定义M寄存器为双字型，需要在PLC程序中将M寄存器的内容送到DB块中，组态王读取相应DB块的值即可得到所要的数据。（3）当组态王需要读取模拟量模块中的输入输出寄存器值

40、时，组态王（所使用的驱动）中没有直接用于读取模拟量的寄存器，需要将模拟量对应通道值通过PLC编程传送到DB块中，组态王直接从DB块中读取该值即可。组态王（本驱动）支持的寄存器名称为德文方式，与PLC中英文寄存器对应关系如下：表4.1 组态王寄存器与PLC寄存器对应关系 定义I/O离散量以自动启动按钮为例说明，如下图： 图4.3 定义I/O离散量命令语言定义位：自动启动按钮=Bit( M12 , bit2 ); 定义模拟量以磨头低压油温为例说明，如下图： 图4.4 模拟量定义部分变量定义如下图： 图4.5 组态王部分变量定义4.2.4组态界面1. 主画面在主画面里，可以实现控制系统的自动起停控制

41、，出现紧急情况时急停控制，监视设备的备妥、运行、故障情况，监测润滑系统的油压油温报警及其值，画面切换，系统退出一系列功能。 图4.6 主画面2. 报警和事件画面在此画面，记录油温油压报警以及设备的起停、故障报警情况。 图4.7 报警和事件记录画面 3. 手动控制画面在此画面实现上位机手动起停设备 图4.8 手动控制画面4. 温度实时趋势曲线画面在此画面，以曲线的形式实时显示系统中的温度值 图4.9 温度实时趋势曲线画面其他还有温度压力历史趋势曲线画面、压力实时趋势曲线。5.通信与系统调试5.1上位机与下位机的通信1PL与的参数设置。（1）在组态王中加载S7-300与上位机进行通讯时的驱动程序。

42、如下图所示： 图5.1 通讯驱动安装截图（2）S7300CPU MPI接口设置如下图 图5.2 S7300CPU MPI接口设置（3）在控制面板中Set PG/PC接口参数的设置 图5.3 控制面板中Set PG/PC接口参数的设置（4）通讯接口参数配置框： 图5.4 通讯接口参数配置 （5）计算机COM口的配置为: 图5.5 计算机COM口的配置2.组态王通信设置COM1串口设置： 图5.6 COM1串口设置将MPI卡安装在计算机的PCI插槽中，用MPI电缆将MPI卡与S7-300的MPI口相连5.2下位机PLC调试运行PLC梯形图调试用S7-PLCSIM仿真软件，调试过程如下： 首先从St

43、ep-7打开仿真软件，将SIMATIC 300站点下载到仿真器里面，由于没有现场设备和PLC，有一些输入口像设备备妥信号输入、设备的启动应答信号输入等I/O点要提前在输入窗口里面对应的I点打对号，表示有输入。如下图所示： 图5.7 仿真前的I点的设置仿真过程：所有设备启动完后的仿真显示如图5.8。仿真过程中的模拟量未赋值。 图5.8 启动部分设备后仿真软件的显示仿真结果符合设计要求，逆物料开机，每台设备启动间隔5秒。当其中一台设备出现故障时，此设备前的所有设备立即停止，此设备后的设备顺序间隔15秒停止。仿真软件的显示如图5.9。图中是收尘器出现故障后的处理，收尘器前的设备已全部停止，后面的设备

44、未停机。 图5.9 收尘器出现故障处理过程中的仿真软件显示自动停止按钮I0.3有输入时，设备顺序停机间隔15秒。模拟量磨前轴瓦温度PIW276经数据转换后所对应的寄存器MD152赋值45，超过设定上限40磨前轴瓦冷却器自动启动，如下图： 图5.10 磨前轴瓦冷却器自动启动仿真软件显示Q3.3是转子切除启动电阻接触器，结果符合要求。调试过程中曾出现过一些错误，大部分是编程中的逻辑错误，经过多次仿真调试一一纠正。上面的仿真结果是最终梯形图程序的仿真结果，符合课题设计的要求。5.3上位机调试运行上位机调试采用北京亚控公司的仿真PLC，调试过程如下：选择自动启动，设备备妥指示灯连接变量的初始值设为开，

45、界面显示变绿表示设备已备妥，按下自动启动按钮，界面设备的运行指示灯依次变绿，启动正常。让选粉机出现故障，故障报警指示灯变红，无故障时故障报警指示灯为绿色。在报警和事件界面中，记录启动停止事件和油温油压报警，历史趋势曲线记录以曲线形式记录历史温度压力，实时趋势曲线以曲线形式实时显示温度和压力。关闭自动选择开关，切换画面到手动按钮画面， 按下设备相对应得启动按钮，设备运行指示灯变绿，按下设备对应的停止按钮，设备运行指示灯变红。在主界面下方的文本按钮实现画面切换。最后按下主画面右下角的退出按钮，系统退出运行。调试过程中的部分截图如下：1. 按下自动启动按钮，部分设备启动后的主画面显示画面中显示设备按逆物料顺序启动，已启动到磨机。 图5.11 启动部分设备后主画面显示2. 选粉机故障选粉机故障时，选粉机及其前的设备全部停止，选粉机后面的设备按顺物料顺序逐渐停机，画面中显示的处理过程设备已停止到选粉机。 图5.12 选粉机故障报警后处理过程