空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)姓名：系別：專業(yè)：年級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：職稱：年月日引言進(jìn)入信息時(shí)代，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)也迎來(lái)了自己的黃金發(fā)展時(shí)機(jī)，當(dāng)下，計(jì)算機(jī)檢測(cè)和控制系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到了大規(guī)模的應(yīng)用，空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)軟件也是基于自動(dòng)化不斷發(fā)展的時(shí)代產(chǎn)物。隨著移動(dòng)終端的越來(lái)越普及，空壓機(jī)站利用微機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制也是未來(lái)的一種發(fā)展趨勢(shì)，它改變了傳統(tǒng)的人工控制，大大地節(jié)約了勞動(dòng)力，同時(shí)，它的管理更加的向著智能化、科學(xué)化地監(jiān)控與管理發(fā)展，大大地提高了空壓機(jī)的安全可靠性和質(zhì)量保證性?？删幊炭刂破鳎≒LC）是在綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)化控制技術(shù)和通信技術(shù)的一種通用型的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有功能強(qiáng)、操作可靠、使用方便以及適合于工業(yè)環(huán)境等系列優(yōu)點(diǎn)。因此，應(yīng)用PLC設(shè)計(jì)空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)較好的監(jiān)控功能和效果。本課題利用西門子在PLC控制上的成熟技術(shù)，采用西門子Step7和WinccFlexible軟件對(duì)空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)集中管理分布控制的控制目標(biāo)，系統(tǒng)能夠通過(guò)觸摸屏監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)4臺(tái)空壓機(jī)的溫度和壓力，并實(shí)現(xiàn)超標(biāo)報(bào)警和記錄報(bào)警的功能。第1章緒論1.1選題的背景與意義本論文是以某礦山空壓機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為背景，該空壓機(jī)站內(nèi)有四臺(tái)5L－40/8型礦用壓縮機(jī)。以往對(duì)這四臺(tái)空壓機(jī)的監(jiān)視靠的是現(xiàn)場(chǎng)操作人員24小時(shí)的不間斷值守監(jiān)視，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣，記錄的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，出現(xiàn)異常時(shí)也無(wú)法及時(shí)保護(hù)空壓機(jī)。而對(duì)空壓機(jī)的控制則主要是通過(guò)繼電器搭成的控制柜來(lái)控制空壓機(jī)的啟動(dòng)，停止等操作，不利于系統(tǒng)的維護(hù)、升級(jí)，穩(wěn)定性欠缺。隨著電子、軟件、控制等信息技術(shù)的不斷革新，更加地朝著智能人性化方向發(fā)展，隨之帶動(dòng)了檢測(cè)和控制設(shè)備的一個(gè)發(fā)展高潮，尤其當(dāng)下最炙手可熱可編程邏輯控制器PLC，它的出現(xiàn)集中了性能優(yōu)越，價(jià)格低廉，占據(jù)空間小等優(yōu)點(diǎn)。與之前的繼電器邏輯控制電路相比其具有很大的擴(kuò)展空間。因此，PLC在空壓機(jī)監(jiān)控控制系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。在使用過(guò)程中，PLC實(shí)現(xiàn)了優(yōu)越的的自診斷、監(jiān)控和報(bào)警等一套自動(dòng)化的流程，同時(shí)，對(duì)故障的原因及部位能通過(guò)數(shù)據(jù)端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)記錄，所以，它對(duì)于提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的管理，保證了人民的生產(chǎn)財(cái)產(chǎn)安全具有重大意義。1.2技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.2.1空壓機(jī)站技術(shù)現(xiàn)狀空壓機(jī)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的壓縮并完成其高壓輸送，由于其優(yōu)越的功能在礦山、機(jī)械、電子等行業(yè)得到了廣泛的運(yùn)用。