基于PLC、称重模块、触摸屏的工业配料自动控制

摘 要

自动配料系统是一个针对各种不同类型的物料（固体或液体）进行输送、配比、加热、混合以及成品包装等全生产过程的自动化生产线。广泛应用于化工、冶金、建材、食品、饲料加工等行业。本文介绍了一种基于西门子PLC和新型称重配料控制器ID551的技术特性。根据西门子s7-200 PLC和称重仪表作为控制器,以完成控制过程。液体灌装配料系统主要由s7-200 PLC,称重仪表,HMI和四通道灌装设备构成。通过对称重仪表清零和标定等参数的设置，来完成相应的设置质量的精确称重。设置校准标定值为1Kg, 允许误差范围在10 g以内。系统采用慢喂阀和快喂阀两种方式添加原料，是为了达到高速、准确的目的。在设计本系统过程中考虑了可能影响系统误差诸多因素，如液体在空中停留的时间即空中飞料时间、影响水流速快慢的压力大小即蓄水池液位等。为了进一步减小误差，我们可以通过设置空中飞料时间来调整，设置空中飞料时间为1s。当称重结束时，完成称重，开始放料。当称重仪表称的桶中液体质量为零时，此时放料结束，完成一次原料称重。整个过程可以通过触摸屏设置并观测。把水、水泥、砂、碎石,分别在四个通道称重，当且仅当四个通道放料阀都处于复位状态时，搅拌电机开始工作，原料进行搅拌，完成一个工业配料的实际应用——混凝土搅拌自动控制系统。基于PLC、称重仪表、触摸屏的工业配料自动控制，可在材料精确、快速称重的生产行业进行应用。

关键词：PLC；称重仪表；人机界面；工业配料。

I

Title：Based on PLC and weighing instrument, touch screen,

industrial automatic control

Abstract

Automatic batching system is one for all the different types of materials（Solid or liquid）In transmission、Matching、heating、mingle and so on. Then form the whole production process automation production line. Be widely used in chemical industry, metallurgy industry, building materials industry, food industry, feed processing industry etc. To introduce this system, the article takes a method to solve it. Liquid filling batching system is mainly composed of S7-200 PLC, weighing instrument, HMI and liquid filling equipment of four channels. Through to the weighing instrument reset Settings, Setting the calibration value set etc. To complete the corresponding setting quality and accurately of weighing, then setting calibrating the calibration value to 1 kg, allowed error range of 10 g. Set the air time to 1s. When the dosing and at the beginning of the start switch, then give S7-200 PLC a rising edge. In the design of this system in the process of considering many factors may affect the system error, calculating the air time. And the pressure of the reservoir water level size affect water pipe water injection flow rate, etc. In order to further decrease the error, we can set up through the air to fly time value to adjust it. When four of discharging valve are reset, mixer began to stir, then complete an industrial weighing ingredients. And industrial ingredients, weighing module, touch screen based on PLC automatic control system design, available in high precision material accurate formula of raw material and production industry.

Keywords: Programmable Logic Controller; Weighing instrument; Human Machine Interface ; Industrial ingredients.

II

目 录

第一章 绪论 ............................................................ 1 1.1 课题的提出 ........................................................ 1 1.1.1 工业配料自动控制系统设计的提出 ............................... 1 1.1.2 课题设计的目的和意义 ......................................... 1 1.2 工业配料技术的前景 ................................................ 2 1.3 课题设计的主要内容 ................................................ 2 1.3.1 系统实现原理 ................................................. 2 1.3.2 硬件电路的实现 ............................................... 2 1.3.3 软件程序的编制 ............................................... 3 1.3.4 误差分析 ..................................................... 3 1.4 课题设计的基本要和技术参数 ........................................ 3 1.4.1 课题设计的基本要求 ........................................... 3 1.4.2 系统的主要技术参数 ........................................... 3 第二章 系统设计实现方案与原理 ......................................... 4 2.1 引言 .............................................................. 4 2.2 系统的设计方案及PLC选型 .......................................... 4 2.2.1 设计方案论证 ................................................. 4 2.2.2 PLC选型方案论证 .............................................. 6 2.2.3 S7-200 PLC的特征 ............................................. 9 2.2.4 S7-200的主要组成部件 ......................................... 9

