基于PLC调速控制系统研究的界面设计.docx
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基于PLC调速控制系统研究的界面设计
课程设计任务书
学院
专业
学生姓名
班级学号
课程设计题目
基于PLC调速控制系统研究---界面设计
实践教学要求与任务:
1）构成PLC调速控制系统
2）界面设计
3）实验调试
4）PLC、变频器控制系统实验
5）撰写实验报告
工作计划与进度安排:
1）第1～2天，查阅文献，构成调速控制系统
2）第3～4天，界面设计
3）第5～6，实验调试
4）第7～9天，PLC、变频器控制系统实验
5）第10天，撰写实验报告
指导教师：
201年月日
专业负责人：
201年月日
学院教学副院长：
201年月日
摘要
监控组态软件是在信息化社会的大背景下，随着工业IT技术的不断发展而诞生、发展起来的。
在整个工业自动化软件大家庭中，监控组态软件属于基础型工具平台。
本次多通信协议监控系统的设计是基于组态软件WinCC6.0进行的，它是西门子公司生产的一个监控组态软件，可应用于造纸和纸品加工、钢铁行业、运输行业、水处理和污水净化等行业。
WinCC通过三个通信协议MPI、PROFIBUS、TCP/IP实现与PLC的通讯，从而实现对电机控制系统的监控。
并且可进行实时的参数输入设置，并列出系统变量的实时曲线、历史曲线及报警等。
调试和运行结果表明，本项目所设计电机PLC控制系统实现了对电机变化过程的控制和监控，有效地提高了系统的自动化水平。
系统安装维护方便，运行稳定、可靠；监控软件功能齐全。
关键词：
组态软件；WinCC；电机；通信协议；监控系统
目录
1绪论1
1.1组态软件概述1
1.2组态软件国内外发展现状3
1.2.1国外主要组态软件3
1.2.2国内组态软件6
2WinCC简介9
2.1WinCC简介9
2.2性能特点10
2.3WinCCV6.2的新增功能11
2.4.WinCC系统构成12
3SIMATICS7-300PLC系统特性及硬件构成13
3.1S7-300PLC系统结构13
3.1.1S7-300PLC的组成13
3.1.2S7-300的扩展能力14
3.1.3S7-300模块地址的确定14
3.2S7-300PLC存储区简介14
3.2.1S7-300编程方式简介14
3.2.2S7-300PLC的存储区15
S7-300CPU有三个基本存储区：
15
4变频器的选择和参数设置15
4.1变频器的选择15
4..2变频调速原理16
4.2.1变频器的工作原理16
4.2.2变频器的快速设置17
5WinCC监控系统的设计19
5.1新建一个项目19
5.2建立变量20
5.2.1内部变量20
5.3过程画面的创建21
5.3.1主画面的设计21
5.3.2“实时/历史”曲线画面的设计22
5.3.3报警画面的设计23
结论24
参考文献25
1绪论
1.1组态软件概述
组态软件，又称监控组态软件，译自英文SCADA,即Supervision,ControlandDataAcquisition（数据采集与监视控制）,组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统（RTUSystem,RemoteTerminalUnit）。
简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。
与硬件生产相对照，组态与组装类似。
如要组装一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这些部件拼凑成自己需要的电脑。
当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。
在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）来实现的。
编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期。
组态软件的出现，解决了这个问题。
对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。
组态软件是有专业性的。
一种组态软件只能适合某种领域的应用。
组态的概念最早出现在工业计算机控制中。
如DCS（集散控制系统）组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。
人机界面生成软件就叫工控组态软件。
其实在其他行业也有组态的概念，人们只是不这么叫而已。
如AutoCAD，PhotoShop，办公软件（PowerPoint）都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序。
组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。
但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。
组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。
从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。
虽然说组态就是不需要编写程序就能完成特定的应用。
但是为了提供一些灵活性，组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类BASIC语言，有的甚至支持VB。
组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。
对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具或开发环境。
