沈阳化工学院本科毕业论文三聚氯氰生产PLC控制系统操作站程序开发
摘要
三聚氯氰是一种重要的精细化工产品，具有广泛的用途，它是农药工业的中间体，是制造活性染料的原料，可做有机工业生产的各种助剂，如荧光增白剂、纺织物防缩水剂、表面活性剂等，是橡胶促进剂和国防用于制造炸药的原料之一，也是医药农药工业用于合成药物的原料。三聚氯氰用处繁多，但其生产是极其复杂的，又由于他的化学性质不稳定，液体状态容易外泄，生产过程中又会产生很多有毒气体，所以根本不适合人们亲自参与生产。建立三聚氯氰生产PLC控制系统是十分必须的。
三聚氯氰生产PLC控制系统使生产自动化，可使操作人员在办公室内看到生产流程的动态画面，从而更好的控制和调节生产。本次项目设计的控制系统采用WinCC人机画面作为上位机，有监控和数据采集（SCADA）功能，而且有组态、开发和开放功能。可实现创建画面，通过画面中按钮来实现对系统的起、停、故障处理等控制，从而实现远程控制；变量组态，工业现场的生产状况将实时地反映在组态画面上，从而更好的调节生产；过程值归档，以趋势曲线和表格的方式显示被归档的历史数据；报表打印，可在运行期间输出过程数据。实现对三聚氯氰生产过程的可调节控制。
关键词: 人机画面；监控和数据采集；WinCC
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Abstract
CNCL is a kind of important and fine chemical engineering product, have extensive use, it is the middle body of agrochemical industry, is the raw material which makes live dyestuff, can do organic industry and produce of various help, if the fluorescence increases a white, spin and weave a thing and defend a shrinkage, surface a live etc. is one of the raw material that rubber accelerant and national defense used for making explosive, is also medicine agrochemical industry used for synthesizing medicine of raw material. CNCL's use to are of a great variety, but its production is very and complicated, again because of his chemistry property unsteady, the liquid appearance leaks easily, in the production line again produce much poisonous air, so is basically unsuitable for people to participate production in person. Build up CNCL to produce a PLC control system is very have to.
the control system of the CNCL production PLC to make to produce automation, can make operation personnel Be transacting indoor see the dynamic state appearance of production process, thus better control and regulate production. This item design of control system adoption WinCC person machine the appearance is a place of honor machine, there aring supervision and data to collect (SCADA) function, and having a set of form , development and opening function. Can carry out to establish appearance, pass the button in the appearance to carry out to rise system, stop, break down a processing etc. a control, carry out a long range control thus; Change quantity set form , industry the spot of produce condition will solid hour ground reflection at set form appearance up, thus better regulate production; The process value returns back to file, the trend curve and the form is been returned back to file by manifestation of history data; The statement prints, can output a process data during the period of circulating. Realization to CNCL the adjustable stanza of the production line a control.
Keywords: interface of man-machine; SCADA; WinCC
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目录
第1章绪论 (1)
1．1 工程背景 (1)
1．2 WinCC组态软件 (1)
1．3 总体设计思想 (2)
第2章可编程控制器控制系统(PLC) (2)
