基于PLC实现的线表面处理监控系统设计毕业设计说明书.docx
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基于PLC实现的线表面处理监控系统设计毕业设计说明书
吉林化工学院毕业设计说明书
基于PLC实现的线表面处理监控系统设计
TheDesignofSurfaceControlSystemBasedonPLC
吉林化工学院
JilinInstituteofChemicalTechnology
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
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指导教师签名：
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使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
摘要
碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、导电、导热、传热等特性属于典型的高性能纤维，已广泛应用于航天、航空及高级体育用品中。
近年来由于碳纤维制备技术的进步和成本的降低，使碳纤维复合材料在建筑工业、交通运输工业等领域也得到了应用。
本设计在研究和整理碳纤维系统原理的基础上，对碳纤维工艺流程进行研究和设计，利用监控软件Flexible完成数据库的建立、动态工艺流程图、生产表格图、工艺曲线设定、记录及历史数据记录、温度记录、温度控制、故障检测报警、现场控制趋势曲线绘制的设计和实施等，对工艺流程进行动态监控。
监控系统功能完善，具有超温报警、高低液位报警，现场风机、水泵、变频器等运行状态显示、报警等功能。
操作简单方便，人机界面清晰明确，简单易懂，功能完善，信号采集可靠，网络传输稳定，为设备管理人员实时掌握设备运行状况，及时发现设备隐患提供了极大的帮助。
不仅提高了工作人员的工作效率，还避免不必要的人力物力的浪费，提高了工厂的经济效益和安全性。
关键词：
监控软件；工艺流程；碳纤维
Abstract
Carbonfiberwithhighstrength,highmodulus,high-temperatureresistance,corrosionresistance,fatigueresistance,andthermalconductivity,andheattransfercharacteristics,belongstothetypicalperformancefibers,hasbeenwidelyusedinaerospace,aviationandadvancedsports.Inrecentyears,duetotheprogressofpreparationtechnologyandthecarboncostreducingcarbonfibercompositematerials,inthebuildingindustryandtransportationindustriesalsoreceivedapplications.
Theresearchanddesignofcarboninprinciple,onthebasisofresearchoncarbonprocessanddesign,usebigmonitoringsoftwareofthedatabaseconstruction,thecompletedynamicprocessflowcharts,production,processcurveform,recordandhistoricaldatarecord,temperature,temperaturecontrolandrecordfaultdetectionandalarm,on-sitecontroltrendcurvesofdrawingdesignandimplementation,etc,todynamicallymonitorprocess.
Monitoringsystemhasthehighlevelalarm,site,fansandpumps,inverteroperationstatusdisplay,alarmfunction.Simpleoperation,man-machineinterface,easyandclearsignalacquisitionandperfectfunction,reliableandstablenetworktransmissionequipmentmanagementpersonnel,forrealtimecontroloftheequipmentrunningstatus,timelydiscoveryprovidesgreatdangerequipment.Notonlyimprovedtheefficiencyoftheworkers,butalsoavoidunnecessarywasteofresources,improvetheeconomicbenefitandthesafetyofthefactory.
