西门子s7200plc在软化水自动控制系统中的应用【字数：13536】
摘 要软化水在工业生产中的应用十分广泛，随着工业自动化的不断发展和厂家对软化水的要求不断提高，利用计算机技术进行软化水自动控制和进行实时监控已经成为工业自动化中的主流应用。本文依照市场的需求为背景，根据实际情况设计出一套基于组态王和S7-200PLC的软化水自动控制系统，起到实时监控同时两地控制的作用。首先对课题背景介绍引出软化水工艺、自动控制系统在软化水应用中的需求；进而对上位机组态王进行介绍设计出能够实时监控软化水自动控制进程的人机界面，包括过程监控、数据采集、报警显示等。选用西门子S7-200PLC作为下位机编写出能够符合实际情况的控制程序，最后组态王与PLC进行连接调试从而实现实时监控和两地控制的结果。该系统提高了生产设备的安全性与可靠性，减少了操作人员对现场设备的中间操作环节，避免了操作人员对现场设备的周期性巡检，减轻了操作人员的工作量。
目 录
1. 绪论 1
1.1课题的背景及意义 1
1.2我国软化水现状 1
1.3课题主要内容 2
2. 系统需求分析与方案介绍 4
2.1软化原理介绍 4
2.2自动控制系统需求分析 4
2.2.1 PLC程序基本的控制功能 4
2.2.2组态王人机界面功能 5
2.2.3设计原则 6
2.3总体方案设计 6
2.3.1总体设计思路 6
2.3.2系统总体结构设计 6
2.4本章小结 7
3.系统硬件选型 8
3.1 S7200PLC硬件系统介绍与选型 8
3.1.1CPU模块 8
3.1.2扩展模块 9
3.1.3通信模块 9
3.1.4 PLCI/O分配 9
3.2系统的硬件接线 10
3.2.1系统主电路设计 10
3.2.2系统的硬件接线 11
3.3工业元件选型 12
3.4本章小结 14
4.下位机 PLC程序设计 15
4.1PID算法介绍 15
4.1.1 PLC中PID算法的特点 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.1.2 S7200PLC中PID指令 15
4.2 PLC编程设计 17
4.2.1程序设计方案 17
4.2.2重点工艺介绍 18
4.3本章小结 20
5.上位机监控界面设计与系统调试 21
5.1组态王与PLC通讯 21
5.1.1软化水系统工程建立 21
5.1.2数据词典变量定义 22
5.2监控界面设计 23
5.2.1登录界面设计 23
5.2.2工艺流程画面设计 24
5.2.3控制画面设计 25
5.2.4报警画面设计 25
5.3系统运行系统调试 26
5.3.1主画面运行 26
5.3.2控制画面运行 27
5.3.3报警画面运行 27
5.3.1进水阀门开度曲线 27
5.4本章小结 28
6. 结语 29
参考文献 30
致 谢 31
附 件 32
绪论
1.1课题的背景及意义
随着我国的工业水平在不断地提高，社会的不断进步以及经济的持续快速发展，人们对工业要求标准日趋上涨，软化水就是其中很重要的一个指标。软化水在我国工业生产中占着十分重要的作用，广泛地应用于电力、机械、化工等工业部门。我国的工业、科技等不断发展的同时也造成了大量的水资源污染严重，水质硬化等问题为我国未来发展的带来了巨大隐患。
“硬水”是指水中存在钙、镁化合物较多，在水使用的过程中这些化合物并不会直接对人健康造成影响只是形成沉淀物附着在容器的内部，也就是我们所说的“水垢”。资料显示，锅炉壁上形成1.5mm厚的水垢，就会使燃料消耗增加10%以上，这使工业生产成本大大增加，水垢的堆积与燃料的消耗成正比，当水垢堆积到一定程度，会使机器堵塞严重时会造成工业爆炸，形成工业损失和人员伤亡。
所以解决硬水软化问题是我国社会经济发展的重要环节，刻不容缓。在工业生产中应用软化水技术来提高水的利用率对资源节约和环境保护具有重要意义。工作人员可以通过软化水自动化系统将工业硬水变成工业软水，通过画面的监控来了解软化水的工作情况，这样不仅能够大大提高生产价值，还可以减少工作量提高工作效率，同时可以排除安全隐患减少损失，所以软化水自动化系统具有很好的发展前景。
1.2我国软化水现状
我国在水处理监控系统方面的研发起步较晚，水处理监控系统的发展大致分为四个阶段：第一阶段的模拟仪表控制系统，通过观察控制室仪表数据进行设备控制，此控制系统易受外界干扰，不便于实时监控以及故障处理间；第二阶段是以单片机作为控制器的集中式数字控制系统，此系统的抗干扰能力增强，但对控制器本身的处理能力和可靠性要求较高，若控制器本身出现故障，整个系统就会瘫痪；第三阶段以过程控制系统为主导，过程控制系统是以PLC作为现场控制器，可以适应更为复杂的工业现场环境，PLC的处理数据能力和可靠性能较单片机有了很大的提升，但是监控能力不足；第四阶段是上位机与下位机结合的监控系统，此监控系统的人机界面更为人性化，能够实时监控现场设备和对现场数据的采集、传输与处理，是目前应用最为广泛的监控系统，下面几个是我国软化水系统设计的实力。
王绵纬[1]等人利用SIMATICS7300和工控机IPC600设计一个软水控制系统。装有组态王的IPC600、飞利浦显示器，与S7300PLC构成分布式控制系统，通过CP5611卡以及RS485通讯方式实现与PLC的通讯。上位机主要进行数据监控、故障记录与报警等功能。PLC通过PPI通讯协议实现与组态王之间的数据通讯。但是该系统的智能化程度不高，通信易受环境干扰。