2．1 PLC的定义 (2)
2．2 PLC的基本结构 (3)
2．3 硬件选型 (4)
第3章上位机监控的建立 (5)
3．1 WinCC主要功能概述 (6)
3．2 建立项目 (7)
3．3 组态项目 (8)
3.3.1 配置PLC驱动 (8)
3.3.2 建立连接 (9)
3.3.3 建立内部变量 (10)
3.3.4 建立过程变量 (10)
3．4 图形设计编辑器介绍 (11)
3.4.1 WinCC图形设计编辑器 (11)
3.4.2 图形设计面板 (13)
3.4.3 对象选项板—标准对象 (14)
3.4.4 使用WinCC图库 (15)
3．5 生成动态对象 (16)
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3.5.1 用图形设计器生成动态对象 (16)
3.5.2 理解WinCC中图形对象 (19)
3．6 用报警存档编辑器生成报警消息 (19)
3.6.1 WinCC报警存档系统概述 (19)
3.6.2 WinCC的信息系统 (20)
3．7 变量存档编辑器的过程数据存档 (26)
3．8 用报表设计器生成报表 (32)
第4章WinCC通讯 (34)
4．1 的通讯原理 (34)
4．2 通讯步骤 (35)
结束语 (36)
参考文献 (37)
致谢 (38)
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第1章绪论
1.1工程背景
三聚氯氰是一种重要的精细化工产品，具有广泛的用途，它是农药工业的中间体，是制造活性染料的原料，可做有机工业生产的各种助剂，如荧光增白剂、纺织物防缩水剂、表面活性剂等，是橡胶促进剂和国防用于制造炸药的原料之一，也是医药农药工业用于合成药物的原料。三聚氯氰产品在工业方面，具有广泛的用途，目前用量较大的是用来生产除草剂，农药，活性染料和荧光染料。三聚氯氰用于农药、活性染料、荧光增白剂及其他助剂,是一种常用的活化剂,价廉易得但毒性较大,与空气混合后会形成有刺激性气味的气体,这种化学物品具有毒性,并可能对人体造成伤害。
由于三聚氯氰的化学性质不稳定，生产也容易对人体造成伤害，所以这里我们设计三聚氯氰生产PLC控制系统，使用WinCC监控界面来实现对其生产的监视，调节与控制，实现良性循环生产。
1.2WinCC组态软件
西门子公司WinCC是Windows Control Center (视窗控制中心)的简称。它集成了SCADA、组态、脚本(Script)语言和OPC等先进技术，为用户提供了Windows操作系统(Windows 2000或XP)环境下使用各种通用软件的功能。WinCC继承了西门子公司的全集成自动化(TIA)产品的技术先进和无缝集成的特点。
WinCC是一个真正开放的，面向监控与数据采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）软件，可在任何标准PC上运行。WinCC操作简单，系统可靠性高，与STEP 7功能集成，可直接进入PLC的硬件故障系统，节省项目开发时间。运行于个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、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等。它为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短了软件设计周期，而且提高了工作效率。WinCC的另一个特点在于其整体开放性，它可以方便地与各种软件和用户程序组合在一起，建立友好的人机界面，满足实际需要。
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沈阳化工学院本科毕业论文三聚氯氰生产PLC控制系统操作站程序开发1.3 总体设计思想
组态WinCC人机界面、编程和数据管理，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等。与相应的Step7连接，构成plc控制系统，能够监视、控制并调节三聚氯氰的生产过程。
（1）西门子WinCC V6
（2）使用图形编辑器绘制各种画面
（3）实时记录各种变量的值并归档
（4）启动报警记录，当某些变量超过一定值时会自动报警
（5）实时打印变量报表
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第2章可编程控制器控制系统
可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称为PC或PLC
2.1PLC的定义
PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC作了如下定义：
“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”
以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义：
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”
总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。
2.2PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机相同如图所示：
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图2.1PLC结构图
（1）中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统或采用三CPU的表诀式系统，这样即使某个CPU出现故障整个系统仍能正常运行。
（2）存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
（3）电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一
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般交流电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将PLC直接连接到交流电网上去。