KeyWords：
MonitoringSoftware；Process；CarbonFiber
第1章绪论
1.1碳纤维的现状与前景
碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维，具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等特性。
除土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生领域外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施建设等领域也有着广泛的应用。
虽然当前世界经济发展面临重重危机，但碳纤维需求仍在升温。
中国从20世纪70年代中期开始研发高性能碳纤维，经过近30多年的发展，已经取得了长足发展。
随着我国整体实力的不断提升，对碳纤维的需求量也与日俱增，而我国碳纤维产能严重不足，而且主要是低性能产品，没有形成规模化产业。
现阶段，我国碳纤维用量的90%以上靠进口，价格非常昂贵，自主发展碳纤维产业已经成为工业经济发展的迫切要求。
工业自动化迅速发展的今天，许多工厂都尽量减少人力的投入，提高产量和技术的发展。
随着应用研究的进一步深入，未来碳纤维产品将趋向于高性能化，民用、工业用量将继续保持大幅增长趋势。
国际碳纤维市场发展迅速，需求量的不断增长也给中国碳纤维行业提供了难得的发展机遇。
1.2监控软件发展现状和趋势
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。
监控组态软件给工业自动化、信息化、及社会信息化带来的影响是深远的，它带动着整个社会生产、生活方式的变化。
1.2.1监控软件发展现状
监控软件作为一种应用软件，随着PC机的兴起而不断发展，从20世纪80年代运行在DOS环境下的Onspec、Paragon500，到90年代运行在Windows3.0下的Wonderware公司的InTouch为代表的人机界面软件，再到后来西门子WinCC的成功。
自动化监控软件产品、技术、市场取得了飞速发展，而且应用领域也日益广泛，并开始体现出“工业技术民用”的发展趋势。
到今天，罗克韦尔、GEFanuc、霍尼韦尔、西门子、ABB、施耐德等国际知名工业自动化厂商均开发出了自己的组态软件。
而在国内则有北京亚控科技有限公司、北京三维力控科技有限公司等软件厂商，形成群雄并起的局面。
监控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，监控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。
监控软件作为工业应用软件的重要组成部分，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。
它给工业自动化、信息化及社会信息化带来的影响是深远的，并带动着整个社会生产、生活方式的变化，这种变化仍在继续发展。
1.2.2监控软件发展趋势
1．西门子认为，目前市场上的监控软件自身的发展已经相当完善了，今后的发展方向关键在于“上”和“下”。
“上”是指与上层系统软件，如MES、MIS、ERP的接口或本身即包含一部分的上层软件的功能，如WinCC除了有ConnectivityPack、工业数据桥等与MES接口外，还有工厂智能选件能够实现基本的MES功能，如设备停机管理、生产绩效分析等。
而“下”指的是与下位控制系统，如PLC、分布式从站、总线的更稳定、更高效的通讯，更完美的集成。
以西门子为例，全集成自动化可以极大地节省用户的工程时间，提高通讯性能和稳定性以及强大的系统诊断功能。
这也是各大PLC厂商纷纷进军监控软件市场的出发点和先天优势。
2．亚控认为，组态软件作为一种工业信息化的管理工具，其发展方向必然是不断降低工程开发的工作量，提高工作效率。
因此易用性是提高效率永恒的主题，但是提高易用性对于提高开发效率是有限的，亚控科技则率先提出通过复用来提高效率，创造性地开发出模型技术，并将这一技术集成到KingView7.0中。
而同时，KingView7.0的人机交互界面也更加友好，易于操作，并能满足客户个性化需求，具备行业特征和区域特征。
