西門子PLC和WINCC在污水處理自動化監(jiān)控系統(tǒng)中的應用
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在主機架的3號插槽插入IM365用于本地擴展。插入另外一個機架，并在3號槽插入IM365。這時該擴展機架上的IM365會與主機架上的IM365自動連接。在擴展機架上插入4個8路的模擬量輸入模塊和2個8路的模擬量輸出模塊。在硬件組態(tài)窗口的下面有詳細信息窗口，其中顯示了相應的模塊的地址。各模塊是自動編址的，我們也可以修改各個模塊的地址。方法是雙擊想要修改的模塊，在對話框中選擇Address標簽頁，然后輸入相應的地址即可。
在配置過程中，STEP7可以自動檢查配置的正確性。當硬件目錄中的一個模塊被選中時，機架中允許插入該模塊的槽會變成綠色，而不允許該模塊插入的槽顏色無變化。將選中的模塊拖到不能插入該模塊的槽時，會提示不能插入的原因。硬件組態(tài)完成后，進行存盤并編譯。這時硬件組態(tài)的參數將會保存到系統(tǒng)數據塊（SDB）中。這時系統(tǒng)硬件組態(tài)完成了，可以將選擇的組態(tài)下載到PLC中。
完成硬件組態(tài)后，就可以進行程序的編制。西門子S7系列PLC采用的是“塊式程序結構”，用“塊”的形式來管理用戶編寫的程序及程序運行所需要的數據，組成完整的PLC應用程序系統(tǒng)（軟件系統(tǒng)）?！皦K”分為數據塊和邏輯塊，它們都存放在Blocks目錄下[8]。這些塊主要包括組織塊(OB)、數據塊(DB)、功能(FC)、功能塊(FB)和背景數據塊(DI)。我們選擇的程序語言是梯形圖(LAD)。
程序編制完成后需要對程序進行下載和調試。
5.1.3典型程序介紹
該程序段主要實現(xiàn)模擬量數據的轉化以及傳感器故障報警。在污水處理過程中，需要實時的采集和顯示溫度、流量、液位等模擬量信號。該程序的目的就是將采集的信號轉化為原始的工程量進行顯示。由于在污水處理的現(xiàn)場存在信號干擾，所以將內碼值在+200和-200之間的輸入視為干擾，不進行處理。然后將該內碼值送給FC105處理。FC105SCALE功能是接收一個整型值(INT)，并將其轉換為以工程單位表示的介于下限和上限(LO_LIM和HI_LIM)之間的實型值。
該程序檢測溫度傳感器是否故障。當一個溫度模擬量對應的整數值在-1000-2000范圍之外，我們視為傳感器故障。為了防止干擾引發(fā)的誤判斷，我們對故障時間進行計時。只有當時當該時間超過1000秒時，我們才對其進行報警處理。當時間未到，出現(xiàn)了正常信號時，需要對計時清零。
5.2上位組態(tài)畫面
本系統(tǒng)采用SIMATICWinCC組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行監(jiān)控。用戶登陸系統(tǒng)后看到主畫面顯示整個污水處理廠的工藝流程。通過主畫面上的幾個按鈕可以進入各個分畫面。分畫面包括工藝流程的各個部分以及報警、趨勢畫面。監(jiān)控畫面包括系統(tǒng)中的各個開關量和模擬量。監(jiān)控系統(tǒng)還可以完成實時報警顯示和報表打印。
5.2.1WinCC簡介
西門子公司的WinCC是WindowsControlCenter（視窗控制中心）的簡稱。它集成了SCADA、組態(tài)、腳本（Script）語言和OPC等先進技術，為用戶提供了Windows操作系統(tǒng)（Windows2000或XP)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。WinCC繼承了西門子公司的全集成自動化（TIA）產品的技術先進和無縫集成的特點。WinCC運行于個人計算機環(huán)境，可以于多種自動化設備及控制軟件集成，具有豐富的設置項目、可視窗口和菜單選項，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面進行組態(tài)、編程和數據管理，可形成所需要的操作畫面、控制畫面、監(jiān)視畫面、報警畫面、實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線和打印報表等。
5.2.2設計思路
程序運行時首先進入主畫面。主畫面顯示污水處理的整個工藝流程，同時在主畫面中顯示各個流程關鍵的開關量和模擬量的狀態(tài)，如設備的狀態(tài)、閘門前后液位、流量等。如果想了解現(xiàn)場更加詳細的狀態(tài)以及對設備進行遠程控制需要進入工藝流程的分畫面。分畫面中可以顯示實時報警、趨勢曲線。同時對重要模擬量進行歸檔，以便形成歷史趨勢曲線，便于以后進行查看和分析。如果用戶想對畫面進行操作，如設備控制、參數更改等，必須輸入用戶名和密碼進行登陸，以防止其他人員的誤操作。在登陸狀態(tài)下，不同的用戶具有不同的權限。在中央監(jiān)控室可以對現(xiàn)場的設備進行操作，參數采集以及現(xiàn)場儀表的數據顯示。
5.2.3設計步驟
一、啟動WinCC并新建項目
啟動WinCC，單擊“開始”>SIMATIC>WinCC>WindowsControlCenter6.0。選擇“文件”>新建，此時會出現(xiàn)項目類型選擇對話框。選擇單用戶項目，輸入項目名稱，在這里輸入“sewerage”，并選擇項目的存儲位置。