但是由于其需要巨大的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)空氣的壓縮。其需要的能耗是巨大的，所消耗的能耗不同，其排氣壓力時(shí)所采取的控制方式也將會(huì)不一樣。壓力控制主要有如下三種方案:（1）在開關(guān)端利用進(jìn)氣口閥門的加載、卸載來(lái)實(shí)現(xiàn)氣壓的控制；（2）利用電機(jī)啟、停時(shí)所產(chǎn)生的初動(dòng)力實(shí)現(xiàn)控制；（3）通過(guò)頻率轉(zhuǎn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而控制氣壓大小，當(dāng)儲(chǔ)氣壓力<所需壓力時(shí)，加速電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)儲(chǔ)氣壓力>所需壓力時(shí)，減速電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。（1）方案雖然控制步驟簡(jiǎn)單，但是可能在過(guò)程中出現(xiàn)空壓機(jī)空載運(yùn)作狀態(tài)，作無(wú)用功，消耗了不必要的能耗；（2）方案操作復(fù)雜，其需要不停的反復(fù)啟動(dòng)和停止電機(jī)，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，對(duì)電機(jī)的使用壽命造成了極大的損耗；（3）方案是目前使用最多的方案，它能夠達(dá)到良好的的節(jié)能，壓力控制效果遠(yuǎn)比其他兩種方法優(yōu)越，但是它于鏊另外增設(shè)一套設(shè)備即變頻調(diào)速主電路及控制系統(tǒng)，所需要的設(shè)備是及其復(fù)雜的。例如它還需要采用PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制算法。隨著電子、軟件、控制等信息技術(shù)的不斷革新，更加地朝著智能人性化方向發(fā)展，隨之帶動(dòng)了檢測(cè)和控制設(shè)備的一個(gè)發(fā)展高潮，尤其當(dāng)下最炙手可熱可編程邏輯控制器PLC，它的出現(xiàn)集中了性能優(yōu)越，價(jià)格低廉，占據(jù)空間小等優(yōu)點(diǎn)。PLC還能實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的的自我診斷、同時(shí)集中了監(jiān)控和報(bào)警等一套自動(dòng)化的流程，對(duì)故障的原因及部位能通過(guò)數(shù)據(jù)端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)記錄。目前PLC的發(fā)展已相當(dāng)成熟。德國(guó)的SIEMENS，美國(guó)的GE都有系列產(chǎn)品。PLC以其性能優(yōu)越、可靠性高、編程簡(jiǎn)單，在工程控制領(lǐng)域占據(jù)了極大的市場(chǎng)與需求。1.2.2空壓機(jī)站技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)改革開放以來(lái)，微處理機(jī)得到了史無(wú)前例的發(fā)展，其市場(chǎng)價(jià)值得到不可預(yù)估的價(jià)值。目前出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)（DCS），分布式控制系統(tǒng)集中了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化三大設(shè)計(jì)主流而搭建的，其操作管理平臺(tái)由過(guò)程控制級(jí)、過(guò)程管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)和經(jīng)營(yíng)管理級(jí)等組成，它是以通訊網(wǎng)絡(luò)為中間傳輸帶的的集中顯示操作系統(tǒng)，控制比較分散，相關(guān)技術(shù)配置組態(tài)靈活方便。DCS的發(fā)展推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，如可編程控制器PLC技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線FieldBus技術(shù)、智能控制技術(shù)與過(guò)程控制技術(shù)等。同時(shí)這些技術(shù)也為DCS的發(fā)展提供了有力的支持和保障。而與PLC技術(shù)的相融合已成為當(dāng)今DCS技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著DCS技術(shù)的發(fā)展，空壓機(jī)站監(jiān)控系統(tǒng)也必將順應(yīng)DCS系統(tǒng)的趨勢(shì)，朝著標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化的方向發(fā)展。1.3作者的主要工作本課題是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，對(duì)礦山空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，作者的主要工作可概括如下：1.