(完整word版)基于WinCC开发的电厂输煤系统

基于WinCC开发的电厂输煤系统
设计人：张诚指导老师：吴束
摘要：在这次的设计中采用了PLC和WinCC6.0组态软件作为火电厂运煤控制系统的核心。

对于输煤过程中的上煤控制、配煤控制、皮带传输、等都要运用PLC来实施控制。

对于在画面显示的主菜单、上煤时间设定、配煤量报警、煤量归档等画面显示都得使用WinCC6.0组态软件来实施监控。

这样可以使操作人员更方便的对现场设备运行情况进行掌握，可及时对发生故障的设备进行检修。

能更好的维护设备，提高了工作的效率。

这样就实现了输煤系统的稳定、安全、可靠、经济等优点。

关键词：输煤系统；自动控制；PLC；WinCC组态
Loses the coal system based on the WinCC development power plant
Abstract: Has used PLC and WinCC6.0 configuration software in this time design transports the coal control system as the thermoelectric power station the core. Regarding loses in the coal process on coal control, the coal blending control, the leather belt transmission, and so on all must implement the control using PLC. Regarding the main menu which demonstrated in the picture, on the coal time hypothesis, the coal blending quantity report to the police, the coal amount file away and so on the pictures to demonstrate all must use WinCC6.0 configuration software to implement the monitoring. This may cause the operator conveniently to carry on to the scene equipment movement situation grasps, but promptly to has the breakdown equipment to carry on the overhaul. Could the better service facilities, enhance the work efficiency. Like this realized has lost the coal system stably, safe, reliable, merits and so on economy.
Key words: Loses the coal system; Automatic control; PLC; WinCC configuration
第一章项目概况
随着我国经济的高速发展，工业自动化水平不断提高,输煤系统是保证火电厂稳定可靠工作的重要因素之
一，从输煤系统的现状看,自动化水平和工作效率与经济发展的要求是不适应的。

因此,火电厂输煤系统的全面改造已成为各火电厂的当务之急，输煤程控已是势在必行。

在现在的工业运行当中，如果要使热电厂在运煤系统中更安全可靠，让操作人员更准确的监控现场的情况。

工业组态软件在这里就起了关键性的作用，这使得在运煤控制过程中便于解决可能出现的故障和维修。

减轻工作人员的工作力度，提高了工作效率。

在自动控制和组态软件领域中，西门子的PLC可编程控制器和WinCC组态软件占了很重要的地位。

根据火电厂输煤控制过程的特点，本次设计的方案是采用了可编程控制器（PLC）进行控制，运用了西门子S7-300系列的PLC和SETP7编程软件以及WinCC 6.0组态软件，对火电厂输煤系统的控制并实施现场监控。

由于火电厂输煤系统较复杂，本次设计只对一路传输皮带、上煤控制和配煤仓出煤进行设计，而控制过程中采用自动控制。

第二章控制器及其开发环境
一、PLC的概况
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。

国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

（一）、PLC的结构
PLC结构主要由CPU模块、I/O模块、电源模块和编程装置组成。

（二）、PLC的特点
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。

二、STEP 7 组态
本次设计采用了SIMATIC S7-300 PLC。

它是一种通用型的PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造工程中的应用。

模块化、无风扇结构、易于实现分布式的配置以及易于掌握等特点，使得
S7-300在工业领域中实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。

在应用S7-300 PLC的基础上还要使用STEP7软件对S7-300编程。

而且，能简单方便地将S7-300全部功能加以利用。

STEP7是用于SIMATIC PLC组态和编程的基本软件包。

它包括功能强大、适用于各种自动化项目任务的工具。

S7-300 PLC运用到电厂输煤系统中我相信系统会更可靠、经济。

首先要对SETP7编程软件进行组态，然后才能对PLC的程序进行编写。

（一）、SETP7的硬件组态
SETP7可对自动项目中的硬件进行组态和参数设置。

可以对PLC机架上的硬件进行配置，设置硬件模块的参数，比如CPU参数和分布式I/O等参数的设置。

1、双击桌面上的图标，打开STEP7编程软件,打开SIMATIC管理器，会弹出一个如图2-1所示.点击“Next”按钮弹出下一个对话框，选中CPU315-2DP型号的芯片，设置MPI地址，也可在新建栏中点击“新建”。