2.3 硬件选型
可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。
面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容，没有一个统一的标准，无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法，可以在挑选PLC时作为参考。
（1）工作量
这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的首要条件，一般选择比控制点数多10%~30%的PLC。
（2）工作环境
工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。（3）通信网络
现在PLC已不是简单的现场控制，PLC远端通信已成为控制系统必须解决的问题。
（4）编程
程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内。
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第3章上位机监控的建立
上位机是指：人可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。在概念上，控制者和提供服务者是上位机。现在市场上上位机监控软件种类繁多，这里我们将着重介绍西门子WinCC 6.0。
WinCC是在生产过程自动化中解决可视化和控制任务的工业技术系统。它提供了适用于工业的图形显示、信息、归档以及报表的功能模板。高性能的过程藕合、快速的画面更新、以及可靠的数据传送使其具有高度的实用性。除了这些系统功能外，WinCC还提供了开放的界面用于用户解决方案。这使得将WinCC参与复杂、广泛的自动控制解决方案成为可能。
3.1 WinCC主要功能概述
图3.2WinCC主要功能
WinCC具有第一流的完整的一套编程器，为现代工业应用提供了所需的核心功能。
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（1）对象相关的图形编辑器:
标谁工具:很多的分层，选项板，调整定位
用于简化起动的向导
Active X支持OLE控制和元件
用户化的对象开发环境
（2）报警存档和信息编辑器
位，模拟量和时间报警
内建存档报表
（3）变量存档编辑器:
用户化的数据存储能力
实时和历史曲线和数表
（4）连通性
西门子S5, S7
支持第三方设备:Allen Bradley, Modicon, GE, Modbus, DDE和OPC接口变量标签管理器:
可用所有的数据类型，包括UNICOD支持和64位FP变量。
可引入和输出变量标签表
（5）变量标签管理器:
.可用所有的数据类型，包括UNICOD支持和64位FP变量。
可引入和输出变量标签表
（6）用户管理员(安全性):
WinCC允许生成用户和用户组，有点像NT的“用户管理员”。所有的编辑器都可以为运行控制进行安全性设置。
（7）SQL和ODBC:
SQL Anywhere 5.0数据库。
通过ODBC和SQL接口访问过程数据。
（8）多语言支持
WinCC允许在线进行各种标谁语言的切换。
输出工具允许项目的容易组态支持其它语言。
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3.2 建立项目
（1）启动WinCC
启动WinCC ,单击“开始”>SIMA TIC>WinCC>Windows Control Center 6.0菜单项。
（2）建立一个新项目
建立“我的工程”项目的步骤如下：
●选择“单用户项目”并单击“确定”按钮。
●在“新项目”对话框中输入“我的工程”作为项目名，并为项目选择一个项目路径。如有必要可以对项目路径重新命名；否则，将以项目名作为路径中的最后一层文件夹的名字。本次关闭WinCC 前所打开的项目，在下一次启动WinCC 是也将自动打开。如果本次关闭WinCC 前项目是激活的，则下一次启动WinCC 也是将自动激活所打开的项目。
●打开WinCC 资源管理器，实际窗口内容根据配置情况有细微差别。窗口的左边为浏览窗口，包括所有已安装的WinCC 组件。有子文件夹的组件在其前面标有符号“+”，单击此符号可显示此组件下的子文件夹。窗口右边显示左边组件或文件夹所对应的元件。
图3.3 我的工程
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●在导航窗口中单击“计算机”图标，在右边窗口中将显示与用户的计算机名一样的计算机服务器。右击此计算机，在快捷菜单中选择“属性”菜单项，在随后打开的对话框中可设置WinCC运行时的属性，如设设置WinCC运行系统的启动组件和使用的语言等。
3.3 组态项目
WinCC变量标签是可设地址的变量，对应内部或外部过程数据。简单地说，变量标签就是WinCC与过程通讯所要监视的对象。
3.3.1配置PLC驱动
为了与外部设备进行通讯，必须组态用于该设备的通道。通道就是在设备和WinCC之间生成的逻辑接口的驱动器，要想在你的项目中加人一个新的驱动器，右击变量管理，并选择“添加新的新驱动程序”。
图3.4添加驱动
在“添加新的驱动程序”对话框中，选择一个驱动程序，例如选择SIMA TIC S7 Protocol Suite.chn,并单击“打开”按钮，所选择的驱动程序将显示在变量管理的子目录下。
单击所显示的驱动程序前面的“+”，将显示当前驱动程序所有可用的通道单元。通道单元可用于建立与多个自动化系统的逻辑连接。
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3.3.2 建立连接
右击MPI 通道单元，在快捷菜单中选择“新驱动程序的连接”菜单项。在随后打开的“连接属性的对话框中输入PLC1作为逻辑连接名，单击“确定”按钮。
图3.5 建立连接
3.3.3 建立内部变量
右击“内部变量”图标，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单项。
图3.6 新建内部变量
3.3.4 建立过程变量
在建立过程变量前，必须先安装一个通讯驱动程序和建立一个逻辑连接。在前面已建立了一个名为PLC1的逻辑连接。