2.2.5 原理分析 ..................................................... 10

2.3 本章小结 ......................................................... 11 第三章 自动配料系统硬件设计 .......................................... 12 3.1 引言 ............................................................. 12 3.2 自动配料系统简介 ................................................. 12 3.2.1 自动配料系统的特点 .......................................... 12 3.2.2 自动配料系统组成 ............................................ 12 3.3 自动配料系统的设计 ............................................... 13 3.3.1 配料系统 .................................................... 13 3.3.2 配料系统的组成 .............................................. 14 3.4 称重仪表的选择及参数的设定 ....................................... 15 3.4.1 称重仪表的介绍 .............................................. 15 3.4.2 键盘菜单 .................................................... 16

III

3.4.3 预置点应用 .................................................. 20 3.5 系统硬件连接 ..................................................... 20 3.5.1 系统硬件连接总体框图 ........................................ 20 3.5.2 称重仪表端口设置 ............................................ 21 3.5.3 输入/输出接线 ............................................... 22 3.5.4 S7-200接线图 ................................................ 22 3.6 称重传感器 ....................................................... 23 3.6.1 称重传感器特点 .............................................. 23 3.6.2 称重传感器原理 .............................................. 23 3.6.3 称重传感器接线 .............................................. 23 第四章 软件设计 ...................................................... 26 4.1 引言 ............................................................. 26 4.2 顺序控制法 ....................................................... 26 4.2.1 顺序控制 .................................................... 26 4.2.2 顺控系统的结构 .............................................. 26 4.2.3 顺控功能图的结构 ............................................ 28 4.3 监控组态软件WINCC简介和应用 ..................................... 31 4.3.1 WINCC简介 ................................................... 31 4.3.2 WINCC的特点 ................................................. 31 4.3.3 WINCC的组态 ................................................. 33 4.3.4 操作界面设置 ................................................ 33 4.3.5 操作站的选配 ................................................ 35 4.4 软件流程图 ....................................................... 35 4.4.1 主程序流程图 ................................................ 35 4.4.2 整体软件流程图 .............................................. 36 4.5 PLC 控制梯形图 ................................................... 37 4.5.1 单桶配料梯形图 .............................................. 37

4.6 误差分析 ......................................................... 39

第五章 全文总结 ...................................................... 40 致 谢 ................................................................ 41 参 考 文 献 ........................................................... 42

IV

第一章 绪论

1.1 课题的提出

1.1.1 工业配料自动控制系统设计的提出

在带有自动化配料系统的工业生产中，配料工序是工业生产过程中非常重的环节，在混凝土制作过程中的纤维水泥浆由水、水泥、砂、碎石,等四种物料接一定比倒进行配制的，其配料精度直接影响着混凝土。因此，精确、高效的称量设备不仅能提高生产率，而且是生产优质混凝土的保证。

国内配料厂前期投入使用的微机配料系统大部分是国外引进的，随着我国电脑工业的发展．微机配料系统已逐步国产化，我国许多科研、生产单位都投入到开发生产的行列。配料系统普遍存在的问题是：配料精度低、机电控制部分的可靠性差，缺少数据库管理生产以及对生产过程的实时动态监视。配料精度低的主要原因是电子称系统的动态性范围小，而可靠性差，主要是中间继电器和微机控制系统的可靠性低所致。本设计中的配料系统可减少人的重复操作，并且它还可以完成人无法元成的操作，从而太太地提高工业生产效率。

结合混凝土搅拌的工艺控制要求与特点，这次设计采用了德国西门子公司 S7-200 PLC系类可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，来进行控制。为了实现生产过程的动态监视，使用西门子触摸屏与PLC相连接，在彩色屏幕上显示出生产过程设备运行的状况和生产中的数据。经实际运行，该系统技术性能忧良，运行稳定可靠，操作主观方便。

