基于西门子S7300的洗煤厂自动控制系统的编程设.docx
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基于西门子S7300的洗煤厂自动控制系统的编程设
摘要
煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。
一种固体可燃有机岩,主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成。
俗称煤炭。
煤炭被人们誉为黑色的金子,工业的食粮,它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。
煤炭的用途十分广泛,可以根据其使用目的总结为三大主要用途:
(1)动力煤,
(2)炼焦煤,(3)煤化工用煤,主要包括气化用煤,低温干馏用煤,加氢液化用煤等。
洗煤厂是煤炭深加工的主要场所之一,通过对原煤的洗选对增加煤炭生产企业的煤炭品种和提高企业的经济效益有重要作用。
洗煤厂各部分的地理位置相对较分散、测控点多、工艺要求复杂,对洗煤厂实行集中控制,可有效地提高企业的生产效率和控制煤品的质量。
本次设计的洗煤厂是基于西门子s7-300来进行设计的,洗煤厂主要功能是把原煤加工成精煤,其准备车间为洗煤厂加工做准备和初步筛选原煤。
本设计题目首先使用工具ACAD软件,看懂相关图纸,根据实际情况做出相应修改,然后编写PLC梯形图和Wincc触摸屏编程,最后完成洗煤厂生产过程控制及上位机画面的编写。
此次设计主要实现下面功能:
1、工艺参数检测包括设备电流检测、原煤仓料位检测、皮带电机前后轴承温度。
2、设备控制及报警设备包括逆煤流启动控制、顺煤流停止控制、设备保护以及报警输出。
关键词:
洗煤厂;原煤;西门子step7;ACAD
Abstract
Coalistheancientplantsburiedinthegroundthroughacomplexbiochemicalandphysicalandchemicalchangesgraduallyformedthesolidcombustibleminerals.Asolidcombustibleorganicrock,mainlybytheplantremainsbythebiochemicaleffect,buriedafterthegeologicalchange.Commonlyknownascoal.Coalwasknownasblackgold,foodindustry,itistheeighteenthcenturythehumanworlduseoneofthemainenergy.Coaluseisverywide,canbeusedaccordingtoitsobjectivetosummarizethethreemainpurposes:
(1)asthermalcoal
(2)cokingcoal(3)coalchemicalindustrywithcoal,includinggasificationcoal,withcoalcarbonizationofcoalhydrogenationliquefactionetc.
Coalpreparationisoneofthemainplacesofcoaldeepprocessing,throughtotherawcoalwashingtoincreasecoalproductionenterprisesofcoalvarietiesandimprovetheeconomicbenefitsofenterprisesplayanimportantrole.Coalwasherygeographiclocationofeachpartisrelativelydispersed,controlpointsandcomplextechnicalrequirements,thecentralizedcontrolforcoalwashery,caneffectivelyimprovetheproductionefficiencyofenterprisesandthecontrolofcoalproductquality.CoalwasheryofthisdesignisbasedonSiemenss7-300toundertakethedesign,themainfunctionistoturncoalintocoalpreparationplant,thepreparationworkshoptoprepareforthecoalprocessingandpreliminaryscreeningofrawcoal.Thisdesignmainlyrealizethefollowingfunctions:
1,theprocessparameterstestingincludingtheequipmentelectriccurrentdetection,theoriginalcoalbunkerleveldetection,beltmotorbearingtemperaturebeforeandafter.2,equipmentcontrolandalarmdevicesincludeinversecoalflowstartcontrol,flowinthecoalstopcontrol,equipmentprotectionandalarmoutput.