在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。
组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。
随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
组态软件特点：
随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，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；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。
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方法，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。
组态（Configuration）为模块化任意组合。
通用组态软件主要特点：
（1）延续性和可扩充性。
用通用组态软件开发的应用程序，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；
2）封装性（易学易用），通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；
（3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/ODriver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。
1.2组态软件国内外发展现状
1.2.1国外主要组态软件
1、InTouch：
Wonderware是Invensysplc“生产管理”部的一个运营单位，是全球工业自动化软件的领先供应商。
Wonderware的InTouch软件是最早进入我国的组态软件。
在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch软件曾让我们耳目一新，并且InTouch提供了丰富的图库。
但是，早期的InTouch软件采用ＤＤＥ方式与驱动程序通信，性能较差，最新的InTouch7.0版已经完全基于32位的Windows平台，并且提供了OPC支持。
另外它在研究与开发中进行了大量投入，保证为用户提供新型的、强大的、创新的产品。
其结果是：
各种公司可以把他们的精力集中于业务的运转方面，而工程师可以利用最新的软件技术。
InTouch软件适合于部署在独立机械中、在分布式的服务器/客户机体系结构中、在利用FactorySuite工业应用服务器的应用中，也可以作为使用终端业务的瘦客户机应用
2、IFix：
GEFanuc智能设备公司由美国通用电气公司（GE）和日本Fanuc公司合资组建，提供自动化硬件和软件解决方案，帮助用户降低成本，提高效率并增强其盈利能力。
Intellution公司以Fix组态软件起家，1995年被爱默生收购，现在是爱默生集团的全资子公司，Fix6.ｘ软件提供工控人员熟悉的概念和操作界面，并提供完备的驱动程序（需单独购买）。
Intellution将自己最新的产品系列命名为iFiX，在iFiX中，Intellution提供了强大的组态功能，但新版本与以往的6.ｘ版本并不完全兼容。
原有的Script语言改为VBA（VisualBasicForApplication），并且在内部集成了微软的VBA开发环境。
遗憾的是，Intellution并没有提供6.1版脚本语言到VBA的转换工具。
在iFiX中，Intellution的产品与Microsoft的操作系统、网络进行了紧密的集成。
Intellution也是OPC（OLEforProcessControl）组织的发起成员之一。
在包括冶金、电力、石油化工、制药、生物技术、包装、食品饮料、石油天然气等各种工业应用当中，iFIX独树一帜地集强大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成为任何生产环境下全面的HMI/SCADA解决方案。
3、WinCC：
西门子自动化与驱动集团（A&D）是西门子股份公司中最大的集团之一，是西门子工业领域的重要组成部分。
WinCC是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。
从面市伊始，用户就对SIMATICWinCC印象深刻。
一方面，是其高水平的创新，它使用户在早期就认识到即将到来的发展趋势并予以实现；另一方面，是其基于标准的长期产品策略，可确保用户的投资利益。
凭籍这种战略思想，WinCC，这一运行于MicrosoftWindows2000和XP下的Windows控制中心，已发展成为欧洲市场中的领导者，乃至业界遵循的标准。
如果你想使设备和机器最优化运行，如果你想最大程度地提高工厂的可用性和生产效率，WinCC当是上乘之选。
突出的优点：
通用的应用程序，适合所有工业领域的解决方案；多语言支持，全球通用；可以集成到所有自动化解决方案内；内置所有操作和管理功能，可简单、有效地进行组态；可基于Web持续延展，采用开放性标准，集成简便；集成的Historian系统作为IT和商务集成的平台；可用选件和附加件进行扩展；“全集成自动化”的组成部分，适用于所有工业和技术领域的解决方案。
WinCC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，这在大量应用和各种工业领域的应用实例中业已证明，包括：
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、造纸和纸品加工、钢铁行业、运输行业、水处理和污水净化。