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单击“变量管理”>SIMA TIC S7 PROTOCOL SUITE>PROFIBUS 前面的“+”，展开各自节点，右击出现的节点PLC1，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单项。建立外部变量组temp 、pre 、flow 、alarm 。具体如下图所示：
图3.7变量组
在外部变量temp 变量组下再建立如变量，并且设置变量属性为有符号16位数如下图所示：
图3.8 在变量组中添加变量
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同理，再对pre ，flow, alarm 变量组分别建立变量，然后再设置变量属性。
3.4 图形设计编辑器介绍
3.4.1 WinCC 图形设计编辑器
所有的WinCC 运行应用都集中在图形设计编辑器生成的可视界面中。它允许用户开发图形用户界面(GUI )用于当前的应用，监视过程数据，浏览其它WinCC 编辑器中的应用以及综合安全性。设计完好的可视界而使用户易于对过程数据，系统报警，信息和其它事件进行说明井做出响应。它还易于在屏幕画而进行切换，监视报警和事件，操作员培训的要求降低为最少。
图形编辑器是用于创建画面并使其动态化的编辑器。只能为WinCC 项目管理器中打开的项目启动图形编辑器。WinCC 项目管理器可以用来显示当前项目中的可用画面的总览。WinCC 图形编辑器所编辑图面文件的扩展名为.PDL 。
图3.9 图形编辑器
打开一在组态模式下打开编辑器的一个新的空白.PDL 文件。
新图形一生成一个新的.PDL 文件，它将列人控制中心的浏览器中。
图形OLL 一允许一些重要的用户定义的智能对象加人到图形设计器的对象选项
板中。
转换一将WinCC 旧版本的图形或图库对象转换到与当前版本相兼容。
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查找一使用户利用标谁的Windows find 功能查找变量标签或.PDL 文件中的对
象。这对于当用户希望搜索某个变量标签用于哪些项目图形文件时非常
有用。
属性一显示当前的版本，创建号和WinCC 选择安装。
3.4.2图形设计面板
图3.10 图形设计面板
画面名：显示当前编辑的画面名。
调色板：允许快速选择有焦点对象的颜色。
调焦板：允许设计时调焦，放大或缩小细节。
层次条：设计时0-15层ON 或OFF 切换，以显示或隐藏相应层的对象。用于分层图形。
对齐板：用于多个对象的对齐和空间大小的标谁工具。
对象选项板：用于设计图形页的图形对象和形状。标准对象提供原始的形状和文本对象。智能对象提供通用，全功能对象，例如，滚动条和I/O (输人/输出)域。
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窗口对象：具有在Windows 应用中相似的对象。
风格选项板：允许为线和填充物格式进行快速选择。
向导工具条：WinCC 向导允许通过菜单驱动界面生成复杂的对象。
3.4.3对象选项板一标准对象
要想使用对象，用户只需简单地选中所要的对象，然后将光标拖到当前工作的PDL 中相应的区域中，光标将变成你所选的对象。左击和拖放对象到所需的大小，然后松开鼠标键。该对象将出现在拖放的区域
图3.11 对象选项板
（1）标谁对象：生成复杂对象的原始形状。
静态文字：允许生成对象的文字标题。一旦一个复杂的对象由多种不同的形状生成，这些可能‘组合’起来形成一个简单的对象，或用“智能”属性生成用户定义对象。
（2）智能对象：用于通用任务的已做好的对象。
应用程序窗口：允许插入在报警，变量存档或其它WinCC 编辑器中生成的应用。
画面窗口：允许从一个公共窗口观看WinCC 图形画面。
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OLE 元素：允许在当前图形中插人OLE 对象。
输人/输出域：具有通过WinCC 变量标签读或写过程值的能力。
棒图：全功能棒图显示。
图形对象：允许插人一个位图或图形文件。
状态显示：含有多个图形文件数组的特殊对象。这些图形文件与一个数值状态相连。将某状态选定，则相应的图形显示出来。
文本列表：允许用户从列表中选择一项，该项与一个数字ID 相连。
（3）窗口对象：含有与Windows 程序连接的标谁对象。
按钮：当按下或松开时，允许执行一个事件。
复选框：允许多项选择。
选项组：只允许单一选择。
滚动条对象：全功能滚动条对象，允许线性增加减少通过WinCC 变量标签的过程数据。
3.4.4使用WinCC 图库
WinCC 图库可以从工具条或下拉式菜单中打开(如图所示)。图库中提供了许多图形，符号和智能对象，这些对象供拖放到画面中进行组态。图库分为2部分：全局图库含有已做好的对象，分为几大类。项目图库，每个WinCC 项目是唯一的并保存用户生成的专用对象。用户可以简单地将任何生成的专用对象拖人项目图库中，井给它一个名称。然后，该对象可在当前的项目中或传到其它的WinCC 项目中多次使用。在该对象中支持所有的属性C 脚本和赋值。
在WinCC 图库中，找到你所希望使用的对象，然后用鼠标拖到工作区即可。
图3.12 WinCC 图库
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这里，我们使用WinCC 图库，绘制本项目的工艺流程图，如下图：
图3.13 工艺流程图
3.5 生成动态对象
3.5.1 用图形设计器生成动态对象
图形用户接口(GUI )的主要目的，是用于为软件应用提供一个易于使用的操作员界而。使用图标和画面比使用文本界面对操作员的知识技巧培训要求要少得多。随着Windows 应用的发展，这种类型的界面将更加广泛使用;随着每一次处理器技术的重大改进，用户对这些界面的功能展望又进一步。其结果是，这些应用对于用户来说更加容易，对于软件开发人员来说更具挑战性。在那些专门设计可视应用界而的软件开发人群中流传着一个旧格言:“程序越容易使用，开发越困难”。WinCC 图形设计编辑器提供三种工具，使用户能够按Windows 质量标谁开发可视应用，而不需要通常与这些功能连接所必需的内务操作。
（1） 直接连接
该工具允许用户在一个对象事件基础上，组态从“源”到“目标”之间动态传送任何类型的数据。
“直接连接”可用于组态画面切换键，读或写数据到过程变量标签