Keywords:
Coal;Rawcoal;Siemensstep7;ACADtools
目录
1绪论1
1.1设计背景1
1.2系统设计的目的和意义1
2控制系统组成原理3
2.1S7-300PLC简介3
2.2S7-300的扩展能力4
2.3S7-300模块5
2.4S7-300PLC存储区8
3控制系统组成以及原理9
3.1控制系统设备工艺流程9
4设计开发工具STEP711
4.1STEP7概述11
4.2SIMATIC管理器13
4.3使用符号编程14
4.3.1符号编程14
4.3.2绝对地址15
4.4STEP7中的块16
4.5在OB中创建程序19
4.5.1用梯形图编程OB119
4.5.2用语句表编程ob120
4.5.3用功能块图编程OB121
4.6硬件组态22
4.7通信组态22
4.8CPU程序22
4.9数据类型23
4.10定义符号24
4.11软件编程25
4.12S7-300PLC常用指令25
4.13创建step7的基本步骤26
5设计开发工具wincc29
5.1wincc简介29
5.2wincc的系统构成29
5.3系统的wincc组态实现30
5.3.1通讯组态30
5.3.2图形画面组态31
5.3.3语音报警组态31
5.3.4数据存储组态31
5.3.5系统的功能支持32
6控制系统的设计33
6.1控制系统任务33
6.1.1分析控制对象33
6.2设计任务要求33
6.2.1PLC模拟量控制33
6.2.2PLC数字量控制33
6.2.3设备保护以及触摸屏报警输出35
6.3PLC控制系统设计38
6.3.1创建与编辑项目38
6.3.2硬件组态41
6.3.3定义符号51
6.3.4生成逻辑块52
6.3.5梯形图(LAD)编程53
6.4Wincc组态软件设计56
6.4.1wincc组态软件整体设计56
6.4.2系统集控启车58
6.4.3系统集控停车60
6.4.4故障处理方法60
6.4.5停车延时修改方法61
总结63
致谢64
参考文献65
附录A英文文献66
附录B中文参考文献71
1绪论
1.1设计背景
洗煤厂是煤炭深加工一个不可或缺的工序,从矿井中直接开采出来的煤炭叫原煤,原煤在开采过程中混入了许多杂质,而且煤炭的品质不同,内在灰分小和内在灰分大的煤混合在一起。
洗煤就是将原煤中的杂质剔除,或将优质煤和劣质煤进行分门别类的一种不可或缺的工艺手段。
中国是世界上最早利用煤的国家。
辽宁省新乐古文化遗址中,就发现有煤制工艺品,河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。
《山海经》中称煤为石涅,魏、晋时称煤为石墨或石炭。
明代李时珍的《本草纲目》首次使用煤这一名称。
希腊和古罗马也是用煤较早的国家,希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年着有《石史》,其中记载有煤的性质和产地;古罗马大约在2000年前已开始用煤加热。
现在虽然煤炭的重要位置已被石油所代替,但在今后相当长的一段时间内,由于石油的日渐枯竭,必然走向衰败,而煤炭因为储量巨大,加之科学技术的飞速发展,煤炭汽化等新技术日趋成熟,并得到广泛应用,煤炭必将成为人类生产生活中的无法替代的能源之一。
根据成煤的原始物质和条件不同,自然界的煤可分为三大类,即腐植煤、残植煤和腐泥煤。
Plc控制系统可以实现用程序实现各种复杂控制的功能,修改程序较为简单,可靠性高,平均无故障工作时间长,直接与生产设备连接,可适应洗煤厂的工业现场生产环境。
西门子组态软件wincc无论从功能性、开放性还是现代化程度而言,都是满足洗煤厂要求的最优解决系统平台。
1.2系统设计的目的和意义
本次控制系统的设计目的是要对车间设备的自动智能控制,首先实现车间现场情况的监控,包括不同煤仓给煤机的运行状态,带式输送机的工作运行情况等等。
还要通过上位机的监控系统,设置各个煤仓的流量,输送机的运行状态,修改变频器调频等操作。
根据事先设定的各类数据参数实现整个流程的最优化控制。
通过plc与wincc组态软件的结合,具备以下意义:
1.可实现各类参数洗煤设备的生产状况的现场监控,对各类洗煤设备可以实时调节,保证各类设备一直处于良好的协调工作状态。
2.可实现全部设备的集中控制,调度室内完成全部生产现场设备的宏观监控,实现信息采集、开关控制、智能报警、实时保护等功能。
3.可实时对各类设备的保护与生产状态的控制,提高了的设备的生产效率,降低了人工成本。
4.可生产更多更好的精煤,洗煤厂的废物垃圾便随之变少,降低了对环境的污染。