WinCC是SIMATICPCS7过程控制系统及其它西门子控制系统中的人机界面组件。
WinCC还为垂直市场解决方案提供有丰富的选件（options）和附加件（add-ons）。
通过利用“FDA选件”，并在工程与组态时采取适当的措施—这在白皮书中已阐明—SIMATICWinCC符合制药和食品行业FDA21CFRPart11的要求（FDA=美国食品和药物管理局）。
众多的任选件，将使工厂认证更为容易，而这种认证为这些工业领域的各种要求更是提供了非常有说服力的全面响应。
例如，已开发出了一些应用于垂直市场，如供水行业的WinCC附加件：
应用SinautST7cc的远程控制系统，应用PM-Aqua的归档和记录系统，应用Siwa-Plan的运行成本优化系统，应用FunkServer-Pro的报警管理系统等。
多语言支持，全球通用；
WinCC的组态界面完全是为国际化部署而设计的：
你只需点一下按键就可在德文、英文、法文、西班牙文和意大利文之间进行切换。
亚洲版还支持中文、韩文和日文。
自然，你可以在项目中设计多种运行时目标语言，即同时可使用几种欧洲和亚洲语言。
这意味着，你可在几个目标市场使用相同的可视化解决方案。
如果要翻译文本，只需一种标准的ASCII文本编辑器即可。
可集成到任何公司内的任何自动化解决方案中；
WinCC提供了所有最重要的通讯通道，用于连接到SIMATICS5/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），等非专用通道；你亦能以附加件的形式获得其它通讯通道。
由于所有的控制器制造商都为其硬件提供了相应的OPC服务器，因而事实上可以不受限制地将各种硬件连接到WinCC。
WinCC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，这在大量应用和各种工业领域的应用实例中业已证明，包括：
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、造纸和纸品加工、钢铁行业、运输行业、水处理和污水净化。
1.2.2国内组态软件
1.三维力控ForceControl
北京三维力控科技有限公司是专业从事监控组态软件研发与服务的高新技术企业，核心软件产品初创于1992年，公司以自主创新为动力，逐渐奠定了在国内市场的领先地位。
国产监控组态软件唯一的完整的冗余与热备体系设计，完整的分布式网络结构，支持控制设备冗余、多重网络冗余，多客户端冗余、冗余的主从站都可以操作，人机监控图形界面与过程数据处理分离，内置独立的实时历史数据库。
产品特点：
方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量；
高性能实时、历史数据库，快速访问接口在数据库4万点数据负荷时，访问吞吐量可达到20000次/秒；
强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；
支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；
强大的ACTIVEX控件对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性；
全新的、灵活的报表设计工具：
提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：
脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板；
提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以“瘦”客户端方式来监控工业现场的解决方案；
支持通过PDA掌上终端在Internet实时监控现场的生产数据，支持通过移动GPRS、CDMA网络与控制设备或其它远程力控节点通讯；
支持控制设备冗余、控制网络冗余、监控服务器冗余、监控网络冗余、监控客户端冗余等多种系统冗余方式；
全新的高性能实时、历史数据库；
新增数据库快速访问接口DBI。
全面提升的HMI：
1）支持HMI图层操作，可灵活控制各图层的显示与隐藏。
2）重新设计的HMI的对象容器，定义了全新的容器接口集，增加了通过脚本对容器对象的直接操作功能，通过脚本可调用对象的方法、属性。
3）完善了力控OCX容器的事件型脚本功能，支持更多类型的OCX控件。
4）增强的SQL脚本。
可根据SQL脚本函数返回值判断执行结果、支持模糊查询、支持时间类型字段的处理等。
灵活的报表生成器
1）提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：
脚本调用和事件脚本。
2）兼容Excel工作表文件，提供类Excel的绝大部分功能，包括：
编辑功能、计算功能、图表功能等。
3）支持图表显示自动刷新，可输出多种文件格式：
Excel、TXT、PDF、HTML、CSV等。
4）可实现多层表头，可以实现报表嵌套，可以制作复杂的报表格式。
5）具备打印、打印预览、页眉页脚打印功能。
6）报表数据源支持实时数据库和各种关系数据库，可以显示和处理实时和历史数据。
7）提供报表设计器，可以设计多套报表模板。
2.组态王KingView
性能特点：
（1）组态王对大容量工程具有高度的可靠性和实时性；
数据采集性能；
网络通讯性能；
画面刷新性能；
脚本执行性能；
（2）组态王具有易用性特点：
操作简单、直观、易理解，符合工控行业使用习惯，简单实用；
（3）组态王具有扩展性：
易于进行功能扩展；
（4）组态王具有良好开放性：
提供完善的api接口，利于与其他系统对kingview系统的整合，接口内容包括：
1）实时数据的访问接口
2）历史数据的访问接口
3）报警数据的访问接口
