袁佳楠
河北港口集團(tuán)通信信息工程分公司,河北石家莊 050081
可編程控制器(Programmable Logic Controllor 簡稱PLC)是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而迅速發(fā)展起來的。由于具有可靠性高、功能強(qiáng)大、組合靈活、維護(hù)方便等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。
組態(tài)(Configuration)是指通過專用軟件定義系統(tǒng)的過程。組態(tài)軟件是利用系統(tǒng)軟件提供的工具,通過簡單形象的組態(tài)工作,構(gòu)成系統(tǒng)所需的軟件。是工業(yè)自動(dòng)化軟件的一個(gè)重要分支。組態(tài)軟件促使自動(dòng)化技術(shù)走出工業(yè)應(yīng)用的狹小范圍,在樓宇自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
組態(tài)王是國內(nèi)第一家較有影響的組態(tài)軟件開發(fā)公司。組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面,并且提供了以漢字作為關(guān)鍵字的腳本語言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅(qū)動(dòng)程序。
采用組態(tài)王軟件編制的上位監(jiān)控系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和處理中心、遠(yuǎn)程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心,它與外圍設(shè)備PLC,智能儀表等相連接構(gòu)成控制中心。
針對(duì)港口干散貨的裝卸儲(chǔ)運(yùn)生產(chǎn)的實(shí)際,采用西門子PLC為現(xiàn)場控制核心,以組態(tài)王軟件作為上位監(jiān)控組態(tài)軟件,設(shè)計(jì)一套料位自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)卸料小車的實(shí)時(shí)監(jiān)控、現(xiàn)場料位的數(shù)據(jù)采集和顯示、料位超限報(bào)警等功能。
本系統(tǒng)包括6 個(gè)料倉,這些料倉主要用來儲(chǔ)備和緩沖物料,由卸料小車向各個(gè)料倉送入物料。卸料小車安裝在傳送帶支架上,物料由傳送帶送到卸料小車上,隨著小車的移動(dòng),卸料點(diǎn)隨著移動(dòng),當(dāng)卸料小車停在某料倉處則向該料倉注入物料。卸料小車的卸料點(diǎn)由接近開關(guān)決定,根據(jù)料倉料位決定是否向某一料倉卸料,若該料倉料位達(dá)到控制要求,則卸料小車啟動(dòng)向下一料倉運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)首末兩個(gè)料倉時(shí),卸料小車進(jìn)行方向切換,如此不斷進(jìn)行循環(huán)。
本系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要由工控機(jī)、PLC、網(wǎng)絡(luò)卡組成,還包括現(xiàn)場的接近開關(guān)、料位計(jì)等。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。
上位機(jī)采用研華機(jī)架式工業(yè)控制計(jì)算機(jī),主要完成系統(tǒng)的組態(tài),軟件編程,工業(yè)現(xiàn)場動(dòng)態(tài)顯示以及運(yùn)行參數(shù)給定,報(bào)警顯示等主要功能。
采用Siemens 公司的S7-300 系列PLC 控制器,中央處理單元為CPU314;數(shù)字量輸入模塊SM321 進(jìn)行現(xiàn)場接近開關(guān)位置的檢測(cè)和現(xiàn)場手動(dòng)/自動(dòng)信號(hào)的檢測(cè);數(shù)字量輸出模塊采用SM322,進(jìn)行控制信號(hào)的輸出;模擬量輸入模塊采用SM331,進(jìn)行6 個(gè)料倉料位數(shù)據(jù)的采集;采用24VDC、20A SIEMENS工業(yè)開關(guān)電源SITOP 作為輸入輸出信號(hào)電源。
S7-300 和上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)的通信可以采用多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)(MPI)或PROFIBUS-DP 接口等多種通信方式。本監(jiān)控系統(tǒng)中S7-300 的中央處理單元選用CPU 314,因此在上位機(jī)中安裝CP5611 卡,通過MPI 電纜進(jìn)行連接,這樣就在上位機(jī)和S7-300PLC 之間建立了通訊硬件聯(lián)系。
本自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)主要完成6 個(gè)料倉料位的自動(dòng)檢測(cè)和實(shí)時(shí)顯示、料位報(bào)警顯示、卸料小車實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場手動(dòng)控制和中控室自動(dòng)控制、友好的人機(jī)交互界面顯示。
監(jiān)控系統(tǒng)通過料位計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分別對(duì)6 個(gè)料倉的料位進(jìn)行檢測(cè)并在上位監(jiān)控畫面中實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)。
每個(gè)料倉的料位一旦超過系統(tǒng)所設(shè)置的上下限則系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警顯示和報(bào)警自動(dòng)記錄。
手動(dòng)控制指由現(xiàn)場操作人員通過安裝在卸料小車上的按鈕直接進(jìn)行控制;自動(dòng)控制是指中控室操作人員通過上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