可以肯定，将来组态软件的发展必将沿着更好的人机交互、更加逼真的画面、能满足客户个性化需求、具备行业特征和区域特征、具有很好的开放性、信息唾手可得和更高的可靠性以及大型SCADA的方向发展。
3．三维力控认为，监控组态软件的发展受到很多因素的制约，其中的关键是用户应用的需求。
三维力控把组态软件发展的情况概括为四个方面：
组态软件的集成化、定制化，功能的向上、向下延伸，监控、管理范围以及应用领域的扩大。
而针对组态软件最新的发展趋势，三维力控从自身做了大量的工作。
首先，针对从集成化、定制化方面，不断丰富了自己的组件库，在原有常用曲线、报表、批次等组件的基础上，三维力控相继推出了自己的油井示功图、配方管理等组件，温控曲线功能也进一步完善。
同时，针对特定行业的应用，三维力控也推出了煤矿版FcKJ、楼宇版Fc-IBMS、电力版FcPower等行业版本以满足不同行业的特定需求。
其次，在功能的向上、向下延伸上，三维力控也不断丰富自己的产品线。
4．研华（中国）认为组态软件本身的功能已经相当完善，今后组态软件的发展会更加网络化、智能化，会进一步从本地到网络，从CS（客户机/服务器）到BS（浏览器/服务器）。
所谓从本地到网络是指随着企业生产管理要求的提升，对于监控软件也提出了更高的要求，传统的以本地监控为主的系统越来越不满足需要，系统需要联网，信息需要沟通，全面质量管理、生产数据库等都需要网络集成的监控软件。
随着计算机技术的飞速发展，BS模式在各行业逐渐取代了基于传统的网络架构传统的CS模式。
在监控软件，目前基于Web的远程监控应用越来越广泛。
AdvantechWebAccess采用完全的BS模式，不仅免费提供无限量的Web客户端，为客户带来巨大的收益，在开发方式上采用完全的BS模式，全部组态都可以用标准浏览器进行开发，这样使组态开发与远程维护再也没有地域的限制，真正实现了“开放式架构，无边界整合”。
5．泓格科技认为，PAC和自动化软件，两者之间存在着微妙的促进关系。
组态软件既可能在PAC的上位中运行，也可以运行在PAC平台上。
目前许多PAC供应商也在和国内领先的组态软件供应商合作，整合上位平台以及PAC平台的组态软件资源，并加入很多具有创新性的功能，发布后将使目前的组态软件应用前进一大步。
自动化软件的发展，尤其是softPLC这类软件的发展和成熟，对PAC的产生有着决定性的意义。
而PAC的产生和发展又给自动化软件以新的舞台。
PAC控制器的强大功能促使自动化软件更加网络化，以往只能在上位机运行的软件，现在正在逐步向控制器端转移。
自2000年以来，监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展，应用领域日益拓展，用户和应用工程师数量不断增多。
充分体现了“工业技术民用化”的发展趋势。
监控组态软件是工业应用软件的重要组成部分，其发展受到很多因素的制约，归根结底，是应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。
用户要求的多样化，决定了不可能有哪一种产品囊括全部用户的所有的画面要求，最终用户对监控系统人机界面的需求不可能固定为单一的模式，因此最终用户的监控系统是始终需要“组态”和“定制”的。
这就是监控组态软件不可能退出市场的主要原因，因为需求是存在且不断增长的。
第2章碳纤维生产工艺
2.1碳纤维工艺简述
碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、传热等特性属于典型的高性能纤维，已广泛应用于航天、航空及高级体育用品中。
近年来由于碳纤维制备技术的进步和成本的降低，使碳纤维复合材料在建筑工业、交通运输工业等领域也得到了应用。
特别是聚丙烯腈基碳纤维，具有一系列功能特性，新的应用领域在不断开发，愈来愈显示出其重要性。
碳纤维工艺基本框图如图2-1所示：
图2-1碳纤维基本框图
2.1.1工艺过程
聚丙烯腈原丝的制备过程主要有聚台、过滤、脱泡、计量、过滤、喷丝凝固成形、水洗、牵伸、上油烘干定型、卷绕等。
提高原液中丙烯腈共聚物的浓度不仅在经济上是合理的，同时对改善纺丝条件及剐成形纤维的结构和成品纤维的性能也都是有利的。
增加纺丝原液中聚合物的浓度，可使初生纤维的密度增大，纤维中的空洞数目减少，结构均一性提高，纤维的强度增大。