研讀畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書，根據(jù)任務(wù)書進(jìn)行了檢索查閱相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和資料；2.在明確系統(tǒng)功能和技術(shù)指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)方案的總體設(shè)計(jì)；3.在系統(tǒng)總體方案框架下進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件選型與設(shè)計(jì)；4.在系統(tǒng)總體方案框架下進(jìn)行了系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計(jì)和監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)；5.對(duì)系統(tǒng)程序進(jìn)行調(diào)試；6.總結(jié)在工作中遇到的問題和與老師討論的結(jié)果；7.最后論文對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)接下來(lái)的工作進(jìn)行展望。1.4論文的內(nèi)容安排論文主要針對(duì)空壓機(jī)分布控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際要求，完成整個(gè)控制系統(tǒng)的總體方案，并對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)最終的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。第1章主要介紹課題的選題背景，以及目前空壓機(jī)站監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展方向。第2章主要介紹空壓機(jī)分布控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)和要求，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。第3章介紹PLC、觸摸屏硬件的選型與組態(tài)。第4章主要是空壓機(jī)分布控制系統(tǒng)的控制程序和監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)。第5章主要是對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試。第6章對(duì)本次設(shè)計(jì)的總結(jié)和展望。

第2章空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則2.1.1可靠性原則系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需滿足實(shí)時(shí)性和連續(xù)性；系統(tǒng)間的獨(dú)立性與冗余容錯(cuò)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性；對(duì)程序和數(shù)據(jù)的保護(hù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)性。2.1.2安全性原則礦用空壓機(jī)站風(fēng)包溫度，軸瓦溫度，氣缸溫度，風(fēng)包壓力，排氣壓力，缸體壓力，總水管壓力等與系統(tǒng)安全相關(guān)指標(biāo)必須全程在允許范圍之內(nèi)。所有操作要保證有序進(jìn)行，工作狀況要保證全程穩(wěn)定。各類生產(chǎn)過(guò)程中可能產(chǎn)生的異常要充分考慮。2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，礦山空壓機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)需滿足如下要求：1.溫度、壓力傳感器必須滿足耐腐蝕、耐高溫、高抗震、壽命長(zhǎng)等要求。2.溫度檢測(cè)點(diǎn)要實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)包溫度、軸瓦溫度、一級(jí)氣缸溫度、缸體溫度、出水管溫度、二級(jí)溫度等6大處的檢測(cè)，壓力檢測(cè)點(diǎn)要實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)包壓力、二級(jí)排氣壓力、一級(jí)排氣壓力缸體壓力、進(jìn)水管壓力、總水管壓力等6大處壓力的檢測(cè)。并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。3.檢測(cè)點(diǎn)處的實(shí)時(shí)溫度值、實(shí)時(shí)壓力值大于起初設(shè)置的報(bào)警值（計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值）時(shí)，會(huì)發(fā)生系統(tǒng)報(bào)警；當(dāng)設(shè)置的的停機(jī)值時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)關(guān)閉，并停止自啟動(dòng)的發(fā)生（即下次啟動(dòng)時(shí)必須重新按下啟動(dòng)按鈕，防止故障期間的頻繁啟動(dòng)）。