4）安全用户的访问接口
5）变量对象的配置接口
6）设备对象的配置接口
7）用户对象的配置接口
技术参数：
（1）实时数据：
报警事件冗余切换小于2秒；
（2）历史数据：
存储速度：
10000点/s；
存储时间范围：
可由客户订制，精确到毫秒级；
查询：
历史库查询数据时间小于3秒；
同一数据可按照年、月、日、时查询，时间相差在秒级以内；
历史冗余切换时间小于2秒。
（3）冗余切换：
IOserver之间切换小于2秒；
IOserver可进行最长7天的数据缓存。
（4）画面系统：
画面最大尺寸可达到10240x7680（或更大）；
画面数目没有限制。
（5）曲线趋势图：
最多同时显示4个绘图区；
最多同时显示64条曲线；
最多可以同时具有16条数据轴
可同时具有2条时间轴。
（6）门户：
可以支持200个以上的客户端同时访问。
3.MCGS
全中文可视化组态软件，简洁、大方，使用方便灵活，完善的中文在线帮助系统和多媒体教程，真正的32位程序，支持多任务、多线程，运行于Win95/98/NT/2000平台，提供近百种绘图工具和基本图符，快速构造图形界面，支持数据采集板卡、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备等700多种国内外众多常用设备，支持温控曲线、计划曲线、实时曲线、历史曲线、XY曲线等多种工控曲线，支持ODBC接口，可与SQLServer、Oracle、Access等关系型数据库互联，支持OPC接口、DDE接口和OLE技术，可方便的与其他各种程序和设备互联，提供渐进色、旋转动画、透明位图、流动块等多种动画方式，可以达到良好的动画效果，上千个精美的图库元件，保证快速的构建精美的动画效果，功能强大的网络数据同步、网络数据库同步构建，保证多个系统完美结合，·完善的网络体系结构，可以支持最新流行的各种通讯方式，包括电话通讯网，宽带通讯网，ISDN通讯网，GPRS通讯网和无线通讯网.MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域。
2WinCC简介
2.1WinCC简介
西门子视窗控制中心SIMATICWinCC（WindowsControlCenter）是HMI/SCADA软件中的后起之秀,1996年进人世界工控组态软件市场，当年就被美国ControlEngineering杂志评为最佳HM工软件，以最短的时间发展成第三个在世界范围内成功的SCADA系统；而在欧洲，它无可争议地成为第一。
在设计思想上，SIMATICWinCC秉承西门子公司博大精深的企业文化理念，性能最全面、技术最先进、系统最开放的HMI/SCADA软件是WinCC开发者的追求。
WinCC是按世界范围内使用的系统进行设计的，因此从一开始就适合于世界上各主要制造商生产的控制系统，如A-B,Modicon,GE等，并且通讯驱动程序的种类还在不断地增加。
通过OPC的方式WinCC还可以与更多的第三方控制器进行通讯。
WinCCV6.0采用标准MicrosoftSQLServer2000（WinCCV6.06l前版本采用Sybase）数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能，可使经理、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面，从而更好地调度指挥生产，是工业企业中MES和ERP系统首选的生产实时数据平台软件。
作为SIMATIC全集成自动化系统的重要组成部分，WinCC确保与SIMATICS5,S7和505系列的PLC连接的方便和通讯的高效WinCC与STEP7编程软件的紧密结合缩短了项目开发的周期。
此外，WinCC还有对SIMATICPLC进行系统诊断的选项，给硬件维护提供了方便。
2.2性能特点
WinCC具有以下性能特点
1.新软件技术的使用。
WinCC是基于最新发展的软件技术。
西门子公司与Microsoft公司的密切合作保证了用户获得不断创新的技术。
2.括所有SCADA功能在内的客户机/服务器系统。
即使最基本的WinCC系统仍能够提供生成复杂可视化任务的组件和函数，生成画面、脚本、报警、趋势和报表的编辑器由最基本的WinCC系统组件建立。
3.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组件，既可以灵活地进行扩展，从简单的工程到复杂的多用户应用，又可以应用到工业和机械制造工艺的多服务器分布式系统中。
4.多的选件和附加件扩展了基本功能。
已开发的、应用范围广泛的、不同的WinCC选件和附加件，均基于开放式编程接口，覆盖了不同工业分支的需求。
5.用MicrosoftSQLServer2000作为其组态数据和归档数据的存储数据库，可以使用ODBC，DAO，OLE-DB，WinCCOLE-DB和ADO方便地访问归档数据。
6.大的标准接口（如OLE.ActiveX和OPC）.WinCC提供了OLE,DDE,ActiveX,OPC服务器和客户机等接口或控件，可以很方便地与其他应用程序交换数据。
7.用方便的脚本语言。
WinCC可编写ANSI-C和VisualBasic脚本程序。
8.放API编程接口可以访问WinCC的模块。
所有的WinCC模块都有一个开放的C编程接口（C一APL）这意味着可以在用户程序中集成WinCC的部分功能。
9.有向导的简易（在线）组态。
WinCC提供了大量的向导来简化组态工作。
在调试阶段还可进行在线修改。
10.选择语言的组态软件和在线语言切换。
WinCC软件是基于多语言设计的。
这意味着可以在英语、德语、法语以及其他众多的亚洲语言之间进行选择，也可以在系统运行时选择所需要的语
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