水洗后，纤维应进行牵伸，以便使原丝PAN分子链沿纤维轴取向排列，进一步提高其取向度，改善纤维的力学性能。
原丝中加共聚组分及提高牵伸温度都有利于PAN分子链的移动，并使纤维的牵伸倍数得到提高。
但一次牵伸的倍数有限，通常采用二次或多次牵伸来达到。
牵伸倍数愈高，原丝及碳纤维的力学性能改善越大。
如图2-2所示：
图2-2聚丙烯腈原丝制备示意图
2.2碳纤维控制系统组成
碳纤维监控系统的运行有现场控制台、电气控制柜和PLC柜实现。
在启动、运行监控软件的过程中要注意具体的要求。
2.2.1现场控制台
1．现场控制台在上电之前应在切换在<手动>方式且现场在安全状态下，控制台顶端白色灯亮表示通电状态。
2．在电气控制柜内有如下电气控制开关：
1、14个辊电机控制；2、循环槽加热器；3、水洗槽加热器；4、储罐加热器；5、储罐搅拌机；6现场集气罩风机；7、管道输送泵；8、循环泵电机；9、循环槽进口电磁阀；10、水洗槽进口电磁阀。
这些开关通电后在控制台上白色灯亮。
3．控制台有启动和停止按钮及相应的灯，红灯表示电气运行，绿色灯表示电气停止。
2.2.2电气控制柜和PLC
1．NS-160/3P总开关通电前应注意电气柜各个电气控制开关在关闭状态
2．各个电气开关通电前现场应在安全状态
3．14个辊故障在电气柜有黄色灯显示
4．变频设定等在手操器上操作，并有相应显示
5．先给PLC柜送电，再给PLC送电
2.2.3控制方式
本控：
又称为手动或现场，一般是指现场设备控制台切换在<手动>方式。
在<手动>方式下，只有在现场才能对设备进行控制，触摸屏只能起监视作用而不能控制。
远控：
当现场设备控制台切换在<自动>方式，同时在触摸屏上处于<远控>方式时，只能在触摸屏上控制设备。
联锁：
当触摸屏上处于<远控>方式时，在触摸屏上选择<联锁>按钮。
此时，设备将按照事先设计好的工艺流程由PLC程序自动控制，在现场和触摸屏上只能监视而不能对该设备进行控制。
第3章软件介绍
3.1WinCCFlexible简介
西门子视窗控制中心SIMATIC（WindowsControlCenter）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，当年就被美国ControlEngineering杂志评为最佳HMI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，他无可争议地成为第一。
在过程日趋复杂、对机器和设备功能的要求不断增加的环境中，获得最大的透明性对操作员来说至关重要。
人机界面（HMI）提供了这种透明性。
HMI系统代表人（操作员）与过程（机器/设备）之间的接口。
控制器是控制过程的实际单元。
因此，在操作员和WinCCflexible（位于HMI设备端）之间以及WinCCflexible和控制器之间均存在一个接口。
HMI软件WinCCflexible是用前瞻性的自动化理念，针对具有简单高效的工程特征的机器级而设计的。
WinCCflexible综合了下列优点：
直接的处理方式、透明性、灵活性。
WinCCflexible的组件如下：
1．WinCCflexible工程系统：
WinCCflexible工程系统是用于处理所有基本组态任务的软件。
WinCCflexible版本决定了在SIMATICHMI系列中，可以组态哪种HMI设备。
2．WinCCflexible运行系统：
WinCCflexible运行系统是用于过程可视化的软件。
在运行系统中，您可以在过程模式下执行项目。
3．WinCCflexible选件：
WinCCflexible选件可以扩展WinCCflexible的标准功能。
每个选件需要一个单独的许可证。
3.2性能特点
WinCCflexible的性能特点分为自动化概念和组态原则两部分，二者共同构成了软件的主要性能特点。
3.2.1自动化概念
WinCCflexible支持多个不同自动化概念的组态。
在缺省状态下可使用WinCCflexible实现下列自动化概念。
1．单台HMI设备的控制通过过程总线直接与控制器连接的HMI设备称为单用户系统。
单用户系统通常用于生产，但也可以配置为操作和监视独立的部分过程或系统区域。
如图3-1所示：
图3-1单台HMI设备
2．多台HMI设备通过过程总线（例如PROFIBUS或以太网）连接至一个或多个控制器。
