基于PLC和INTOUCH的廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘 要：本設(shè)計(jì)是根據(jù)某大型工廠的工藝要求，設(shè)計(jì)的使用PLC和INTOUCH相結(jié)合的廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)。整套系統(tǒng)用PLC進(jìn)行控制，INTOUCH編輯圖控軟件進(jìn)行監(jiān)控。介紹了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，PLC硬件的選擇，下位程序的各個(gè)功能模塊。上位程序使用INTOUCH編輯，描述了圖控軟件的主要功能。該系統(tǒng)功能齊全，運(yùn)行高效準(zhǔn)確，操作方便，提高了該廠自動(dòng)化水平。
　　關(guān)鍵詞：PLC INTOUCH 廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)
　　中圖分類號(hào)：F326.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　
　　引言
　　現(xiàn)代化的大型工廠工藝復(fù)雜，設(shè)備繁多。要保證這樣的工廠正常生產(chǎn)，單靠人工操作很難滿足其可靠而高效的要求。因此，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和控制，對(duì)保證工廠的正常生產(chǎn)起著十分重要的作用。在PLC和INTOUCH的支持下，龐大而復(fù)雜的生產(chǎn)流程被形象的放到計(jì)算機(jī)上。管理人員可以一目了然的看到，生產(chǎn)相關(guān)的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。重要的數(shù)據(jù)被圖形畫面顯示出來，管理人員可以據(jù)此判斷，該工藝段是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。也可以遠(yuǎn)程操作設(shè)備，方便高效。更重要的是，某些關(guān)鍵的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)追蹤變化，精準(zhǔn)而快捷。
　　下面以一個(gè)食品工廠為實(shí)例，說明如何使用PLC和INTOUCH設(shè)計(jì)該廠的廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)。
　　
　　1系統(tǒng)概述
　　以該工廠一個(gè)車間為說明對(duì)象。按照功能分為以下幾個(gè)系統(tǒng)：蒸汽、水、空壓、棕油、油清洗、空調(diào)系統(tǒng)等。整套系統(tǒng)工藝復(fù)雜，儀器儀表眾多，因此硬件選用西門子公司的S7-300系列，上位組態(tài)選用INTOUCH完成。S7-300系列適合中小規(guī)模系統(tǒng)，模塊種類豐富，分布式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使其應(yīng)用十分靈活，擴(kuò)展和集成功能強(qiáng)大，易于操作、編程和維護(hù)[1]。
　　
　　2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　本系統(tǒng)由上位工控機(jī)和下位機(jī)PLC為核心進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)、控制、自動(dòng)報(bào)警、短信報(bào)警等。該廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)，主要由兩臺(tái)裝有西門子S7-300可編程控制模塊的控制柜組成，它們集中安放在監(jiān)控點(diǎn)位密集的車間內(nèi)，之間通過profibus總線連接。主控制柜裝有以太網(wǎng)模塊，通過轉(zhuǎn)換由光纖與控制室的交換機(jī)相連，并由此與工控機(jī)相連接。
　　各個(gè)系統(tǒng)所配置的儀器儀表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。它們通過電纜與PLC控制柜相連接。PLC控制柜的位置應(yīng)盡量靠近各個(gè)采樣點(diǎn)的儀表，取在距離折中的位置，以保證模擬信號(hào)盡量少的損失。使用step-7編寫PLC的下位程序，用INTOUCH編譯圖控界面。PLC模塊就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理，而管理人員則可以通過圖控界面監(jiān)視各個(gè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)，控制現(xiàn)場(chǎng)的各執(zhí)行裝置，保證工藝穩(wěn)定可靠的完成[2]。