具體報(bào)警參數(shù)、停機(jī)參數(shù)見表2-1。表2-1空壓機(jī)報(bào)警參數(shù)、停機(jī)參數(shù)壓力——風(fēng)包壓力二級(jí)排氣壓力一級(jí)排氣壓力缸體壓力進(jìn)水管壓力總水管壓力報(bào)警值0.7MPa0.7MPa0.23MPa≤0.1MPa≤0.01MPa≤0.13MPa停機(jī)值無(wú)0.75MPa0.25MPa≤0.09MPa≤0.01MPa無(wú)溫度——風(fēng)包溫度軸瓦溫度一級(jí)氣缸溫度缸體溫度出水管溫度二級(jí)溫度報(bào)警值160℃62℃160℃60℃80℃160℃停機(jī)值無(wú)65℃無(wú)無(wú)無(wú)無(wú)4.所有檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)要每隔半小時(shí)記錄一次，并且實(shí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；當(dāng)然，為了檢修的方便，各檢測(cè)點(diǎn)的報(bào)警、停機(jī)的時(shí)間和故障排除等情況要一一記錄在案。5.隨著壓力系統(tǒng)的不斷更換，各檢測(cè)點(diǎn)的報(bào)警值、動(dòng)作值也要實(shí)現(xiàn)計(jì)算與修改。6.數(shù)據(jù)監(jiān)督體統(tǒng)通過(guò)排除能夠定位故障傳感器，輔助修理人員排除傳感器故障。7.系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程維護(hù)，軟件可升級(jí)[1]。2.3系統(tǒng)的總體方案整個(gè)空壓機(jī)站只能監(jiān)控系統(tǒng)由一臺(tái)監(jiān)控主柜和四臺(tái)監(jiān)控分柜組成，如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖整個(gè)系統(tǒng)信息綜合管理的核心平臺(tái)是監(jiān)控主柜，它不僅能對(duì)配套設(shè)施高性能觸摸屏與用戶之間實(shí)現(xiàn)交互，還能較快地輪循訪問任何一臺(tái)監(jiān)控分柜，也能對(duì)監(jiān)控分柜發(fā)出命令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。首先分布式控制器空壓機(jī)各檢測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)的采集，并且對(duì)其進(jìn)行處理判斷、存儲(chǔ)在案。一旦檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)不符合規(guī)范值，空壓機(jī)監(jiān)控分柜就會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并通過(guò)串聯(lián)空壓機(jī)原配有的控制柜對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行控制[2]。第3章空壓機(jī)分布控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件的選型3.1.1PLC的選型PLC選型是設(shè)計(jì)中重要的一部分，選型時(shí)應(yīng)滿足以下原則：1.PLC功能要適當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理；2.輸入，輸出功能及負(fù)載能力的合理；3.使用的環(huán)境條件；4.根據(jù)以上原則，這次設(shè)計(jì)選擇西門子S7-300系列的CPU315-2DP。3.1.2觸摸屏的選型觸摸屏的選型應(yīng)根據(jù)實(shí)際的需求情況而定，可考慮以下幾點(diǎn)：1.需要的色彩是種類2.需要多大的尺寸3.是否有以太網(wǎng)通訊接口或USB接口4.支持哪種通訊協(xié)議根據(jù)實(shí)際需求，本次設(shè)計(jì)選擇西門子的MP27010''Touch。3.2系統(tǒng)組態(tài)3.2.1系統(tǒng)硬件組態(tài)硬件組態(tài)的功能就是在步驟七中產(chǎn)生一個(gè)與實(shí)際的硬件系統(tǒng)完全吻合的的操作系統(tǒng)，如生成網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)站點(diǎn)的機(jī)架模塊構(gòu)體，同時(shí)對(duì)模塊構(gòu)體的參數(shù)要計(jì)算和設(shè)置，即完成參數(shù)的賦值（要考慮安全系數(shù)）。模塊的所有系數(shù)都采用用編程軟件計(jì)算設(shè)置，完全取締了傳統(tǒng)的用來(lái)設(shè)置參數(shù)的硬件DIP開關(guān)的電位器[3]。根據(jù)實(shí)際硬件系統(tǒng)，在STEP7中需要進(jìn)行相應(yīng)的硬件組態(tài)。建立機(jī)架，一次配置各個(gè)模塊。配置完模塊后就要對(duì)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，其中數(shù)字量的輸入模塊地址是從I0.0-I1.7，數(shù)字量輸出模塊的地址是從Q0.0-Q1.7，模擬量輸入模塊地址為IW0-IW30。