例如，在生产线中配置此类系统以从多个点操作设备。
如图3-2所示：
图3-2多台HMI设备
3．具有集中功能的HMI系统通过以太网连接至PC。
上位PC机承担中心功能，例如配方管理。
必要的配方数据记录由次级HMI系统提供。
如图3-3所示：
图3-3集中功能的HMI系统
4．分布式HMI可以从多台同步的操作站启用对设备的操作。
所有的操作站将显示相同的过程画面，操作授权被智能化传送。
只有一台HMI设备包含组态数据并用作服务器可以从其它操作设备上控制服务器。
所有的HMI设备显示相同的画面。
如图3-4所示：
图3-4分布式HMI
3.2.2组态原则
WinCCflexible用于组态用户界面以操作和监视机器与设备。
WinCCflexible提供了对面向解决方案概念的组态任务的支持。
这会涉及到批量数据的处理、自动传送、甚至是运动路径的智能组态问题。
有效组态能节省时间和成本。
为此WinCCflexible支持下列组态：
1．依赖于目标系统的组态：
在组态期间，只显示所选目标系统支持的功能。
2．不依赖于目标系统的组态：
如果您要在多个或不同的目标系统中使用一个项目，只需在项目中切换HMI设备。
对于不支持的所选HMI设备，将不显示其功能。
3．所引用对象的集中修改：
在中心工作站所作的修改应用于整个项目。
4．重新使用：
重新使用组态对象可简化组态并降低总成本。
5．批量数据处理：
创建一个动作，使其包含多个具有相同值或按时间升序排列的地址的变量。
6．画面浏览的图形组态：
由已组态画面的图形总览创建一个画面体系。
自动创建画面浏览所需对象。
7．组态运动路径：
组态对象在过程画面中的运动。
8．全集成自动化：
得益于WinCCflexible在SIMATICSTEP7和SIMOTIONSCOUT组态用户界面中的无缝集成。
WinCCflexible组态过程中智能工具有批量数据处理、组态运动路径、画面浏览的图形组态。
批量数据处理：
批量数据管理提供了对同时创建和编辑多个对象的功能的支持。
这样可以提高组态效率、节约时间和成本。
实例：
变量库的一部分来自旧项目，但变量库中有错误的变量类型。
使用WinCCflexible，可以通过一步操作修改所有变量的变量类型。
组态运动路径：
涉及对象运动的过程顺序可以清楚地显示在HMI设备上，例如，产品在传送带上的传输。
运动路径简化了对象在过程画面中的运动的组态。
运动过程通过图表显示在画面中。
对象的运动路径在过程画面中定义。
运动路径包含起始点和结束点。
为运动路径分配一个变量。
变量值定义了运行时对象在运动路径上的相对位置。
如图3-5所示：
图3-5组态运动路径
画面浏览的图形组态：
画面浏览指过程画面的组态体系。
使用画面浏览，为项目定义一个固定的浏览结构。
操作员可以使用运行系统的浏览控制在结构中的不同画面之间浏览。
使用画面浏览编辑器通过拖放操作将画面放在画面体系中的所需位置。
也可以为不是集成到同一体系中的画面创建直接的链接，浏览按钮可以粘贴在过程画面中。
如图3-6所示：
图3-6画面浏览的图形组态
浏览结构的创建提供了以下优点：
1．对整个项目的浏览结构的总览
2．过程画面之间直接链接的快速创建
3．基本画面浏览的自动创建
3.3WinCCflexible与STEP7的集成
如果使用的是SIMATIC控制器，并且已在系统上安装了STEP7组态软件，则可以将WinCCflexible与STEP7集成。
在集成组态期间，可以访问用STEP7组态控制器时所创建的STEP7组态数据。
这能带来以下好处：
1．可以使用SIMATIC管理器作为中心点来创建、处理以及管理SIMATIC控制器和WinCCflexible项目。
2．当创建WinCCflexible项目时，PLC的通讯参数被预分配。
当STEP7中发生更改时将在WinCCflexible中更新通讯参数。
3．组态变量和区域指针时，可以直接在WinCCflexible中访问STEP7符号。
在WinCCflexible中，只需选择想要链接变量的STEP7符号。
STEP7中的符号改变会在WinCCflexible中更新。
4．只需在STEP7中分配一次符号名称，
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