设置好后单击“Next”按钮进入下一个对话框，再点击“Next”按钮进入下一个对话框如图2-2所示。

在Project name栏中输入名字“电厂输煤控制系统”点击“Finish”按钮完成。

图2-1 创建项目
图2-2 创建项目
2、项目创建后出现如图2-3所示的项目界面，在界面右边双击“Har dware”出现如图2-4所示，硬件组态界面。

在硬件组态界面中选中UR槽口中4号槽，再在Profi栏找出SIMATIC 300/SM-300/AI-300中找出AI2×12Bit模块。

用同样的方法在5、6、7号槽组态上添加对应的AO2×12Bit、DI16×DC24V、DO8×Relay模块。

图2-3 项目界面
图2-4硬件组态界面
（二）、通讯设置
SETP7编程软件要用于组态通讯网络连接，要对网络连接的参数设置，还要对网络上每个通讯设备的参数进行设置。

在通讯设置过程中，单击如图2-5所示。

在项目界面里的“电厂输煤控制系统”右边会出现两个图标，双击第二个图标弹出对话框。

在设置通讯参数时，在Subnet栏中可以一般选择系统默认值，也可以在Subnet 栏中点击“New”按钮弹出通讯参数设定对话框如图2-6所示。

在通讯参数设定对话框中选择所需要的通讯参数，点击“OK”完成通讯组态。

站地址
图2-5 通讯设置界面
通信速率
图2-6 讯参数设定对话框
三、WinCC组态软件的开发环境
监控组态软件不仅有监控和数据采集(SCADA)功能，而且有组态、开发和开放功能。

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。

西门子公司的WinCC是WlndowsControIConter(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。

第三章输煤控制系统设计方案
一、输煤系统的组成
输煤系统由储煤系统、上煤系统及备用上煤系统组成。

（一）、储煤系统
码头来煤至煤场的储煤系统为单路布置，码头来煤进入煤场或上主场房。

（二）、上煤系统
上煤系统主要设备为皮带机，煤场至主厂房的皮带机为双路布置。

一路运行，一路备用，也可以双路同时运行。

煤场储煤由斗轮堆取料机取至皮带机，经皮带机上主厂房，由煤仓层皮带机，梨式卸料器将煤卸至原煤仓。

（三）、备用上煤系统
当煤场皮带机发生故障时，用推煤机装载车将煤场的燃煤装入备用皮带机尾部料斗，将煤输送至上主厂房。

下面为发电厂输煤控制系统的总工艺流程,如图3-1所示。

图3—1 运煤工艺流程图
二、输煤系统控制对象
输煤系统是火力发电厂重要的组成部分，如果要全部设计出来要花很多的时间和精力，为了实现一部分的控制，本次设计只对一路传输皮带、上煤控制和配煤仓出煤进行设计。

不涉及后面的配煤、备用传输皮带、碎煤机和鼓风引风系统。

三、系统设计的要求
（一）、要实现循环上煤。

（二）、要实现自动控制。

（三）、要在WinCC组态画面里对上煤的时间进行设定。

（四）、要在WinCC组态画面里对配煤量进行报警并监控。

（五）、要在WinCC组态画面里对煤量归档进行监控。

四、系统设计总体方案
根据设计的要求，系统设计分为自动控制部分和WinCC监控部分。

自动控制是系统在PLC程序控制下进行自动运行。

在运行过程中，可在WinCC中对上煤时间、煤量进行设定和控制。

系统控制流程如图3-2
所示。

图3-2 系统控制
第四章详细设计过程
一、网络控制设计
这次设计中采用了西门子S7-300 PLC来完成系统的过程控制，采用了西门子WinCC组态软件设计的模拟现场来监控。