在上位機(jī)的監(jiān)控界面中實(shí)時(shí)顯示卸料小車運(yùn)行情況、料位顯示、料位報(bào)警顯示等。
對(duì)卸料小車的控制是本系統(tǒng)的核心內(nèi)容,卸料小車的位置由接近開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)。每個(gè)料倉兩邊分別安裝1 個(gè)接近開關(guān),在首末兩端再分別安裝1 個(gè)接近開關(guān),從而形成小車的行程控制。當(dāng)小車靠近某一接近開關(guān)時(shí),該接近開關(guān)動(dòng)作并將信號(hào)傳送至PLC 的數(shù)字量輸入模塊,由PLC 再傳至上位監(jiān)控計(jì)算機(jī),上位監(jiān)控界面中表示該接近開關(guān)的圖像發(fā)生反應(yīng),顯示為該接近開關(guān)信號(hào)有效。這時(shí),系統(tǒng)對(duì)該接近開關(guān)對(duì)應(yīng)的料倉料位進(jìn)行判斷,與系統(tǒng)設(shè)定的上下限進(jìn)行比較。若該料位值滿足要求則小車?yán)^續(xù)運(yùn)行;若不滿足要求,則卸料小車進(jìn)行卸料,直到料位值滿足要求,小車?yán)^續(xù)運(yùn)行。
本系統(tǒng)中包含6 個(gè)料倉,為了保證檢測(cè)的準(zhǔn)確度,每個(gè)料倉中安裝4 個(gè)重錘式料位計(jì),共有24 路模擬量輸入信號(hào)傳送至PLC 的模擬量輸入模板。再由PLC 將這些信號(hào)傳送至上位監(jiān)控機(jī),在上位監(jiān)控界面中通過圖像分別予以表示,實(shí)時(shí)顯示各個(gè)料位計(jì)的數(shù)值。
“組態(tài)王”是在流行的PC 機(jī)上建立工業(yè)控制對(duì)象人機(jī)接口的一種智能軟件包,它以Windows98/Windows2000/Windows NT4.0 中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺(tái),充分利用了Windows 圖形功能完備,界面一致性好,易學(xué)易用的特點(diǎn)。它使采用PC機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)工程比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性,大大減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)性工作,并可運(yùn)用PC 機(jī)豐富的軟件資源進(jìn)行二次開發(fā)。
“組態(tài)王”軟件包由工程管理器(ProjManager)、工程瀏覽器(TouchExplorer)、畫面運(yùn)行系統(tǒng)(TouchVew)三部分組成。其中,工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程瀏覽器內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng),即組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)。工程瀏覽器和畫面運(yùn)行系統(tǒng)是各自獨(dú)立的Windows 應(yīng)用程序,均可單獨(dú)使用;兩者又相互依存,在工程瀏覽器的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在畫面運(yùn)行環(huán)境中才能運(yùn)行。
上位監(jiān)控系統(tǒng)用于現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)視與控制。當(dāng)上位機(jī)與PLC 處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)時(shí),可以進(jìn)行流程選擇、啟動(dòng)、停止、故障復(fù)位等操作,通過PLC 對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。監(jiān)視畫面以圖形方式顯示工藝流程設(shè)備,并通過顏色變化來反映流程設(shè)備狀態(tài)??梢酝ㄟ^鍵盤設(shè)定料倉料位的上下界限以及給定值,當(dāng)實(shí)際值超過界限時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警并打印記錄,同時(shí)PLC將控制現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)。
上位監(jiān)控軟件的編制根據(jù)物料處理工藝和管理要求,結(jié)合實(shí)際工藝流程,充分考慮操作員工作中的要求。為了避免因操作員疏漏而造成生產(chǎn)事故,軟件設(shè)計(jì)出了“操作管理”功能,利用“操作記錄”、“事件記錄”、“報(bào)警”、“連鎖”這些功能有效地防止了這類事故的發(fā)生。屏幕是操作人員與工況之間最主要的聯(lián)絡(luò)界面,生動(dòng)形象的畫面效果和方便的操作方法,構(gòu)成友好的人機(jī)界面。
結(jié)合了PLC 技術(shù)、組態(tài)軟件而編制的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和圖形表現(xiàn)能力,實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)集中管理和顯示、歷史報(bào)表打印、報(bào)警畫面生成等功能。極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可維護(hù)性和可擴(kuò)展性,實(shí)現(xiàn)了作業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
[1]組態(tài)王用戶手冊(cè)[Z].北京:北京亞控科技發(fā)展有限公司,2002.
[2]基于PLC和組態(tài)軟件的物流輸送監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].福建電腦,2009(8).