改革开放30年来，我国工农业取得举足轻重地发展，各行业生产的产品随着市场的不断壮大，产品批量也逐步扩大；工业称重仪表种类很多，且应用领域广泛，对国民经济的发展有着巨大的影响；称重仪表属计量领域，计量同其它高科技一样，是国家之间竞争的重点之一。本文工业称重仪表主要应用于定量包装称重领域，是将机械、电气、电子、计算机、自动控制结合在一起的计量设备。称重仪表性能的好坏直接影响到生产企业的经济效益。本文采用的称重仪表实现了高称重精度和高称重速度，满足了工业生产的需要。

本文以西门子S7-200系列PLC 配合ID551型称重仪表实现对配料生产线自动控制设计进行详细的阐述。 1.1.2 课题设计的目的和意义

本文介绍了一种基于西门子PLC和新型称重配料控制器ID551的四通道灌装设备自动控制系统。系统实现称重仪表的称重，将信号传递给控制器即西门子S7-200 PLC，由程序控制阀门动作，达到精准快速称重的目的。可以用在四通道灌装原料的定量称重。精确度高，误差范围10g。通过触摸屏可以检测整个工业配料过程，对于高自动

1

3.5.3 输入/输出接线

图3-5 仪表输入输出接线示意图

3.5.4 S7-200接线图

我们选择的S7-200 PLC 226CN继电器输出。输入输出接线图如下。

图3-6 S7-200输入输出接线图

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3.6 称重传感器

3.6.1 称重传感器特点

称重传感器由组合式S型梁结构及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点。广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子称的一次仪表。 3.6.2 称重传感器原理

被称重物或者载重汽车置于秤台上，在重力效用下，秤台将重力通报至扭捏支承，使称重传感器弹性体孕育发生形变，贴附于弹性体应变梁上的应变计桥路掉去均衡，输出与重量数据成比例的电旌旗灯号，经度性放大器将旌旗灯号放大。再经A/D转换为数码旌旗灯号，由仪表的微措置惩罚机（CPU）对重量旌旗灯号举行措置惩罚后直接预示重量数据。设置打印机后，便可打印记载称重数据，要是设置计较机可将计量数据输入计较机办理体系举行综合办理。 3.6.3 称重传感器接线

1. 接线图

称重传感器可以采用两种不同的输入、输出接线方法：一种是四线制接法，另一种是六线制接法(如图3-7)。四线制接法（如图3-8）的称重传感器对二次仪表无特殊要求,使用起来比较方便,但当电缆线较长时,容易受环境温度波动等因素的影响;六线制接法的称重传感器要求与之配套使用的二次仪表具备反馈输入接口,使用范围有一定的局限性,但不容易受环境温度波动等因素的影响,在精密测量及长距离测量时具有一定的优势。

EXN-EXC-SIG-SHELDSIG+EXN+EXG+图3-7 六线制接线图

在称重设备中，四线的传感器用的比较多，如果要将六线传感器接到四线传感器的设备上时，可以把反馈正（黄）和激励正（绿）接到一起，反馈负（蓝）和激励负（黑），接到一起。信号线要注意一点就是，红色和白色在两种类型的传感器上对应的输出信号是不一样的。

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红输入+白输出-黑输入-绿输出+

图3-8 四线制接线图

2. 称重传感器的接线手法

目前我国有不少称重传感器制造企业同时生产两种不同制式的称重传感器，只是通过简单地换用四芯或六芯线来生产四线制或六线制称重传感器，也未在用户使用说明书中说明六线制接法的称重传感器使用限制或错误使用可能带来的测量误差；称重传感器可以采用两种不同的输入、输出接线方法，一种是四线制接法，另一种是六线制接法.四线制接法的称重传感器对二次仪表无特殊要求，使用起来比较方便，但当电缆线较长时，容易受环境温度波动等因素带来的干扰影响，从而影响电子衡器的计量性能；六线制接法的称重传感器要求与之配套使用的二次仪表具备反馈输入接口，使用范围有一定的局限性，但不容易受环境温度波动等因素带来的影响，在精密测量及长距离测量时具有一定的优势。因此建议有关传感器制造企业及用户高度关注以下三个大问题：