王国柱[2]在进行软水处理系统开发时，上位机选用工控机进行系统远程监控，下位机选用S7400PLC进行现场控制，上位机与下位机之间通过RS485进行通信。上位机的操作指令传输给PLC，PLC控制现场执行机构完成操作人员的操作指令。现场设备的状态参数数据经PLC判断和处理后，传输给上位机进行实时显示，使操作人员能及时发现和处理问题，保证系统正常运行。
目 录
1. 绪论 1
1.1课题的背景及意义 1
1.2我国软化水现状 1
1.3课题主要内容 2
2. 系统需求分析与方案介绍 4
2.1软化原理介绍 4
2.2自动控制系统需求分析 4
2.2.1 PLC程序基本的控制功能 4
2.2.2组态王人机界面功能 5
2.2.3设计原则 6
2.3总体方案设计 6
2.3.1总体设计思路 6
2.3.2系统总体结构设计 6
2.4本章小结 7
3.系统硬件选型 8
3.1 S7200PLC硬件系统介绍与选型 8
3.1.1CPU模块 8
3.1.2扩展模块 9
3.1.3通信模块 9
3.1.4 PLCI/O分配 9
3.2系统的硬件接线 10
3.2.1系统主电路设计 10
3.2.2系统的硬件接线 11
3.3工业元件选型 12
3.4本章小结 14
4.下位机 PLC程序设计 15
4.1PID算法介绍 15
4.1.1 PLC中PID算法的特点 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.1.2 S7200PLC中PID指令 15
4.2 PLC编程设计 17
4.2.1程序设计方案 17
4.2.2重点工艺介绍 18
4.3本章小结 20
5.上位机监控界面设计与系统调试 21
5.1组态王与PLC通讯 21
5.1.1软化水系统工程建立 21
5.1.2数据词典变量定义 22
5.2监控界面设计 23
5.2.1登录界面设计 23
5.2.2工艺流程画面设计 24
5.2.3控制画面设计 25
5.2.4报警画面设计 25
5.3系统运行系统调试 26
5.3.1主画面运行 26
5.3.2控制画面运行 27
5.3.3报警画面运行 27
5.3.1进水阀门开度曲线 27
5.4本章小结 28
6. 结语 29
参考文献 30
致 谢 31
附 件 32
绪论
1.1课题的背景及意义
随着我国的工业水平在不断地提高，社会的不断进步以及经济的持续快速发展，人们对工业要求标准日趋上涨，软化水就是其中很重要的一个指标。软化水在我国工业生产中占着十分重要的作用，广泛地应用于电力、机械、化工等工业部门。我国的工业、科技等不断发展的同时也造成了大量的水资源污染严重，水质硬化等问题为我国未来发展的带来了巨大隐患。
“硬水”是指水中存在钙、镁化合物较多，在水使用的过程中这些化合物并不会直接对人健康造成影响只是形成沉淀物附着在容器的内部，也就是我们所说的“水垢”。资料显示，锅炉壁上形成1.5mm厚的水垢，就会使燃料消耗增加10%以上，这使工业生产成本大大增加，水垢的堆积与燃料的消耗成正比，当水垢堆积到一定程度，会使机器堵塞严重时会造成工业爆炸，形成工业损失和人员伤亡。
所以解决硬水软化问题是我国社会经济发展的重要环节，刻不容缓。在工业生产中应用软化水技术来提高水的利用率对资源节约和环境保护具有重要意义。工作人员可以通过软化水自动化系统将工业硬水变成工业软水，通过画面的监控来了解软化水的工作情况，这样不仅能够大大提高生产价值，还可以减少工作量提高工作效率，同时可以排除安全隐患减少损失，所以软化水自动化系统具有很好的发展前景。
1.2我国软化水现状
我国在水处理监控系统方面的研发起步较晚，水处理监控系统的发展大致分为四个阶段：第一阶段的模拟仪表控制系统，通过观察控制室仪表数据进行设备控制，此控制系统易受外界干扰，不便于实时监控以及故障处理间；第二阶段是以单片机作为控制器的集中式数字控制系统，此系统的抗干扰能力增强，但对控制器本身的处理能力和可靠性要求较高，若控制器本身出现故障，整个系统就会瘫痪；第三阶段以过程控制系统为主导，过程控制系统是以PLC作为现场控制器，可以适应更为复杂的工业现场环境，PLC的处理数据能力和可靠性能较单片机有了很大的提升，但是监控能力不足；第四阶段是上位机与下位机结合的监控系统，此监控系统的人机界面更为人性化，能够实时监控现场设备和对现场数据的采集、传输与处理，是目前应用最为广泛的监控系统，下面几个是我国软化水系统设计的实力。
王绵纬[1]等人利用SIMATICS7300和工控机IPC600设计一个软水控制系统。装有组态王的IPC600、飞利浦显示器，与S7300PLC构成分布式控制系统，通过CP5611卡以及RS485通讯方式实现与PLC的通讯。上位机主要进行数据监控、故障记录与报警等功能。PLC通过PPI通讯协议实现与组态王之间的数据通讯。但是该系统的智能化程度不高，通信易受环境干扰。
王国柱[2]在进行软水处理系统开发时，上位机选用工控机进行系统远程监控，下位机选用S7400PLC进行现场控制，上位机与下位机之间通过RS485进行通信。上位机的操作指令传输给PLC，PLC控制现场执行机构完成操作人员的操作指令。现场设备的状态参数数据经PLC判断和处理后，传输给上位机进行实时显示，使操作人员能及时发现和处理问题，保证系统正常运行。
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