工业网络在封口机控制系统中的应用.docx
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工业网络在封口机控制系统中的应用
《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
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
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。
二、总体设计
1、系统组成
（1）、系统示意图
MPI
DP
S7-200
S7-300
（2）、现场设备
西门子plc300CPU313-2DP1台西门子plc200CPU214-DC/DC/DC1台
多功能封口机SF-1501台直流稳压电源交流220V/24V1台
热电偶EM2311台中间继电器ARM2F5个
通信模块EM2771台整流模块DQZ-220D15F1个
按钮AC250V5A4个计算机1台
2、PLC控制系统
型号：
一、CPU313-6CF03-0AB01台；
二、CPU214-2AD23-0XB81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：
S7-300硬件组态
EM277采用8位输入8位输出QB2-QB9IB2-IB9
对应S7-200VB0-VB7VB8-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OB35OB100用于PID运算
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：
创建变量、连接PLC-300
创建画面
四、软件使用
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
AC250V5A
个
4
启停、复位、计数
9
整流模块
DQZ-220D15F
个
1
整流
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PLCS7-300、小型PLCS7-200（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：
PLCS7-300PLCS7-200WINCCMPIPROFIBUS-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PLCS7-300、小型PLCS7-200（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。
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
一、WINCC简介
1、WINCC的简介
WINCC（WindowsControlCenter/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SybaseSQLAnywhere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（OpenDataBaseConnectivity）驱动访问WINCC数据库。
这些访问选项允许WINCC对其他的Window
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