（1） 六线制称重传感器测试过程中必须注意的问题

由于六线制传感器与六连线四线制传感器外观上无法区分，因此，计量检定人员在对传感器进 行测试前，若发现传感器输入输出电缆线有六根导线时，应当明确该传感器是否六线制传感器，对 于六线制称重传感器的测试不能采用精密数字电压表进行，必须采用带反馈接口的有源测量仪表，常用的测试仪表有DMP39、DK38、MGCPlus等德国制造的精密数字测量仪及国产的一些专用传感器测试仪表。测试时必须确保称重传感器的每一根导线直接到测量仪表的各相应端口，否则将产生较 大的测量误差。

（2） 六线制称重传感器使用过程中必须注意的问题

前面已经提到，六线制称重传感器补偿过程中不考虑电缆线对灵敏系数的影响，因此使用时必须选用适用于六线制称重传感器的测量仪表；实际上对使用多于一台称重传感器的电子衡器而言，通常需要通过接线盒并联调整后再接到称重仪表中去；据我们了解，目前有些衡器制造企业使用称重传感器时将六线制传感器的激励和反馈同

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极性简单并联按四线制接入接线盒再用六线电缆按六线制方式接入仪表；或将四线制传感器部分电缆线剪掉后接入接线盒再按六线制方式接入仪表。实际上这两种接法都完成破坏了称重传感器的原来的温度补偿效果，使电子衡器在冬夏季节之间因温 度差异产生很大的称量误差。准确的使用方法是，当使用六线制称重传感器时应当将称重传感器的 反馈线直接接入称重仪表的反馈线端口，不允许在接线盒中将同极性的激励与反馈线短接；使用四线制传感器时在接入接线盒前不允许改变传感器电缆线的原始长度，而接线盒到仪表之间必须使用六线制接法。

（3） 六线制接法的称重传感器制造过程中必须注意的问题

电缆线作为传感器的一个重要组成部分，对传感器的计量性能有着重要的影响；由于电缆线的 芯线本身采用铜线制成，而铜的电阻温度系数大约在0.004/℃左右，对于四线制接法的称重传感器 而言，电缆线不仅因自身电阻的存在影响传感器的输出灵敏系数，而且由于电缆线本身的电阻随温度产生变化，因此还将影响传感器的系数温度影响；因此，在称重传感器灵敏系数温度补偿时必须将电缆线放入补偿箱一并考虑。

但对于六线制接法的称重传感器而言，由于反馈线的存在，电缆线 并不影响传感器的输出灵敏系数，因此在称重传感器灵敏系数温度补偿时若采用普通非六线制测量仪表就不能将电缆线放入补偿箱一并考虑，否则传感器将产生严重欠补偿，除非补偿时按六线制进 行测量；例如对一个输入阻抗为380Ω，电缆线长度为10米（若线电阻为2×1.5=3Ω）其欠补偿量大约为0.015%/10℃,这已经远远超出C3级称重传感器的标准要求。由于我国幅原辽阔，大部分 地区冬夏温差在40℃左右，由此环境温差将给电子衡器带来的0.06%的称量误差。因此，传感器制 造企业必须根据不同制式传感器制定不同生产工艺。

称重传感器一般出线：红色为激劢电源+ 黑色为激劢电源— 绿色为输出信号+ 白色为输出信号—激劢电源为DC5 相对于DC10时输出信号要小一倍。如果是同一表，称10KG时 DC10V显示10KG，那么DC5V 就会显示5KG 。

称重传感器输出电阻一般为350、480、700、1000欧姆，输入端一般会进行一些温度、灵敏度的补偿，因此输入端电阻会比输出端高20~100欧姆，因此用万用表量一下电阻值可以判断出来。一般习惯输入和输出颜色为红黑绿白：红白绿兰等分标表示V+、V-、S+、S-。