具體硬件組態(tài)圖如圖3-1。圖3-1系統(tǒng)硬件組態(tài)3.2.2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)西門子SIMATIC的通信規(guī)定了PC與PLC之間、PLC與PLC之間、PLC與OP之間、PLC與PG之間、PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的信息交換的連接關(guān)系，為了滿足控制系統(tǒng)的不同需要，它有多種通訊方式可選。本次設(shè)計(jì)采用PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖如圖3-2所示。圖3-2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)第4章空壓機(jī)分布控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)4.1.1系統(tǒng)控制軟件總體設(shè)計(jì)針對(duì)礦山空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，控制軟件的設(shè)計(jì)思想如下：1.提高軟件的抗干擾能力，軟件的抗干擾主要涉及到：輸入部分抗干擾，軟件執(zhí)行部分抗干擾和軟件輸出部分抗干擾。系統(tǒng)的輸入信號(hào)大多是模擬量信號(hào)，所以軟件的整體性抗干擾主要表現(xiàn)在對(duì)軟件濾波算法的判斷選擇上面，以及對(duì)采樣頻率和數(shù)據(jù)模量的選取上面；對(duì)軟件的局部抗干擾主要體現(xiàn)在設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)督看門狗，或者設(shè)置對(duì)應(yīng)的監(jiān)視程序來(lái)完成對(duì)邏輯標(biāo)志位的檢測(cè)；但是對(duì)于PLC的軟件輸出要采取主要的簡(jiǎn)單開關(guān)量的設(shè)置，因?yàn)槠涓蓴_力較小，故而可以不必進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.模塊化設(shè)計(jì)是將整個(gè)程序分解成若干個(gè)子功能塊，然后將子功能塊不斷分解成子程序，將程序的編寫過(guò)程簡(jiǎn)單化，完成功能塊的調(diào)用和子程序的調(diào)用過(guò)程就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)程序的控制。3.增強(qiáng)快速反應(yīng)能力，適當(dāng)?shù)氖褂弥袛嗪褪褂昧⒓摧敵龉δ?，控制整體程序的篇幅，避免使用跳轉(zhuǎn)指令，縮短程序的掃描周期。4.留有適當(dāng)?shù)膫溆脜^(qū)域，便于今后的擴(kuò)展。5.為硬件的配置參數(shù)開辟專用變量區(qū)，方便參數(shù)的更改。程序結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。圖4-1程序流程圖4.1.2系統(tǒng)軟件資源分配根據(jù)實(shí)際情況，定義出系統(tǒng)的I/O地址。系統(tǒng)I/O地址分配表輸入信號(hào)見表4-1，輸出信號(hào)見表4-2。表4-1輸入信號(hào)輸入信號(hào)符號(hào)類型地址編號(hào)空壓機(jī)起動(dòng)按鈕DII0.0空壓機(jī)停止按鈕DII0.1空壓機(jī)起動(dòng)反饋信號(hào)DII0.2總報(bào)警測(cè)試DII0.3溫度傳感器信號(hào)AIIW0壓力傳感器信號(hào)AIIW10表4-2輸出信號(hào)輸出信號(hào)符號(hào)類型地址編號(hào)空壓機(jī)起動(dòng)輸出DOQ0.0空壓機(jī)停止輸出DOQ0.1報(bào)警笛DOQ0.2動(dòng)作停止DOQ0.3報(bào)警燈DOQ1.0空壓機(jī)起動(dòng)指示燈DOQ1.1系統(tǒng)軟件總體資源分配表如表4-3所示。表4-3系統(tǒng)軟件總體資源分配表資源描述OB100上電初始化程序OB1主程序FC1系統(tǒng)復(fù)位模塊FC2空壓機(jī)起動(dòng)/停止模塊FC3空壓機(jī)急停模塊FC4壓力采集模塊FC5溫度采集模塊FC6模擬量處理模塊FC7報(bào)警模塊4.1.3系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)壓力、溫度等過(guò)程量輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)傳感器變?yōu)橄到y(tǒng)可接收的電壓或電流信號(hào)，再通過(guò)模擬量模塊中的A-D轉(zhuǎn)換，以數(shù)字量形式傳送給PLC。然而電壓、電流等模擬量常常會(huì)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)的瞬時(shí)干擾而產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，若僅采用瞬時(shí)采樣值進(jìn)行控制計(jì)算，將會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，有必要采用數(shù)字濾波方法。