配置如下
操作站一个，设在输煤综合楼控制室。

采用了S7—300系列的CPU315-2DP一个冗余配置，实现控制任务。

由于输煤系统设备的分散性，还在煤仓间设置了一个远程站，采用西门子ET200M远程I/O系统，通过冗余的PROFIBUS现场总线与主控制站连接。

编程采用了STEP 7软件。

这套软件不仅是一个简单的程序编写软件，还集成硬件组态、网络设置、系统调试、项目管理等各种功能，使项目的实施更加方便。

（本次设计只对输煤过程和过程监控加以详解，不对ET200M远程I/O系统和PROFIBUS现场总线进行论述）。

如图4-1所示
图4-1 系统配置图
系统配置了两台操作站。

PC机监控系统采用了西门子的WinCC人机接口软件，它不仅能很好的支持S7系列的CPU，还集成了多种网络连接方式，使PC机与自动化系统的连接工作非常方便。

二、自动控制设计
（一）、模块的选择
要为了实现通讯，要使用PC机来编程，通过PROFIBUS电缆实现与S7-300的通讯。

要选择一个型号为CPU315-2DP的CPU模块，一根PORIFBUS电缆，一个电源模块，和一个输入输出模块。

如图4-2所示
图4-2 PLC模块
（二）、程序设计
1、当按下启动按钮时，上煤机将通过皮带机1#给1号配煤仓进行上煤并延时（上煤时间可在WinCC 中设置）。

延时到或1号配煤仓装满，上煤机将对2号配煤仓进行上煤并延时（可在WinCC中设置），同时1号配煤仓开始进行配煤。

延时到或2号配煤仓装满，上煤机将对3号配煤仓进行上煤并延时（可在WinCC 中设置）。

同时2号配煤仓开始配煤。

延时到或3号配煤仓装满，上煤机又将对1号配煤仓进行上煤，同时3号配煤仓开始配煤。

如此循环上煤。

煤仓的满与否是通过设置在配煤仓的称重传感器控制，也相当于一个限位开关，煤仓上满或达到足够的重量后，称重传感器将发出信号。

上煤机将自动给下一个配煤仓上煤。

程序图见附录1，程序流程设计如图4-3所示
2、程序设计好以后，就要对程序进行编程。

编辑程序是在SETP7编程软件进行，在前面已经对SETP7编程软件进行了组态，可以直接进行编程。

如图4-4所示。

具体程序见附录1。

图4-3程序流程
下载按钮
指令目录
图4-4 编程窗口
3、I/O分布，如表4-1所示。

表4-1 I/O分布
功能输入端口功能输出端口
启动I0.01#配煤Q0.0
停止I0.12#配煤Q0.1
急停I0.23#配煤Q0.2
1号限位I0.3
2号限位I0.4
3号限位I0.5
1#仓称重信号I0.6
2#仓称重信号I0.7
3#仓称重信号I1.0
三、WinCC监控组态过程设计
（一）、单击WinCC项目管理器工具栏上的按钮，打开“WinCC资源管理器”对话框，如图4-5所示。

选择所需要的项目类型，并单击“确定”按钮，即打开“创建新项目”对话框，如4-6所示。

图4-5 WinCC资源管理器对话框
创建的项目
图4-6 创建项目
（二）、WinCC与SIMATIC S7 PLC的通讯设置
在WinCC组态软件里提供了一个名为SIMATIC S7 Protocol Suite的通讯驱动程序。

可以通过该通讯驱动程序与SIMATIC S7 300 PLC进行通讯。

在WinCC项目管理器的浏览窗口中，右击“变量管理”。

选择“添加新的驱动程序”菜单，打开“添加新的驱动程序”对话框选择SIMATIC S7 Protocol Suite.chn。

如图4-7所示
图4-7驱动程序对话窗口
把通道单元建立后，要通过计算机上的PC5611通讯卡才能与PLC进行通讯。

在硬件上要使用MPI 电缆对WinCC和PLC进行连接。

其分配表如表4-2所示
表4-2 硬件分配表
WinCC通道通讯网络PLC类型CPU型号远程设备通讯卡
PROFIBUS电
MPI电缆
S7-300CPU315-2DP ET200M PC5611
缆
（三）、WinCC通讯中站地址和插曹号的设置
在WinCC里，单击“属性”按钮，打开“连接参数—MPI”对话框。