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第四章 软件设计

4.1 引言

本控制系统，我们采用了软硬件结合的方式来对系统进行控制。前面我们提到，系统是利用软件编程的方式，利用称重仪表接受传感器信号并输出信号给主控制器S7-200 PLC，通过编写PLC程序，判断所需发出指令，并输出信号使相应阀门动作，达到控制的目的。同时当所有目标原料称重结束后，放料至搅拌站，从而完成对原料的称重配比。所称重量通过设定称重仪表的预设值进行控制，利用设置仪表中空中飞料时间和自计算调整系统，对所称重量进行修订，从而达到准确称重的目的。

4.2 顺序控制法

4.2.1 顺序控制

所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的流程，在各种输入信号的作用下，使生产过程的各执行机构能够自动而有序地工作。

以本设计为例，基于PLC、称重仪表、触摸屏的工业配料的自动控制系统为例，该生产单桶工作过程为：在初始状态S1下，按下总启动按钮，则生产开始工作（步S2）；如果在S7-200给仪表1一个开始信号时，则桶1的称重开始运作，进入下一步S3即快喂阀开关和慢喂阀开关同时打开，同时入料；当PLC接受关闭快喂阀信号，进入步S4，关闭快喂阀；当PLC接受关闭慢喂阀信号，进入步S5，关闭慢喂阀，停止入料。同理，其余三个桶的称重原理及步骤同上。当且仅当快喂阀和慢喂阀都关闭的时候，进入S6步，搅拌机开始工作，完成整个配料过程。如果再一次收到仪表开关输出时，将开始下一周期的工作。

从以上描述可以看出，加工过程由一系列步（S）或功能组成，这些步或功能按顺序由转换条件激活，这样的控制就是顺序控制，即传统方法中采用步进传动装置或定时盘来实现的控制过程。 4.2.2 顺控系统的结构

如图4-1所示，一个完整的顺序控制系统分4个部分：方式选择、顺控器、命令输出、故障信号和运行信号。

（1） 方式选择

在“方式选择”部分主要处理各种运行方式的条件和封锁信号。运行方式在操作台上通过选择开关或按钮进行设置和显示。设置的结果形成使能信号或封锁信号，并影响“顺控器”和“命令输出”部分的工作。基本的运行方式有以下几种。

a) “自动”方式

在该方式下，系统将按照数控器重确定的控制顺序，自动执行各控制环节的功能，一旦系统启动后就不再需要操作人员的干预，但可以响应停止和急停操作。

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b) “单步”方式

在该方式下，系统则依据控制按钮，在操作人员的控制下，一步一步地完成整个系统的功能，但并不是每一步都需要操作人员确认。

c) “键控”方式

在该方式下，个执行机构（输出端）动作需要由手动控制实现，不需要PLC程序。

启动停止“自动”方式“单步”方式“单步”方式应答方式选择控制器使能初始状态顺控器转换条件步序标志手动控制故障信号和运行信号互锁条件命令输出驱动执行机构图4-1顺控系统结构图

（2） 顺控器

顺控器是顺序控制系统的核心，是实现按时间、顺序控制工业生产过程的一个控制装置。这里所讲的顺控器专指用S7 GRAPH语言或LAD语言编写的一段PLC控制程序，使用顺序功能图描述控制系统的控制过程、功能和特性。

（3） 命令输出

“命令输出”部分主要实现控制系统各控制步的具体功能，如钻、铣、终检等。 （4） 故障信号的运行信号

“故障信号和运行信号”部分主要处理控制系统运行过程中的故障及运行信号，如当前系统工作于哪种方式，已经执行到哪一步，工作是否正常等。

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4.2.3 顺控功能图的结构

顺序功能图（Sequential Function Chart，简称SFC）是IEC标准编程语言，用于编制复杂的顺控程序，其编程规律性强，很容易被初学者接受；对于有经验的电气工程师来说，使用SFC也会大大提高工作效率。