工程上數(shù)字濾波方法很多，如平均值濾波法、中間值濾波法、慣性濾波法等。本次設(shè)計(jì)采用平均值濾波法。在濾波處理子程序FC81中，將最近3次溫度數(shù)據(jù)保存在3個(gè)全局地址區(qū)域，每個(gè)掃描周期進(jìn)行更新以確保是最新的3個(gè)數(shù)。最后，將3個(gè)數(shù)相加求平均完成模擬量濾波。FC81變量聲明見表4-4，程序圖見圖4-2。表4-4變量聲明變量聲明變量類型數(shù)據(jù)類型說(shuō)明RawValueINREAL要處理的溫度EarlyValueIN_OUTREAL最早的溫度LastValueIN_OUTREAL較早的溫度LastestValueIN_OUTREAL最近的溫度ProcessedValueOUTREAL濾波后的溫度值temp1TEMPREAL中間結(jié)果temp2TEMPREAL中間結(jié)果圖4-2模擬量濾波程序4.1.4系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)中每個(gè)PLC從站所使用的組織塊包括OB1，OB100。OB100系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行一次完成系統(tǒng)初始化的功能。所使用的功能塊有FC1系統(tǒng)復(fù)位模塊，F(xiàn)C2空壓機(jī)起動(dòng)/停止模塊，F(xiàn)C3空壓機(jī)急停模塊，F(xiàn)C4壓力采集模塊，F(xiàn)C5溫度采集模塊，F(xiàn)C6為模擬量處理模塊，F(xiàn)C7報(bào)警模塊。系統(tǒng)初始化子程序在僅在PLC起動(dòng)時(shí)調(diào)用一次，系統(tǒng)初始化子程序清除程序中用于采樣、濾波運(yùn)算的變量緩沖區(qū)，清除報(bào)警標(biāo)志位和停機(jī)標(biāo)志位，防止過(guò)去改變的中間變量數(shù)據(jù)和標(biāo)志位對(duì)本次運(yùn)行產(chǎn)生影響，帶來(lái)不可預(yù)知的錯(cuò)誤。具體流程圖如圖4-3所示。圖4-3系統(tǒng)初始化子程序流程圖在FC1模塊中，對(duì)整個(gè)空壓機(jī)站系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，所有空壓機(jī)停止運(yùn)作，報(bào)警標(biāo)志位清零。在FC2模塊中，通過(guò)按鈕開關(guān)輸入信號(hào)控制空壓機(jī)的起動(dòng)與停止。FC3模塊是在空壓機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生故障或緊急狀態(tài)時(shí)采取急停。FC4、FC5模塊是對(duì)空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度、壓力值進(jìn)行采集。FC6模塊主要是為了對(duì)采集到的模擬量信號(hào)進(jìn)行處理濾波，降低誤差。FC7模塊是對(duì)溫度、壓力超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值與停機(jī)值進(jìn)行報(bào)警，停機(jī)。報(bào)警、停機(jī)事件判斷子程序主要是通過(guò)判斷報(bào)警和停機(jī)的條件來(lái)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警和停機(jī)信號(hào)。報(bào)警信號(hào)為檢測(cè)點(diǎn)超標(biāo)報(bào)警信號(hào)，停機(jī)信號(hào)為檢測(cè)點(diǎn)超標(biāo)停機(jī)信號(hào)。在設(shè)計(jì)該功能模塊時(shí)，為每一處檢測(cè)點(diǎn)定義了2個(gè)標(biāo)志位，檢測(cè)點(diǎn)超標(biāo)報(bào)警標(biāo)志位和檢測(cè)點(diǎn)超標(biāo)停機(jī)標(biāo)志位。然后將每一處檢測(cè)點(diǎn)的標(biāo)志位分別匯總成為總檢測(cè)點(diǎn)超標(biāo)報(bào)警信號(hào)和總檢測(cè)點(diǎn)超標(biāo)停機(jī)信號(hào)。最后將報(bào)警信號(hào)和停機(jī)信號(hào)對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的輸出口。檢測(cè)點(diǎn)超標(biāo)報(bào)警和檢測(cè)點(diǎn)超標(biāo)停機(jī)的條件是傳感器讀數(shù)值超過(guò)了預(yù)先設(shè)定的報(bào)警值和停機(jī)值，此時(shí)就產(chǎn)生相應(yīng)的檢測(cè)點(diǎn)超標(biāo)報(bào)警標(biāo)志位和檢測(cè)點(diǎn)超標(biāo)停機(jī)標(biāo)志位。報(bào)警、停機(jī)事件判斷子程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4報(bào)警、停機(jī)事件判斷子程序流程圖其它部分程序如圖4-5所示。