在“站地址”文本框中输入地址为2，网络段号为0，在“机架号”文本框中输入CPU所在的机架号，在“插槽号”文本框中输入2指定CPU所在插槽号。

如图4-8所示
（四）、组态变量
1、添加一个逻辑连接
若要使用WinCC来访问PLC的当前值，则在WinCC与PLC之间必须组态一个通讯连接。

添加一个通讯驱动程序，右击浏览窗口中的“变量管理”，在快捷菜单中选择“添加新的驱动程序”，如图4-9所示
图4-8 MPI连接
图4-9 添加新的驱动程序
在“添加新的驱动程序”对话框中，选择一个驱动程序，例如SIMATIC S7 Protocol Suite.chn，并单击“打开”按钮，所选择的驱动程序将显示在变量管理的子目录下。

单击所显示的驱动程序前面的“+”，将显示当前程序所有可用的通道单元。

通道单元可用于建立与多个PLC的逻辑连接。

逻辑连接表示与单个的、已定义的PLC的接口。

右击MPI通道单元，在快捷菜单中选择“新的驱动程序的连接”菜单项。

在随后打开的如图4-10所示的“连接属性”对话框中输入NewConnection作为逻辑连接名，单机“确定”按钮。

图4-10 建立逻辑变量
2、建立内部变量
如果WinCC资源管理器“变量管理”节点还没展开，可双击“变量管理”子目录。

右击“内部变量”图表，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单项，如图4-11所示。

图4-11创建内部变量
3、建立过程变量
在建立过程变量前，必须先安装一个通讯驱动程序和建立一个逻辑连接。

在前面已经建立了一个命名为PLC的逻辑变量
单击“变量管理”/SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE/MPI前面的“”，展开各自节点，右击出现的NewConnection节点，在快捷菜单中选择“新建变量”菜单项，如图4-12所示。

图4-12 建立一个
过程变量
在“变量属性”对话框中给变量命名，并选择数据类型。

WinCC中的数据类型有别于PLC中使用的数据类型。

如有需要可在“改变格式”列表选择格式转换。

必须给过程变量分配一个在PLC中的对应地址，地址类型与通讯对象相关。

单击地址域旁边的“选择”按钮，打开“地址属性”对话框，如图4-13所示。

图4-13 地址属性对话框
在过程变量的“地址属性”对话框中，选择数据列表框中过程变量所对应的存储区域。

地址列表框和
编辑框用于选择详细的地址信息。

单击“确定”按钮，关闭“地址属性”对话框。

单击“确定”按钮，“变量属性”对话框。

在画面中要实现相匹配的变量，下面把变量的类型，参数的设置以及画面中对象的功能以列表的形式出现，如表4-3所示
表4-3 变量功能表
（五）
在对WinCC进行组态时，图形系统用于创建在运行系统中显示过程画面。

图形编辑器是对图形系统的
组态软件，是用与创建过程画面的编辑器。

右击WinCC资源管理器的图形编辑器，从快捷菜单中选择“新建画面”
单项，将创建一个名为NewPdl0.pdl的画面，并显示在WinCC资源管理器的右边窗口中。

右击此文件，从快捷菜单中选择“重命名画面”菜单项，在随后打开的对话框中输入“主菜单pdl”。

重复上述步骤创建第二个画面命名为“上煤时间设定画面.pdl”、第三个画面命名为“配煤报警画面.pdl”、第四个画面命名为“煤量归档画面.pdl”
双击建好的画面名称，可以打开图形编辑器编辑画面。