1. 顺序功能图

这样的顺序工作过程可用图进行描述，这种图我们成为顺序功能图。顺序功能图由一系列的步（S）、每一步的转移条件及步的动作命令三部分组成。

（1） 步

步（Step）表示与生产流程对应的工艺过程，用S1，S2，S3···表示，可以不按顺序使用。其中S1一般用来表示初始步，用双线框绘制，代表系统处于等待命令的相对静止状态。每一个顺序功能图至少应有一个初始步，系统在开始运行之前，首先应进入规定的初始步（初始状态）。

S1设备总开关S2仪表开关1S3快喂阀开关1S4慢喂阀开关1S5慢喂阀开关2快喂阀开关2仪表开关2S7仪表开关3S8快喂阀开关3S9慢喂阀开关3S10S11仪表开关4S12快喂阀开关4S13慢喂阀开关4S14S15S16S17S18搅拌机S6

图4-2 顺序功能图

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（2） 转移条件

转移条件是由当前步到下一步的转移条件。当转移条件满足时，自动从当前步跳到下一步（关闭当前步，激活下一步）。转移条件在当前步下面，用短水平线（若有斜线则表示取反）引出并放置在线的右边（用S7 GRAPH编程时则放在左边）。如S2的转移条件为B1，在S2被激活的情况下，若B1=1，则关闭S2，激活S3。

步的转移不一定按顺序进行，根据工艺要求，在条件满足时也可以从当前步直接跳到当前步前面的某一步。如在S9被激活的情况下，若停止按钮未按下

（3） 动作命令

动作命令放在步序框的右边，表示与当前步有关的操作，一般用输出类指令（如输出、置位、复位等）。步相当于这些指令的子母线，这些动作命令平时不被执行，只有当对应的步被激活时才被执行。

2. 顺序功能图的结构类型 顺序功能图有3种基本类型。 （1） 单流程

如图4-3所示，从头到尾只有一条路可走（一个分支）的流程成为单流程，一般做成循环单流程。

（2） 选择分支流程

如图4-3所示，流程中存在多条路径，而只能选择其中一条路径来走，这种分支方式称为选择分支。具有“自动”和“手动”两种操作模式的顺控器，一般设计成选择分支流程。

选择分支的执行。以图4-3为例，Sn，Sn+1所在的分支和Sn+2,Sn+3所在的分支为一堆选择分支。Sn-1步的转移条件（Tn-1，非Tn-1）分散在各个分支中，。在Sn-1被激活的状态下，若Tn-1先有效，则执行Sn，Sn+1所在分支，此后即使非Tn-1有效也不再执行Sn+2，Sn+3所在分支，此后即使Tn-1有效，也不再执行Sn，Sn+1所在的分支。

选择分支的汇合。以图4-3为例，对于选择分支，被选择分支（假设为Sn，Sn+1所在分支）的最后一步（Sn+1）被激活后，只要其转移条件满足（Tn+1有效），就从汇合处跳出进入下一步（Sn+4），而不再考虑其他分支非Tn-1是否被执行。

（3） 并进分支流程

如图4-3所示，流程中若有条路径且必须同时执行，那么这种分支方式称为并进分支流程。在各分支都执行完成，才会继续往下执行。这种有等待功能的回合方式，称为并进回合。

需要同时完成2种或2种以上工艺过程的顺序控制任务，必须采用并进分支流程。对于如图所示的控制任务，如果要求工件可以连续不断地传送，这样在钻、铣终检3个工位上则需要同时对3个工件分别执行钻、铣终检操作，设计这类顺序控制系统就必须采用并进分支流程。

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并进分支的执行以图4-3为例，Sn，Sn+1所在的分支和Sn+2，Sn+3所在的分支为一对并进分支。在步Sn-1处，转移条件汇集于分支之前。在Sn-1被激活的状态下，若转移条件满足（Tn-1有效），则两个分支同时被执行。