2控制系统组成原理
2.1S7-300PLC简介
SIMATICS7系列PLC是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。
其中,微型的有SIMATICS7-200系列,最小配置为8DI/6DO,可扩展2~7个模块,最大I/O点数为64DI/DO、12AI/4AO;中小型的有SIMATICS7-300系列;中高档性能的有S7-400系列。
SIMATICS7系列PLC都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于用户掌握等特点,使得S7系列PLC成为各种从小规模到中等性能要求以及大规模应用的首选产品。
Plc即可编程控制器,,是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计。
它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算顺序控制,定时、计数、算术运算等操作指令,并通过数字的模拟输入和输出控制各类型的机械或生产过程。
硬件主要由中央处理器CPU、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。
CPU是PLC的核心,输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路,通信接口用于与编程器上位计算机等外设连接。
存入PLC的系统存储器,用户不能直接读写与更改;一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传递过程。
用户程序是用户根据控制要求编制的程序。
Plc的功能选择应以最大限度的满足被控对象和用户控制要求为原则,同时兼顾维修,备件的通用性。
对于工艺过程比较稳定,使用环境条件比较好的场合,宜选用整体式结构PLC;对于工艺过程变化较多,使用环境较差,尤其是用于大型的复杂的工业设备上,应选用模块式结构PLC,以便维修,更换和扩充。
SIMATICS7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护,其主要功能如下:
(1)高速的指令处理。
0.1~0.6us的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。
(2)人机界面。
方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内,因此人机对话的编程要求大大减少。
(3)诊断功能。
CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常,记录错误和特殊系统事件。
(4)口令保护。
多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密,防止未经允许的复制和修改。
1.SIMATICS7-300的组成
SIMATICS7-300系列PLC是模块化结构设计,各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。
其系统构成如图2.1所示。
它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。
它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。
图2.1S7-300系列PLC系统构成框图
2.2S7-300的扩展能力
S7-300是模块化的组合结构,根据应用对象的不同,可选用不同型号和不同数量的模块,并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。
与CPU312IFM和CPU313配套的模块只能安装在一个机架上。
除了电源模块、CPU模块和接口模块外,一个机架上最多只能再安装8个信号模块或功能模块。
CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架,IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架,如图2.2所示。
图2.2s7-300机架和槽位图
2.3S7-300模块
S7-300PLCCPU模块加油如下特点:
集成接口:
S7-300PLC直接集成在CPU内的接口可使用现有的总线技术来建立高性能的通信环境。