　　
　　3儀表的選用
　　測(cè)量連續(xù)數(shù)據(jù)的儀表，溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、浮球式液位變送器、射頻導(dǎo)納液位計(jì)，渦輪流量計(jì)，渦街流量計(jì)等。這些儀表的輸出信號(hào)除空調(diào)溫度傳感器是NI1000熱電阻輸出，其余采用4-20mA兩線制輸出。
　　采集限位值的各種開關(guān)，差壓開關(guān)、流量開關(guān)、浮球式液位開關(guān)等。還有氣動(dòng)/電動(dòng)式比例控制閥、氣動(dòng)/電動(dòng)開關(guān)閥等。
　　傳感器將這些采集轉(zhuǎn)換來的物理量和電氣量參數(shù)，以模擬量或者數(shù)字量的形式送給 PLC 進(jìn)行處理和運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)化成控制量進(jìn)行輸出或者直接輸出報(bào)警信號(hào)[3]。
　　各儀表和閥門的電源，由所屬PLC控制柜集中提供。
　　
　　4PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　按照設(shè)計(jì)要求統(tǒng)計(jì)所需的儀表，并對(duì)其分類，確定模塊種類和數(shù)量。編寫儀表統(tǒng)計(jì)點(diǎn)位表，表中包括信號(hào)類型、工位號(hào)、控制說明、信號(hào)類型、PIW地址、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址等，可以隨著設(shè)計(jì)深入根據(jù)需要擴(kuò)充。
　　PLC控制柜分為主從兩個(gè)，通過Profibus總線連接。CPU選擇帶Profibus接口的315-2DP，放在主控柜內(nèi)。
　　需接入主控柜的模擬輸入點(diǎn)共64個(gè)，按照預(yù)留20%冗余計(jì)算，應(yīng)該配置77個(gè)點(diǎn)。儀表的輸出類型也有兩種，Ni1000和4-20mA信號(hào)，因此選用通用型AI模塊，每個(gè)模塊可以提供8個(gè)點(diǎn)位，因此需要配置10個(gè)模塊才能滿足設(shè)計(jì)要求。
　　除了AI模塊，主PLC控制柜還需要配置8通道的AO模塊2個(gè)，32位DI模塊2個(gè)，16位DI模塊1個(gè)，32位DO模塊1個(gè)。帶以太網(wǎng)接口的CP343-1模塊1個(gè)，IM-153-1模塊2個(gè)，PS307-5A電源模塊3個(gè)。各種模塊共計(jì)23個(gè)， 因?yàn)?30mm的導(dǎo)軌長(zhǎng)度有限，所以將所有模塊分為3個(gè)模組，通過profibus總線相連。
　　從控制柜有PS307-5A電源模塊2個(gè)，IM-153-1模塊2個(gè)，AI模塊5個(gè)，AO模塊2個(gè)，32位DI模塊2個(gè)，16位DI模塊1個(gè)，32位DO模塊1個(gè)，共分為2個(gè)模組，通過IM153-1與主控制柜CPU連接。
　　系統(tǒng)軟件
　　
　　5PLC控制系統(tǒng)軟件
　　 本系統(tǒng)采用Siemens的SIMATIC Manager STEP7對(duì)進(jìn)行下位機(jī)的編程
　　5.1配置硬件
　　 PLC控制柜組裝完成后，首先需要通過軟件配置其硬件構(gòu)成，即HW Config。根據(jù)模塊的實(shí)際位置，配置應(yīng)該與之對(duì)應(yīng)。在這里，設(shè)置各個(gè)模塊的基本參數(shù)。
　　5.2PLC控制軟件
　　控制軟件根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)以下功能： 4-20mA模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換；熱電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換；馬達(dá)的啟停；，比例控制閥的PID 調(diào)節(jié)；流量計(jì)的累計(jì)等。程序代碼采用梯形圖（LAD）。梯形圖編程比較直觀，邏輯規(guī)則也容易梳理[4]。
　　
　　6上位圖控軟件
　　圖控軟件采用Intouch編輯。軟件按照各個(gè)建筑物分類，各建筑物內(nèi)又按照系統(tǒng)功能分類，用戶可以很方便地監(jiān)視和控制。
　　各個(gè)建筑物的系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。各系統(tǒng)內(nèi)的溫度、濕度、壓力、流量、供電參數(shù)等直觀動(dòng)態(tài)的顯示在畫面上。用戶可以方便的查到所需數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)管理和系統(tǒng)的可視化[5] 。圖1為蒸汽系統(tǒng)界面圖。
