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1、XXXX大学学士学位论文1 绪论1.1 项目背景及研究意义随着科学技术的发展，自动控制系统应用的越来越多，引入电动调节阀得到了广泛的应用，可靠性大大提高，使得电动调节阀成为控制清酒罐夹套冷却液流量的重要器件。当今世界能源紧张成为全球性问题，节能更显重要，而电动调节阀的应用对电力、石油、化工、冶金、水资源等工业中的风机、水泵、压缩机等，显著提高节能效果。此外，还可以在控制室内对冷却夹套实行监控进而实现对控制系统的远程操作。近年来，有可编程控制器来控制冷却夹套的方案已受到越来越多的重视。用户通过友好的人机界面实现对冷却夹套的冷却液流量及清酒罐内清酒温度的监视及故障报警。利用西门子组态软件WinCC
2、 V6.0编制的人机界面具有直观，操作简单方便等优点。总线采用抗干扰能力强，一般工业控制所经常采用的RS-485。控制程序运行后，能监视清酒液温度的设定值过程值和输出值，并能对冷却夹套的运行状态进行控制。这样，现场所有操作都可以在控制室内完成，最大限度的减轻了操作人员的负担，改善工作环境，提高企业的自动化水平。设计清酒罐的温度监控系统可确保清酒罐始终工作在最佳状态，提高清酒罐的工作效率，不仅可以节省电能，而且可以实现操作人员的远程操作，使操作过程更安全可靠。同时，监控组态软件的数据采集和监控功能可以把系统的运行状态和数据采集并显示在人机交互界面上，工人在控制室就可以全面了解系统各部分的工作状况
3、，劲儿控制其运行过程和状态。这一功能大大改善了工人工作的条件，提高了自动化程度和管理水平。因此，清酒罐的温度监控系统不仅可以大大节约能源，而且可以提高生产自动化水平，具有显著的经济效益和社会效益。1.2 WinCC的应用西门子视窗控制中心SIMATIC WinCC(Windows Control Center)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Control Engineering杂志评为最佳HMI软件，以最短的时间发展成为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，SIMATIC WinCC秉承西门
4、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与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。WinCC V6.0采用标准Microsoft SQL Server 2000(WinCC V6.0以前版本采用Sybase)数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能，可使经历、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
5、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SMATIC S5,S7和505系列PLC连接的方便和通讯的高效；WinCC与STEP 7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SIMATIC PLC进行系统诊断的选项，给硬件维护提供了方便。性能特点WinCC具有以下性能特点：创新软件技术的使用。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。包括所有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
6、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系统组件简历。可灵活裁剪，由简单任务扩展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。众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要求。使用Microsoft SQL Server 2000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，WinCC OLE-DB和ADO方便地访问归档数据。强大的标准接口(如OLC，ActiveX和OPC)。WinCC提供了OLE，DDE，
7、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。使用方便的脚本语言。WinCC可编写ANSI-C和Visual Basic脚本程序。开放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-API)。这意味着可以在用户程序中集成WinCC的部分功能。具有想到的简易(在线)组态。WinCC提供了大量的向导来简易化组态工作。在调试阶段还可以进行在线修改。可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、一级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言。
8、提供所有主要PLC系统的通讯通道。作为标准，WinCC支持所有连接SIMATIC S5/S7/505控制器的通讯通道，还包括PROFIBUS DP，DDE和OPC等非特定控制器的通讯通道。此外更广泛的通讯替你感到可以由选件和附加件提供。与基于PC的控制器SIMATIC WinAC紧密接口，软/插槽式PLC和操作、监控系统在一台PC机上相结合无疑是一个面向未来的概念。在此前提下，WinCC和WinAC实现了西门子公司基于PLC的、强大的自动化解决方案。全集成自动化TIA(Totally Integrated Automation)的部件。TIA集成了西门子公司的各种产品包括WinCC。WinCC
9、是工程控制的窗口，是TIA的中心不见。TIA意味着在组态、变成、数据存储和通讯等方面的一致性。SIMATIC PCS7过程控制系统中的SCADA部件，如SIMATIC PCS7是TIA中的过程控制系统；PCS7是结合了基于控制器的制造业自动化优点和基于PC的过程工业自动化优点的过程处理系统(PCS)。基于控制器的PCS7对过程可视化使用标准的SIMATIC部件。WinCC作为PCS7的操作员站。符合FDA21CFR Part的要求。集成到MES和ERP中。标准接口使SIMATIC 成为在全公司范围IT环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程，将范围扩展到工厂监控级，为公司管理MES(制造执行
10、系统)和ERP(企业资源管理)提供管理数据。产品分类1.Power Tags定义WinCC的变量分别为内部变量和过程变量。把与外部控制器没有过程连接的变量叫做内部变量。内部变量可以无限制地使用。相反，与外部控制器(例如PLC)具有过程连接的变量叫做过程(俗称外部变量)。Power Tags是指授权使用的过程变量，也就是说，如果购买WinCC具有1024个Power Tags授权，那么WinCC项目在运行状态下，最多只能有1024个过程变量。过程变量的数目和授权使用的过程变量(Power Tags)的数目显示在WinCC管理器的状态栏中。2.WinCC产品分类WinCC产品分为基本系统、WinC
11、C选件和WinCC附加件。WinCC基本系统分为完全版和运动版。完全版包括运行和组态版本的授权，运行版仅有WinCC运行的授权。运行版可以用于显示过程信息、控制过程、报告报警事件、记录测量值和制作报表。根据所连接的外部变量数量的多少，WinCC完全版和运行版都有5种授权规格：128个、256个、1024个、8000个和65536个变量(Power Tags)。其中的Power Tags是指存在过程连接到控制器的变量，不管此变量是32位的整型数，还是1位的开关量信号，只要给此变量命名并连接到外部控制器，都被当作1个变量。相应的授权规格决定所连接的过程变量的最大数目。无过程连接的内部变量可以被无限
12、制地使用。3.WinCC系统构成WinCC基本系统是很多应用程序的核心。它包含以下九大部件：(1)变量管理器变量管理器（tag management)管理WinCC中所使用的外部变量、内部变量和通讯驱动程序。(2)图形编辑器图形编辑器(graphics designer)用于设计各种图形画面。(3)报警记录报警记录(alarm logging)负责采集和归档报警消息。(4)变量归档变量归档(tag logging)负责处理测量值，并长期存储所记录的过程值。(5)报表编辑器报表编辑器(report designer)提供许多标准的报表，也可设计各种格式的报表，并可按照预定的时间进行打印。(6)全
13、局脚本全局脚本(global script)是系统设计人员用ANSI-C及Visual Basic编写的代码，以满足项目的需要。(7)文本库文本库(text library)编辑不同语言版本下的文本消息。(8)用户管理器用户管理器(user administrator)用来分配、管理和监控用户对组态和运行系统的访问权限。(9)交叉引用表交叉引用表(cross-reference)负责搜索在画面、函数、归档和消息中锁使用的变量、函数、OLE对象和ActiveX控件。1.3 可编程序控制器的应用PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内
14、部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工
15、程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多
16、，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产
