空氣壓縮站基于單片機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2502空氣壓縮站基于單片機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)案例 1268101.1空壓站監(jiān)控系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 1193181.2STEP7硬件組態(tài)與通信設(shè)置 2111781.3系統(tǒng)控制方案的實(shí)現(xiàn) 472381.3.1循環(huán)控制程序的實(shí)現(xiàn) 4223931.3.2PLC系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 5軟件的開(kāi)發(fā)是整個(gè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，該企業(yè)空壓站監(jiān)控系統(tǒng)軟件使用與控制系統(tǒng)硬件相配套的專用軟件，空壓站監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)應(yīng)遵循安全穩(wěn)定、功能完備及方便直觀的原則。1.1空壓站監(jiān)控系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)空壓站自動(dòng)監(jiān)控軟件系統(tǒng)的主要應(yīng)用監(jiān)控軟件由上位壓縮機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)WinCCV7.3、PLC可編程控制軟件STEP7V5.5及所用的觸摸屏組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)WinCCFlexible2008三個(gè)大軟件部分構(gòu)成，空壓站自動(dòng)監(jiān)控軟件系統(tǒng)的主要應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4-1所示。STEP7編程語(yǔ)言軟件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)控制的一個(gè)重要技術(shù)核心，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試第一階段首先就需要在后臺(tái)STEP7中運(yùn)行完成PLC的全部硬件組態(tài)、程序語(yǔ)言編寫及通訊等軟件設(shè)置，最后經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)工程師的網(wǎng)站將其進(jìn)行下載安裝到后臺(tái)PLC。在現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集器直接進(jìn)入PLC后，系統(tǒng)按照程序的要求設(shè)計(jì)分析、算理并向其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令。WinCCFlexible的軟件主要用于空壓站的觸摸屏的程序開(kāi)發(fā)，組態(tài)的觸摸屏接口來(lái)監(jiān)視和運(yùn)行空壓站內(nèi)的各種設(shè)備。WinCC是一款數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，借助SIMATICS7ProtocalSuite(S7通信驅(qū)動(dòng)程序）通過(guò)TCP/IP協(xié)議與控制裝置S7-300PLC之間建立的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，組態(tài)監(jiān)控的畫(huà)面將會(huì)從電腦或移動(dòng)屏幕上自動(dòng)地顯示網(wǎng)站內(nèi)各個(gè)變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了空壓電站的工藝流程可視化REF_Ref72311084\r\h[15]。圖STYLEREF1\s4-SEQ圖\*ARABIC\s11空壓站監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件構(gòu)成圖1.2STEP7硬件組態(tài)與通信設(shè)置依據(jù)第3章中關(guān)于空壓站相關(guān)硬件的設(shè)計(jì)選型應(yīng)用來(lái)基本完成了PLC系統(tǒng)硬件的組態(tài)，對(duì)特定的供氣工程設(shè)計(jì)任務(wù)并在需要正確執(zhí)行時(shí)所要用的相應(yīng)系統(tǒng)功能軟件進(jìn)行分析編寫程序，實(shí)現(xiàn)了空壓站的恒壓供氣工程管理和質(zhì)量控制以及解決問(wèn)題方案。STEP7V5.5是S7-300PLC所用到的配套軟件，一般用于PLC控制程序的開(kāi)發(fā)以及硬件組態(tài)等。根據(jù)控制系統(tǒng)所需要用到的硬件，取搭建S7-300PLC主站和兩個(gè)ET200M從站，選擇相應(yīng)的信號(hào)模塊組態(tài)。空壓站PLCSTEP7硬件組態(tài)圖如圖4-2所示。