　　軟件設(shè)計(jì)了流量累計(jì)程序。對(duì)每個(gè)流量計(jì)進(jìn)行時(shí)累計(jì)、天累計(jì)和總累計(jì)的記錄。同時(shí)設(shè)置了手動(dòng)清零功能。方便用戶記錄資源的消耗情況。
　　
　　
　　參量超限報(bào)警及故障診斷。軟件對(duì)該工程的各個(gè)系統(tǒng)參量都設(shè)置了超限報(bào)警。包括溫度、壓力、液位、差壓和各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。系統(tǒng)運(yùn)行過程中一旦參量值超限，Intouch可實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警和動(dòng)態(tài)畫面提示，即時(shí)產(chǎn)生報(bào)警報(bào)表。報(bào)表包含報(bào)警時(shí)間、日期、名稱、類型、報(bào)警參量值、報(bào)警時(shí)的值、報(bào)警組等信息，方便查找。對(duì)關(guān)鍵部位設(shè)置了短信報(bào)警，可以及時(shí)通知相關(guān)管理人員，從而保證生產(chǎn)的安全可靠。
　　保存歷史數(shù)據(jù)?？梢圆檎页鏊羞B接儀表的歷史參數(shù)和各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。也可以顯示人工操作的歷史記錄。歷史曲線反映了它們的運(yùn)行狀態(tài)和變化趨勢(shì)。以備工作人員隨時(shí)查閱、分析。也可以將歷史數(shù)據(jù)提取，通過Excel報(bào)表腳本輸出制作數(shù)據(jù)報(bào)表。
　　實(shí)現(xiàn)對(duì)各執(zhí)行裝置的遠(yuǎn)程控制。包括風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、各種泵的啟停和閥門的開關(guān)、。通過現(xiàn)場(chǎng)電氣控制柜的轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程控制。其狀態(tài)反映在圖控界面中。遠(yuǎn)程控制狀態(tài)下，可在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程手動(dòng)與自動(dòng)運(yùn)行控制。
　　對(duì)精確控制點(diǎn)位，用PID控制比例調(diào)節(jié)閥自動(dòng)追蹤。
　　本程序還根據(jù)氣候變化設(shè)置了冬夏季兩套預(yù)制程序，實(shí)現(xiàn)一鍵切換。對(duì)環(huán)境變化影響生產(chǎn)環(huán)境的變化，可以迅速而有效地作出反應(yīng)。
　　監(jiān)控程序設(shè)置了操作人員的使用權(quán)限。系統(tǒng)由專人負(fù)責(zé)，保證了生產(chǎn)安全可靠的進(jìn)行。
　　
　　結(jié)論
　　本監(jiān)控系統(tǒng)通過PLC和Intouch結(jié)合完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。具體總結(jié)為以下幾個(gè)方面：
　?。?）該工程系統(tǒng)較龐大，點(diǎn)位眾多，確定了使用Siemens的S7-300系列。描述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。
　　（2）簡(jiǎn)述了現(xiàn)場(chǎng)所用儀表和閥門的種類。
　?。?）詳細(xì)介紹了PLC硬件系統(tǒng)的選型，模塊數(shù)量和種類，及配置方式。
　　（4）PLC的軟件部分，包含硬件配置和各個(gè)功能模塊。
　?。?）詳細(xì)描述了使用Intouch編寫的上位圖控軟件所包含的功能。
　　通過強(qiáng)大的Siemens S7-300系統(tǒng)，使用STEP7編寫的軟件實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)功能。Intouch編寫的圖控軟件，使用戶方便的監(jiān)視和控制各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。該廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)功能齊全，運(yùn)行穩(wěn)定，工作人員可以對(duì)各個(gè)工藝系統(tǒng)的變化迅速反應(yīng)，提高了工廠的自動(dòng)化水平，大大節(jié)省了人力物力，使生產(chǎn)可以更加高效和可靠的進(jìn)行。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 廖常初。S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)。機(jī)械工業(yè)出版社， 2005。
　　[2] 李駪。自動(dòng)化控制工程設(shè)計(jì)。電子工業(yè)