圖4-5部分程序圖4.1.5系統(tǒng)通信軟件設(shè)計(jì)西門子SIMATIC在PLC與PLC之間有多種通訊方式可以選擇，例如MPI網(wǎng)絡(luò)通信，PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)及以太網(wǎng)。本課題采用的是PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。PROFIBUS是一個(gè)令牌網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有若干個(gè)從站，而它的邏輯令牌只有一個(gè)主站，這樣的網(wǎng)絡(luò)為純主從系統(tǒng)。典型的PROFIBUS-DP總線配置是以此種總線存取程序?yàn)榛A(chǔ)的，一個(gè)主站輪詢多個(gè)從站。PROFIBUS-DP在整個(gè)PROFIBUS應(yīng)用中最為廣泛，它可以連接不同廠商負(fù)荷PROFIBUS-DP協(xié)議的設(shè)備[4]。用STEP7軟件進(jìn)行系統(tǒng)的通信軟件設(shè)計(jì)，首先在硬件組態(tài)中配置主站和從站，選擇通信方式，分別設(shè)置主站、從站CPU在DP網(wǎng)絡(luò)中的地址，如圖4-6所示。圖4-6通信方式設(shè)置4.2系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)4.2.1WinCCFlexible開發(fā)軟件簡(jiǎn)介WinCCflexible，德國(guó)西門子（SIEMENS）公司工業(yè)全集成自動(dòng)化（TIA）的子產(chǎn)品，是一款面向機(jī)器的自動(dòng)化概念的HMI軟件。WinCCflexible用于組態(tài)用戶界面以操作和監(jiān)視機(jī)器與設(shè)備，提供了對(duì)面向解決方案概念的組態(tài)任務(wù)的支持。WinCCflexible與WinCC十分類似，都是組態(tài)軟件，而前者基于觸摸屏，后者基于工控機(jī)[5]。4.2.2系統(tǒng)監(jiān)控程序總體設(shè)計(jì)使用WinCCflexible軟件來(lái)設(shè)計(jì)監(jiān)控程序，根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)觸摸屏與用戶進(jìn)行交互的界面總體框架圖。觸摸屏界面總設(shè)計(jì)框架如圖4-7所示。圖4-7觸摸屏界面總框架4.2.3系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)需求，需要對(duì)四臺(tái)空壓機(jī)的實(shí)時(shí)溫度、壓力進(jìn)行監(jiān)控，溫度、壓力數(shù)值直接在觸摸屏上反映出來(lái)，并能夠查詢報(bào)警標(biāo)志和報(bào)警的歷史紀(jì)錄，進(jìn)行WINCC界面設(shè)計(jì)，軟件監(jiān)控界面圖如圖4-8所示。圖4-8軟件監(jiān)控界面監(jiān)控程序變量聲明如圖4-9所示。圖4-9監(jiān)控程序變量聲明報(bào)警記錄設(shè)置如圖4-10所示。圖4-10報(bào)警記錄設(shè)置4.2.4觸摸屏與PLC的連接與組態(tài)將觸摸屏與PLC連接并進(jìn)行組態(tài)，首先打開WINCC中項(xiàng)目列表，單擊在Step-7中集成。完成后設(shè)置PLC與觸摸屏的連接參數(shù)。連接圖如圖4-11所示。圖4-11連接組態(tài)圖第5章空壓機(jī)分布控制系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)各部分程序分別調(diào)試5.1.1系統(tǒng)控制程序調(diào)試本課題的控制程序調(diào)試主要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，運(yùn)用西門子STEP7中的S7-PLCSIIM仿真軟件對(duì)控制程序進(jìn)行仿真運(yùn)行，在變量表中查看對(duì)應(yīng)輸出輸入點(diǎn)的狀態(tài)，觀察程序運(yùn)行的可行性，以及功能是否正常，檢測(cè)當(dāng)空壓機(jī)系統(tǒng)溫度、壓力超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)空壓機(jī)是否報(bào)警，報(bào)警燈、報(bào)警笛是否動(dòng)作，當(dāng)溫度、壓力超過(guò)停機(jī)值時(shí)空壓機(jī)是否停機(jī)。PLCSIIM仿真調(diào)試如圖5-1所示。圖5-1PLCSIIM仿真調(diào)試5.1.2系統(tǒng)通信程序調(diào)試系統(tǒng)的通信程序調(diào)試主要是通過(guò)檢測(cè)主站PLC與從站PLC是否有建立連接，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)查看。檢測(cè)PLC與觸摸屏之間是否有建立連接，可通過(guò)改變PLC特定參數(shù)的變量，觀察觸摸屏上是否有反應(yīng)。5.1.3系統(tǒng)監(jiān)控程序調(diào)試系統(tǒng)的監(jiān)控程序調(diào)試主要是通過(guò)WinccFlexible軟件的仿真進(jìn)行調(diào)試，檢測(cè)當(dāng)報(bào)警標(biāo)志位動(dòng)作時(shí)，主界面的報(bào)警燈是否會(huì)閃爍，報(bào)警笛是否會(huì)動(dòng)作，是否會(huì)產(chǎn)生報(bào)警記錄。