圖4-2空壓站PLCSTEP7硬件組態(tài)圖完成設(shè)置IP地址為192.168.0.100和子網(wǎng)掩碼，即可得到如圖4-3所示結(jié)果，然后完成整個(gè)PLC方面的通信設(shè)置。圖4-3PLC通信設(shè)置1.3系統(tǒng)控制方案的實(shí)現(xiàn)1.3.1循環(huán)控制程序的實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)是確保該空壓站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制解決方案在實(shí)際中能夠順利地實(shí)現(xiàn)的重要關(guān)鍵，系統(tǒng)的穩(wěn)定執(zhí)行主要取決于PLC程序的科學(xué)合理性及其可行性?？諌赫鞠到y(tǒng)流程設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖4-4所示。圖STYLEREF1\s4-4系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是西門子西門s7-300plc在step7軟件中首先完成了系統(tǒng)的全部硬件設(shè)計(jì)組態(tài)之后在各個(gè)系統(tǒng)功能塊中需要進(jìn)行一個(gè)寫入寫出程序，plc中各個(gè)寫入程序根據(jù)其中的功能塊來(lái)劃分主要構(gòu)成有四個(gè)，包括模糊控制處理單元、空氣壓縮機(jī)組的自動(dòng)協(xié)調(diào)控制處理單元、系統(tǒng)中的報(bào)警控制單元及其他的邏輯信號(hào)控制處理單元等。用到的兩個(gè)模擬量塊和組織塊分別稱為ob1，ob1用于用來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序操作主流程，在ob1中分別表示是實(shí)現(xiàn)調(diào)用了這個(gè)模擬量和后處理的兩個(gè)功能稱為fc1、自動(dòng)/手動(dòng)控制的兩個(gè)功能FC2模糊控制功能稱為FC3、空氣壓縮機(jī)組的自動(dòng)協(xié)調(diào)控制兩個(gè)功能稱為FC4、邏輯模糊控制的功能稱為FC5和自動(dòng)報(bào)警控制功能稱為FC6，F(xiàn)C3用于實(shí)現(xiàn)調(diào)用模糊控制FB10和連續(xù)功能PID控制器功能FB41REF_Ref72412995\r\h[16]。1.3.2PLC系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)1）系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)組織塊OB1是所用到的用戶程序系統(tǒng)中的一個(gè)主程序，在OB1中負(fù)責(zé)調(diào)用各個(gè)子程序，本系統(tǒng)所有的一個(gè)子程序塊都在OB1中對(duì)其進(jìn)行了調(diào)用，當(dāng)CPU的一個(gè)操作系統(tǒng)已經(jīng)完成了啟動(dòng)的過(guò)程后，將會(huì)按照循環(huán)方式執(zhí)行OB1，處理OB1中被用戶程序調(diào)用的各個(gè)子程序和功能塊，完成一個(gè)相應(yīng)的控制任務(wù)，系統(tǒng)的主程序結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)工藝流程圖框架如下文的圖4-5所示圖STYLEREF1\s4-5主程序設(shè)計(jì)流程圖2）模擬量處理子程序這些子程序一般都是具有特殊的功能，只有當(dāng)它們被調(diào)用時(shí)才可以執(zhí)行。主程序的調(diào)用與子程序的操作可以使整個(gè)系統(tǒng)得到完美地實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集是監(jiān)控系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)中模擬量采集與處理通過(guò)調(diào)用FC1功能實(shí)現(xiàn)，功能FC1是模擬量處理子程序，F(xiàn)C1中又調(diào)用了FC11和FC105功能，它們用于對(duì)不同的模擬量處理，其中FC11處理熱電阻傳送來(lái)的信號(hào)，圖4-4為FC11語(yǔ)句表格式的程序。FC105將由硬件模擬量輸入口傳送的壓力、流量等整形數(shù)INTEGER(IN)轉(zhuǎn)換成上限、下限之間的實(shí)際的工程值，HI_LIM是測(cè)量該模擬量的傳感器量程上限，LO_LIM是測(cè)量該模擬量的傳感器量程下限。圖4-6是FC1功能調(diào)用FC11和FC105的模擬量處理部分梯形圖程序REF_Ref72413007\r\h[17]。