多节点MPI接口:
S7-300PLC有一个标准化得MPI接口,它就是编程接口,又是数据通信接口,使用S7协议。
一个MPI网可以有多个网络节点,最多可连接125个MPI节点,其传输速率为187.5Kbit/s。
集成HMI(人机接口):
HMI的服务程序已集成在S7-300的操作系统内,因此无需任何编程就能将数据传送到所连接的SIMATIC操作员面板或作员站上。
共享功能:
HMI功能及PG(编程器)功能均可通过PG/PC进行远距离编程
S7-300PLC的I/O(输入/输出)模块
I/O(输入/输出)模块又被称为SM模块,用于测量输入信号并控制输出设备。
S7-300PLC的SM模块包括数字量输入模块、数字量输出模块、数字量I/O模块、仿真模块、占位模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、模拟量I/O模块等。
数字量输入模块:
SM321。
直流16点输入、直流32点输入、交流16点输入、交流8点输入。
数字量输出模块:
SM322。
数字量输出模块SM321将S7-300内部电平转换成过程所要求的外部信号电平,同时有隔离和功率放大的作用。
数字量I/O模块:
SM323。
数字量I/O模块SM323分为两种类型,一种是带有8个共地输入端和8个共地输出端,另外是带有16个(8点1组)共地输入端和16个(8点1组)共地输出端,两种特性相同。
仿真模块:
SM374。
仿真模块SM374可以仿真16点输入、16点输出、8点输入和8点输出的数字量模块。
占位模块:
DM370。
占位模块DM370的主要作用是给数字量保留一个插槽,这样设计的PLC应用系统就有更大的灵活性和适应性。
模拟量输入模块:
SM331。
模拟量输入模块SM331有很多的型号,如8I×12位模块2AI×12位和8AI×16模块,分别为8通道的12位模拟量输入模块、2通道的12位模拟量输入模块、8通道的16位模拟量输入模块。
模拟量输出(AO)模块:
SM332。
模拟量输出(AO)模块SM332用于将CPU送给它的数字信号转换为成比例的电流或电压信号,对执行机构进行调节或控制,其主要组成是D/A转换器。
SM332有多种不同的型号,4AO×12位模块、2AO×12位模块和4AO×16位模块,分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的12位模拟量输出模块、4通道的16位模拟量输出模块。
模拟量输入/输出(AI/AO)模块:
SM334/SM335。
AI/AOSM334,一种是4AI/2AO的模拟量模块,其输入、输出精度为8位,另外一种也是4AI/2AO的模拟量模块,其输入、输出精度为12位。
SM334模块输入测量范围为0-10V或0-20mA,输出范围为0-10V或0-20mA。
AI/AOSM335为快速模拟量输入/输出模块,它有4个快速模拟量输入通道,4个快速模拟量输出通道。
根据机架上模块的类型,地址可以为输入(I)或输出(O)。
数字I/O模块每个槽划分为4B(等于32个I/O点)。
模拟I/O模块每个槽划分为16B(等于8个模拟量通道),每个模拟量输入通道或输出通道的地址总是一个字地址。
表2.1为S7-300信号模板的起始地址。
表2.1S7-300信号模板的起始地址
机架
模块起始地址
槽位号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
0
数字量模拟量
PS
CPU
IM
0
256
4
272
8
288
12
304
16
320
20
336
24
352
28
368
1
数字量模拟量
_____
IM
32
384
36
400
40
416
44
432
48
448
52
464
56
480
60
496
2
数字量模拟量
_____
IM
64
512
68
528
72
544
76
560
80
576
84
592
88
608
92
624
3
数字量模拟量
_____
IM
96
640
100
656
104
672
108
688
112
704
116
720
120
736
124
752
0机架的第一个信号模块槽(4号槽)的地址为0.0~3.7,一个16点的输入模块只占用地址0.0~1.7,地址2.0~3.7未用。
数字量模块中的输入点和输出点的地址由字节部分和位部分组成。
例如图2.3所示。
图2.3模块地址组成
2.4S7-300PLC存储区
(1)系统存储区:
RAM类型,用于存放操作数据(I/O、位存储、定时器、计数器等)。