5.2系統(tǒng)各部分程序聯(lián)合調(diào)試系統(tǒng)各部分程序聯(lián)合調(diào)試是將系統(tǒng)控制程序調(diào)試，系統(tǒng)通訊程序調(diào)試和系統(tǒng)監(jiān)控程序調(diào)試相結(jié)合，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)試。檢測(cè)PLC主站與從站之間的通信是否有效，PLC與觸摸屏之間的通信是否正常。在控制軟件仿真系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警、停機(jī)的時(shí)候，監(jiān)控界面仿真程序的報(bào)警標(biāo)志位、停機(jī)標(biāo)志位是否會(huì)動(dòng)作，以及報(bào)警指示燈、停機(jī)指示燈是否會(huì)閃爍，監(jiān)控界面是否會(huì)顯示空壓機(jī)的實(shí)時(shí)溫度和壓力。在所有程序正常運(yùn)行的情況下，完成調(diào)試。1號(hào)空壓機(jī)溫度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值調(diào)試圖如圖5-2所示。圖5-2整體調(diào)試結(jié)論本課題主要完成空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。在開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，本人對(duì)課題設(shè)計(jì)方向上的理解有些不到位，在導(dǎo)師的講解和與同學(xué)的交流討論之后，明確了設(shè)計(jì)的方向。在多次與導(dǎo)師的討論和閱讀了大量資料之后，確立了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。在進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)之前，本人先是認(rèn)真學(xué)習(xí)了西門子Step7和WinCCFlexible這兩款軟件，并查找了相關(guān)的編程手冊(cè)。之后明確了空壓機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)指標(biāo)和要求，完成了基本的PLC和觸摸屏的選型，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件組態(tài)和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。本課題的主要部分是系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為控制軟件設(shè)計(jì)和監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的控制軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)控制軟件總體設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)，控制程序設(shè)計(jì)和通信軟件的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)主要是完成對(duì)WinCCFlexible監(jiān)控界面和監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)，還有將PLC和觸摸屏進(jìn)行連接。最后進(jìn)行各部分程序的分別調(diào)試和整個(gè)系統(tǒng)程序的聯(lián)合調(diào)試，檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可行性。通過(guò)本次空壓機(jī)站分布控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空壓機(jī)溫度、壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)控并進(jìn)行報(bào)警和記錄報(bào)警的目標(biāo)，雖然本次設(shè)計(jì)運(yùn)用到的知識(shí)只是圍繞這個(gè)課題展開的，但是將來(lái)我可以把本次設(shè)計(jì)中學(xué)習(xí)到的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)原則，運(yùn)用到以后的工作中，實(shí)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)能力和工作能力的提升。如今時(shí)代工業(yè)發(fā)展迅速，隨著德國(guó)工業(yè)4.0概念的提出，讓我們深刻的意識(shí)到中國(guó)制造業(yè)的不足，如果我們不能在巨大的壓力下反省自己的不足，任重道遠(yuǎn)的進(jìn)行改革，中國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)將會(huì)被世界淘汰。電氣自動(dòng)化智能生產(chǎn)已經(jīng)未來(lái)成為了未來(lái)工業(yè)發(fā)