并进分支的汇合，以图4-3为例，只有当Sn，Sn+1所在的分支和Sn+2，Sn+3所在的分支全部执行完毕后，才进行汇合，执行分支外部的状态步（Sn+4）。

Sn-1Tn-1SnTnSn+1Tn+1Sn+2Tn+2Sn-1Tn-1SnTnSn+1Tn+1Sn+4Tn+4Sn+3Tn+3Sn+2Tn+2

单流程 选择分支流程

Sn-1Tn-1SnTnSn+1Tn+1Sn+2Tn+2

Sn-1Tn+2SnTnSn+1Tn+2Sn+4Tn+3

Sn+2Tn+1Sn+3选择分支流程 并进分支流程

图4-3 顺序功能图的结构类型

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4.3 监控组态软件WINCC简介和应用

4.3.1 WINCC简介

监控组态软件不仅有监控和数据采集(SCADA)功能，而且有组态、开发功能。监控组态软件是伴随着计算机技术、DCS和PLC等工业控制技术的突飞猛进而发展起来的。随着个人计算机(PC)的普及和开放系统的推广，基于PC的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大。监控组态软件广泛运用于工业、农业、楼宇和办公等领域的自动化系统。伴随计算机硬件和软件技术的发展，自动化产品呈现出小型化、网络化、PC化、开放式和低成本的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的硬件、软件和网络结构系统。监控组态软件已经成为其中的桥梁和纽带，是自动化系统集成中不可缺少的关键组成部分。

西门子公司的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(W1ndows 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。用户也可将WinCC作为系统扩展的基础，通过开放式接口，开发其自身需要的应用系统。

WinCC因其具有独特的设计思想而具有广阔的应用前景。借助于模块化的设计，能以灵活的方式对其加以扩展。它不仅能用于单用户系统，而且能构成多用户系统，甚至包括多个服务器和客户机在内的分布式系统。WinCC集生产过程和自动化于一体，实现了相互间的集成。 4.3.2 WINCC的特点

1. WinCC不是孤立的软件系统，它时刻与以下系统集成在一起： （1） 与自动化系统的无缝集成

西门子公司的PLC产品，经历了从早期致力于提高运行速度，到增强系统通信和联网能力，再到融合了运动控制技术等诸多技术的T系列产品以及故障安全型的F系统的发展阶段。在这样的背景下，WinCC与相应的硬件系统紧密结合，通过统一的组态和编程、统一的数据管理及统一的通讯，极大地降低了用户软硬件组态的工程量，实现了整个产品范围内的高度集成。

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（2） 与自动化网络系统的集成

从现场总线PROFIBUS到工业以太网，再到PROFINET技术和基于组件的自动化技术CBA(Component-Based Automation)，以及无线通讯解决方案，由于WinCC内置了基于S5/S7协议的通讯系统，并提供了大量面向这些系统和技术的组件，从而为WinCC和这些系统的最优化通讯和良好的互操作性提供了保证。至于在WinCC平台上实现基于PROFIBUS的诊断功能，以及基于以太网的网络管理功能等，更是锦上添花之笔。

（3） 与制造执行系统MES(Manufacturing Execution Systems)的集成 MES系统作为连接企业生产系统和管理系统的桥梁，包含了生产订单管理、原材料管理、生产运营记录、设备管理、工厂信息管理、生产规范管理系统和实验室信息管理等系统，代表着现代化智能工厂发展的最新潮流。来自西门子公司的MES系统SIMATIC IT正是代表这一潮流的优秀系统。通过适当的适配系统，WinCC可以轻松地集成在该系统下。换言之，实施了基于WinCC的HMI/SCADA系统，就为实施MES系统打下了坚实的基础。

（4） 与相应的软硬件系统一起，实现系统级的诊断功能

诊断功能包括产品和系统的层次，贯穿于工程实施阶段、调试阶段和运行阶段。配合适当的软硬件系统，如Pr。Ag-ent等，WinCC可以方便地实现基于不同通讯协议、从软件到硬件、从自动化站到操作站乃至整个SCADA网络的诊断。