二、安裝通訊驅動程序
添加一個通訊驅動程序，鼠標右擊工程瀏覽器中瀏覽窗口中的“變量管理”，選擇“添加新的驅動程序”。在“添加新的驅動程序”對話框中選擇SIMATICS7ProtocolSuite.chn。單擊驅動程序前面的“+”，將會顯示當前驅動程序所有可用的通道單元。右擊MPI通道單元，在快捷菜單中選擇新的“驅動程序的連接”菜單項。在隨后顯示的連接屬性對話框中輸入PLCstation作為邏輯連接名，單擊“確定”按鈕。
三、定義變量
單擊“變量管理”>SIMATICS7ProtocolSuite>MPI前面的“+”，展開各自節(jié)點，鼠標右擊節(jié)點PLCstation，在快捷菜單中選擇“新建變量組”，輸入DI作為變量組名，同樣的建立DO、AI和AO變量組。建立變量組的目的是為了更好的管理這些變量。如果在一個項目中因處理大量的數據而需要很多的變量時，建議將變量組織為變量組。只有這樣才能在大型的項目中始終注意各種事件。一般可將完成同一功能的變量或屬于同一設備的變量歸結為一個組。在新建的幾個變量組中添加多個“標簽”，這些“標簽”，這些標簽對應PLC中的地址，數據類型也要和PLC中的數據類型保持一致。這樣，當我們運行項目時，PLC的數據就被采集到計算機中。這些數據用于在監(jiān)控畫面中顯示、歸檔、報表打印等。
四、創(chuàng)建過程畫面
1.設計主畫面
圖5.4上位機主畫面
主畫面顯示污水處理的整個工藝流程，包括顯示重要的模擬量輸入信號。在工藝流程主畫面的下方是一排按鈕，“主畫面”用于回到工藝流程主畫面；“工藝流程圖”用于進入各個工藝流程分畫面；“報表曲線”用于進入報表和趨勢曲線畫面；報警窗口用于顯示實時報警和歷史報警；“登陸”和“退出系統(tǒng)”用于用戶登陸和退出監(jiān)控系統(tǒng)。在監(jiān)控系統(tǒng)運行時按“Ctrl+L”，可以進入登陸狀態(tài)，用戶可以在登錄對話框中輸入用戶名和密碼進行登陸。當用戶點擊“退出系統(tǒng)”時會顯示退出登陸對話框，可以進行確認退出和取消退出，這樣可以防止用戶誤點擊退出系統(tǒng)。同時在畫面中始終顯示系統(tǒng)時間。
2.設計工藝流程分畫面
圖5.5格柵間畫面
在工藝流程分畫面的最上面有一排按鈕，用于在不同的工藝流程段分畫面之間切換包括。包括“格柵間”、“曝氣塵沙池”、“鼓風機房”、“生化反應池”、“二沉池”、“紫外線消毒”幾個按鈕。下面以格柵間為例看一下工藝流程分畫面的創(chuàng)建過程。選擇菜單“查看”>“庫”或單擊工具欄上的圖標，顯示對象庫中的對象中的目錄。雙擊“全局庫”后顯示全局庫中的目錄樹。單擊對象庫工具欄上的圖標，可以預覽對象庫中的圖形。選擇相應的對象，并將其托至畫面區(qū)中。拖動對象周圍的黑色方塊，改變對象的大小。同時在“標準對象”中選擇靜態(tài)文本以及“智能對象”中的輸入輸出對象放置在畫面中。
3.趨勢曲線畫面
要在運行系統(tǒng)中顯示趨勢曲線和表格畫面，首先需要進行過程值歸檔。過程值歸檔的目的是采集、處理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場的過程數據。以這種方法獲得的過程數據可用于獲取與設備的操作狀態(tài)有關的管理和技術標準。在運行系統(tǒng)中，可以以表格或趨勢曲線的形式輸出當前過程值或已歸檔的過程值，也可以將所歸檔的過程值作為記錄打印輸出。WinCC使用“變量記錄”組件來組態(tài)過程值歸檔，可以選擇組態(tài)過程值歸檔和壓縮歸檔，定義采集和歸檔周期，并選擇想要歸檔的過程值。在一個歸檔中可以定義要歸檔變量的不同采集類型?？梢允欠侵芷?、連續(xù)周期、可選擇周期以及一旦改變。
WinCC的圖形系統(tǒng)提供兩個ActiveX控件用于顯示過程值歸檔。在WinCC的畫面中插入WinCCOnlineTrendControl控件，以及WinCCOnlineTableControl控件。在控件的選項卡中設置標題、變量、字體等。
4.組態(tài)報警畫面
在WinCC中，報警記錄編輯器負責消息的采集和歸檔，包擴過程、預加工、表達式以及歸檔等消息的采集功能。消息系統(tǒng)給操作員提供了關于操作狀態(tài)和過程故障狀態(tài)的信息。他們將臨界狀態(tài)提早通知操作員，并幫助消除空閑時間。系統(tǒng)可以通過畫面和聲音的形式報告記錄消息時間，還可以用電子和書面的形式歸檔。報警可以通知操作員在生產過程中發(fā)生的故障和錯誤消息，用于及早警告臨界狀態(tài)或縮短停機時間。
WinCCAlarmControl作為顯示消息時間的消息視圖使用。用戶在組態(tài)時就可獲得高度的靈活性，因為希望顯示的消息視圖、消息行和消息塊均可在圖形編輯器中進行組態(tài)。在WinCC運行系統(tǒng)中，報警事件將以表格的形式在畫面中。在WinCC報警畫面中，添加WinCCAlarmControl控件，然后雙擊該控件，打開屬性對話框中的消息行選項卡，對在控件中顯示的項目進行設置，能夠顯示報警日期、時間、消息文本和錯誤點。
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