（六）、主菜单画面的编辑
打开主菜单画面，在画面中添加8个静态文本、3个画面切换按钮、3个开关3个配煤仓、3根皮带、2个电机、1个碎煤机和若干个煤块。

画面中的对象和建立的变量对应连接，实现画面的动作。

如图4-14所示
图4-14电厂输煤系统主画面
（七）、上煤时间设定画面的编辑
电厂输煤控制画面，在画面中添加15个静态文本、6个输入/输出和1个画面切换按钮，在画面中所有对象和相关的变量进行连接，实现对时间的设定。

如图4-15
所示。

图4-15上煤时间设定画面
（八）、配煤报警画面的编辑
在配煤报警画面中添加1个静态文本、1个输入输出、1个复选框、1个切换按钮和1个报警控件。

分别对输入输出、复选框、切换按钮和在报警控件属性里进行对变量的连接和组态。

如图4-16。

（九）、煤量归档画面的编辑
打开煤量归档画面，在画面中添加1个静态文本、1个WinCC在线趋势控件、1个WinCC在线表格控件和1个按钮。

分别在WinCC在线趋势控件的属性对话框和WinCC在线表格控件的属性对话框里进行参数的设定。

如图4-17所示。

图4-17 归档画面
如图4-16 报警画面
第五章系统的调试一、系统的控制调试
（一）、接线端子的出线
在端子端口上的U1、V1、W1是控制上煤电机运行，U2、V2、W2是控制配煤移动电机运行。

设有1个启动开关、1个停止开关、1个急停开关和6个限位开关。

为了使系统有效的得到PLC的控制，在输入端口采用DC24电源，在输出端口采用AC380V电源。

使PLC输入端直接连到端子排的DC24V端口。

如图5-1所示。

图5-1 出线端口
（二）、PLC程序的调试
把编好了的程序下载到SETP7编程软件的模拟编辑器中进行调试。

打开SETP7编程软件，双击工具栏上的图标，弹出一个编辑对话框如图5-2所示。

点击图标，然后左边选中复选框的“RUM”程序开始运行。

可点击工具栏上的进行监视程序是否运行。

如图5-3所示
图5-2 程序调试窗口
图5-3 程序运行情况
（三）、WinCC的调试
在WinCC运行之前，首先查看参数是否设置正确，然后查看变量是否连接好。

运用到C动作的对象查
看C程序是否正确。

如果一切都编辑好了，则可运行WinCC。

WinCC运行画面。

如果在运行过程中有些对象不能动作的话，就要退出WinCC运行画面，重新进行设置。

设置正确后方可再次进行运行。

如图5-4、图5-5、图5-6和图5-7所示。

图5-4 运行画面一
图5-5 运行画面二
图5-6 运行画面三
图5-7 运行画面四
总结
在这次设计中，把PLC和WinCC组态软件相结合，实现了电厂输煤系统的自动控制和监控。

有效的提高了发电厂的效率。

通过这次设计我把这两年所学的核心知识该运用的都运用到了设计中。

使我对自动控制技术有了更深一步的了解。

通过调查和收集资料了解了火力发电厂的生产流程，认识了火力发电厂输煤系统的控制。

实现了PLC和WinCC通讯的强大功能。

通过自己独立的思考和大量的收集资料，不断的请教老师，才完成了这项设计。

设计中我学会了怎样收集相关的资料，更深一步掌握了本专业在工业中的应用和用途。

在这次设计中有不足之处还请领导和老师提出宝贵的意见和建议。

致谢
首先，要真诚的感谢王赛老师和帮助我的同学！
由于对以前所学知识的欠缺，在王赛老师的耐心指导和帮助，使自己对本次设计有了更新的认识和掌握。

王赛老师认真负责的工作作风和他丰富精深的专业知识，使我学习了更多的知识。

还要感谢关心和支持我们的领导。

同时要感谢高德全同学！他在PLC编程和WinCC组态上给了我很大的帮助。

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附录
附PLC程序图。