(2)装载存储区:
物理上是CPU模块中的部分RAM,加上内置的EEPROM或选用的可拆卸FEPROM卡,用于存放用户程序。
(3)工作存储区:
物理上占用CPU模块中的部分RAM,其存储内容是CPU运行时所执行的用户程序单元(逻辑块和数据块)的复制件。
CPU程序所能访问的存储区为系统存储区的全部、工作存储区中的数据块DB、暂时局部数据存储区、外设I/O存储区(P)等。
1.输入(I)存储区功能:
扫描周期开始,操作系统读取过程输入值并录入表中,在处理过程中,程序使用这些值。
每个CPU周期,输入存储区在输入映像表中存放输入状态值。
输入映像表是外设输入存储区首128B的映像。
2.输出(Q)存储区功能:
在扫描周期中,程序计算输出值并存储在该表中;在扫描周期结束后,操作系统从表中读取输出值,并传送到过程输出口。
过程输出映像表是外设输出存储区的首128B的映像。
3.位存储区(M)功能:
存放运算程序中的中间结果。
4.外设输入(PI)以及外设输出功能(PQ):
外设存储区允许直接访问现场设备(物理的或外部的输入和输出),外设存储区可以以字节、字和双字格式访问,但不可以以位方式访问。
5.定时器(T)功能:
为定时器提供存储区,计时时钟访问该存储区中的计时单元,并以减法更新计时值。
定时器指令可以访问该存储区和计时单元。
6.计数器(C)功能:
为计数器提供存储区,计数指令访问该存储区。
7.本地数据堆栈(L堆栈)功能:
在FB、FC或OB运行时设定,将在块变量声明表中声明的暂时变量存在该存储区中,提供空间以传送某些类型参数和存放梯形图中间结果。
块结束执行时,临时本地存储区再行分配,不同的CPU提供不同数量的临时本地存储区。
8.数据块(DB)功能:
存放程序数据信息,可被所有逻辑块公用(“共享”数据块)或被FB
特定占用“背景”数据块。
3控制系统组成以及原理
3.1控制系统设备工艺流程
图3.1控制系统工艺流程图
如图3.1所示洗煤厂工艺流图,分别是由原煤转载皮带机(130),原煤皮带机(201),除铁器(202),原煤配筛刮板机(203-204),原煤刮分级筛(205-208),手选胶带(209-212),破碎机(213-214),除铁器(215-218),原煤转载刮板机(219-220),杂物胶带(223),仓下混煤皮带机(501),仓下精煤皮带机(502)等各部分组成。
洗煤厂的控制系统主要为准备车间201-202和223设备的控制,如图所示整个流程,主要由西门子s7-300plc进行程序的编程,再由wincc进行仿真。
其主要的准备车间控制系统工艺流程主要为:
原煤仓上存储间原煤通过130是原煤转载皮带机传送到201是原煤皮带机,经过导流槽将原煤分为两部分,分别给203和204原煤配筛刮板机,经过203-204煤配筛刮板机的原煤传送到205-208是原煤刮分级筛进行筛选,原煤刮分级筛分为三层,第一层块煤,传送至209-212手选胶带,人工挑选出杂物,杂物通过223是杂物胶带传送出至杂物间,而块煤经过213-214是破碎机破碎后,通过219-220是原煤转载刮板机传送到501为仓下混煤皮带机。
第二层筛选出为精煤,传送到502精煤皮带机。
第三层为泥煤,通过219-220是原煤转载刮板机传送到501为仓下混煤皮带机。
4设计开发工具STEP7
4.1STEP7概述
STEP7编程软件是一个用于SIMATIC可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。
STEP7标准软件包中提供一系列的应用工具,如:
SIMATIC管理器、符号编辑器、硬件诊断、编程语言、硬件组态、网络组态等。
STEP7编程软件可以对硬件和网络实现组态,具有简单、直观、便于修改等特点。
该软件提供了在线和离线编程的功能,可以对PLC在线上载或下载。
利用STEP7可以方便地创建一个自动化解决方案。
图4.1为创建一个自动化项目的基本步骤。
图4.1创建自动化项目的步骤
项目可用来存储为自动化任务解决方案而生成的数据和程序。
这些数据包括:
硬件结构的组态数据及模板参数;网络通讯的组态数据以及为可编程模板编制的程序。
它们都被收集在一个项目下。
在生成一个项目后,先插入站,然后可以组态硬件。
在组态硬件时,可以借助于模板样本对可编程控制器中的CPU及各模板进行定义,通过双击站来启动硬件组态的应用程序。
一旦存储并退出硬件组态,对于在组态中生成的每一个可编程模板,都会自动生成S
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