2. 开放性和标准化是软件系统的生命线：

（1） 整个系统通过完整和丰富的编程系统实现了双向的开放性

借助C脚本，WinCC几乎可以通过Win32 API无限制地访问到Windows操作系统及该平台上各种应用的功能，这正是现代SCADA系统的魅力所在；而VB脚本则从易用性和开发的快速性上相得益彰。反过来，通过ODK，WinCC的整个组态和运行系统又完全呈现给任何用户自行开发的系统，为希望以WinCC作为平台软件进行工厂管理级软件和信息系统开发的用户提供了绝佳的平台。

（2） 数据库系统全面开放。数据库是SCADA系统的灵魂

从最基本的单用户系统开始，WinCC就内置了高效的数据库系统。它既可与操作站部署在同一台PC上，又可以紧耦合(中央归档服务器)或松耦合(长期归档服务器)的方式独立于操作站配置。通过ADO，OI。EDB，SQL等，WinCC的数据库系统完全开放，这就为构成灵活而高效的IT和商务系统做好了充分的准备。

（3） 广泛采用最新的开放性软件技术和标准，面向多种操作系统平台 WinCC是第一个完全基于32位内核的HMI/SCADA软件，因而，各种开放和最新的软件技术就成为WinCC的代名词。西门子公司作为OPC规范的五个发起公司之一，在各类产品中广泛支持OPC，WinCC更是囊括了OPCDA，OPCHDA，OPCASLE和OPCXML等多种规范。与此同时，WinCC支持包括Windows C正在内的多种Windows平台，能满足用户从移动式设备(如PDA)到远程客户机等各种应用需求。

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4.3.3 WINCC的组态

对上位组态软件初始化具体包括：变量的初值；初始化命令语言；上下位机变量网络地址的对应；设置报警条件，所需记录的历史数据等。

图4-4 WINCC中设定的部分变量

4.3.4 操作界面设置

根据生产的需要设计操作界面，操作界面上能显示各主要参数的实际情况，显示各设备的运转情况，显示各故障报警情况，并能实现操作人员对设备的有效控制，对配料参数的输入及调整。

图4-5 WINCC模拟的组态系统初始图

操作界面上画出了4通道灌装设备的示意图，每个圆筒代表一个灌装桶，上边的长方形代表着储料灌，还有两个阀门分别表示快喂阀和慢喂阀。下面分别是放料阀和搅拌站。示灯以不同的颜色显示该设备的运行、停机状态。蓝色代表料的走向。I/O

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域的0、1分别显示了状态的闭、开。系统初始状态图如图4-5，储料箱储料。

图4-6 WINCC模拟的组态系统称重

图4-7 WINCC模拟的组态系统放料图

以三号桶为例锁定放料过程中触摸屏显示状态，如图4-6。当蓝色进入圆桶时，表示原料从储物仓，进入圆桶称重。整个称重工作，就是灌料过程。当蓝色进入下方矩形框时，表示放料进入搅拌站，如图4-7。

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4.3.5 操作站的选配

1.上位组态监控软件的初始化

具体包括：变量的初值；初始化命令语言；上下位机变量网络地址的对应；设置报警条件，所需记录的历史数据等。

2.组态监控软件的各功能模块及数据库间的关系

图4-8 组态监控软件的各功能模块及数据间的关系

4.4 软件流程图

4.4.1 主程序流程图

开始清零NY去皮称重标定NY对应参数称重显示读数返回

图4-9 系统主程序流程图

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4.4.2 整体软件流程图

待命

开始YN是否打开总开关Y是否收到仪表称重信号NY打开快喂阀和慢喂阀是否收到快喂阀关闭信号NY关闭快喂阀继续加料待命继续称重是否收到慢喂阀关闭信号NY关闭慢喂阀继续加料快喂阀和慢喂阀N是否关闭Y出料阀打开继续加料返回图4-10 称重程序流程图

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