圖STYLEREF1\s4-4FC11模擬量處理語(yǔ)句表程序圖STYLEREF1\s4-6FC1模擬量處理部分子程序3）報(bào)警子程序空壓站故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在正常工作時(shí)間中應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確及時(shí)地采集監(jiān)測(cè)站內(nèi)所有空壓設(shè)備運(yùn)行故障情況，對(duì)各站內(nèi)空壓機(jī)組的定子和軸承溫度分別同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警數(shù)據(jù)值與自動(dòng)停機(jī)報(bào)警數(shù)據(jù)值的設(shè)置，對(duì)站內(nèi)冷卻水系統(tǒng)主管的壓力與供水流量分別進(jìn)行設(shè)置需要報(bào)警的數(shù)值，使站內(nèi)空壓站各機(jī)組在正常工作運(yùn)行過(guò)程中如果設(shè)備發(fā)生了嚴(yán)重故障時(shí)該系統(tǒng)則馬上能夠及時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，嚴(yán)重故障情況下馬上立即自動(dòng)關(guān)閉REF_Ref72413042\r\h[18]。PLC報(bào)警程序在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控時(shí)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)值的參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的故障報(bào)警停機(jī)值及其需要停機(jī)設(shè)定值同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)比較，對(duì)系統(tǒng)在正常運(yùn)行中還有可能還會(huì)出現(xiàn)的各種性能異常情況和系統(tǒng)故障快速判斷作出報(bào)警響應(yīng)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)檢測(cè)值得到的各種參數(shù)停機(jī)值已經(jīng)需要超出或遠(yuǎn)遠(yuǎn)需要低于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，會(huì)立即自動(dòng)判斷觸發(fā)故障報(bào)警，如果現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)值已經(jīng)超出了重量故障的觸發(fā)報(bào)警值和設(shè)定值就必須同時(shí)進(jìn)行人工暫停，系統(tǒng)在此方式基礎(chǔ)上針對(duì)需要同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)判斷的故障報(bào)警主要方式有幾種，模擬量故障超限自動(dòng)報(bào)警、低限自動(dòng)報(bào)警及重量故障報(bào)警超限自動(dòng)報(bào)警。使用功能FC6設(shè)計(jì)了一個(gè)基于報(bào)警事件判斷類的子程序，由于現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)當(dāng)中需要同時(shí)進(jìn)行報(bào)警監(jiān)控需要報(bào)警的各種事件變量相對(duì)的比較多，F(xiàn)C6通過(guò)自動(dòng)編程調(diào)用事前已經(jīng)設(shè)計(jì)編寫好的現(xiàn)場(chǎng)可視化報(bào)警比較計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)的報(bào)警檢測(cè)值和報(bào)警系統(tǒng)中的設(shè)定值之間的自動(dòng)比較，報(bào)警事件判斷子子程序的軟件操作原理流程主框圖軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖4-7所示。圖STYLEREF1\s4-7報(bào)警判斷程序流程圖4）模糊自整定PID控制的實(shí)現(xiàn)本文所要介紹設(shè)計(jì)的模糊自整定PID模糊控制器的功能主要是通過(guò)一個(gè)PLC模糊控制器軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，核心設(shè)計(jì)目的就是將已經(jīng)設(shè)計(jì)構(gòu)造好的模糊控制處理規(guī)律轉(zhuǎn)換成一個(gè)對(duì)于PLC系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別的模糊控制規(guī)律查詢表后再將其存儲(chǔ)起來(lái)到整個(gè)PLC系統(tǒng)相應(yīng)的一個(gè)控制數(shù)據(jù)塊中。具體來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)的這個(gè)過(guò)程為現(xiàn)場(chǎng)上的一個(gè)壓力自動(dòng)變送器把經(jīng)過(guò)檢測(cè)壓力得到的實(shí)際壓力值進(jìn)行改變后并變換后形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電控制信號(hào)并傳遞給位于PLC的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬量控制模塊后，PLC根據(jù)采樣從輸入模塊中自動(dòng)獲取一個(gè)用于被控制測(cè)量的實(shí)際檢測(cè)壓力值，然后與其他模塊設(shè)定的實(shí)際壓力的數(shù)值改變進(jìn)行一次比較,并重新計(jì)算比較得