淺談組態(tài)王和PLC在銅電解整流配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

黃 晶

（大冶有色集團(tuán)公司，湖北 黃石 435005）

1 引言

對(duì)于銅電解生產(chǎn)，主要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)是電單耗，即每生產(chǎn)1t 銅需要消耗的電量值。該指標(biāo)監(jiān)控的精確與否直接關(guān)系到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)；另一方面，加強(qiáng)能源計(jì)量管理也是現(xiàn)代企業(yè)精細(xì)化管理的要求，提高能源計(jì)量監(jiān)控精度，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科技的飛速發(fā)展，組態(tài)軟件在監(jiān)控領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，國(guó)內(nèi)著名的組態(tài)軟件有北京亞控公司的KingView 組態(tài)王和北京力控公司的ForceControl，而國(guó)外的則是萬(wàn)維公司的InTouch 以及西門(mén)子公司的WinCC 等。其中KingView 組態(tài)王具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。該軟件是中文操作界面，人機(jī)界面友好，可視化強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［1］；它自帶大量的圖像模型和豐富的腳本動(dòng)畫(huà)，能充分利用其模板功能，實(shí)現(xiàn)快速繪制監(jiān)控畫(huà)面，并采用動(dòng)畫(huà)形式顯示監(jiān)控設(shè)備的各種狀態(tài)信息和報(bào)警信息；它還具有操作簡(jiǎn)單，參數(shù)設(shè)置靈活，編程易于掌握，可以反復(fù)進(jìn)行模擬運(yùn)行并便于設(shè)計(jì)修改等優(yōu)點(diǎn)。在基于這些優(yōu)點(diǎn)的考慮下，我廠的配電監(jiān)控由原有的人工監(jiān)控改造為使用Kingview自動(dòng)監(jiān)控。

2 用戶需求

用戶監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)全部利用上位機(jī)進(jìn)行儲(chǔ)存?zhèn)鬟f，采用CS 模式通訊，采用SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，利用現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)模擬動(dòng)畫(huà)文本的形式或以趨勢(shì)曲線的形式進(jìn)行直觀的顯示。操作人員通過(guò)組態(tài)王向PLC 發(fā)出控制指令，完成設(shè)定電流和電壓的調(diào)整，并進(jìn)行反饋。在報(bào)警窗口中能查看到有關(guān)報(bào)警的參數(shù)信息，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)表打印功能。

3 硬件配置

3.1 控制系統(tǒng)組成及工作原理

銅電解整流配電控制系統(tǒng)包括電壓表、電流表、電能表、功率及功率因素表等現(xiàn)場(chǎng)一次元件，還包括DP 總線、變頻調(diào)速器、可控硅、PLC 及IO 模塊、上位機(jī)等。系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)王控制整流裝置，從上位機(jī)上設(shè)定PID 參數(shù)［2］（主要是電流參數(shù)），PLC 將PID 參數(shù)發(fā)送給變頻器，變頻器按照給定的參數(shù)值觸發(fā)可控硅工作；PLC 接收到來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)一次元件的傳感器信號(hào)，給變頻器反饋觸發(fā)電流信號(hào)以改變可控硅觸發(fā)角度，達(dá)到控制電流開(kāi)度的目的。同時(shí)采用組態(tài)王進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控，通過(guò)對(duì)PID 參數(shù)的整定，實(shí)現(xiàn)了整流裝置的閉環(huán)控制，使銅電解整流裝置穩(wěn)定在設(shè)定值輸出?？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖1 所示。

圖1 控制系統(tǒng)原理圖

3.2 組態(tài)王和S7-200 通信

組態(tài)王與S7-200PLC 之間支持多種通信方式，本系統(tǒng)采用DP 協(xié)議進(jìn)行通信，上位機(jī)上安裝CP5611 通訊卡，用Profibus-DP 電纜將S7-200 中的EM277 擴(kuò)展模塊相連［3］，上位機(jī)作為DP 主站，S7-200 作為從站。然后進(jìn)行通信設(shè)置，PC 機(jī)上需要安裝smaticnet6.0 作為OPC 服務(wù)器，組態(tài)王作為OPC 客戶端與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，PLC 上的通信設(shè)置如圖2 所示。

圖2 PLC 通信設(shè)置

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)PLC 程序

在組態(tài)王中將S7-200PLC 定義為設(shè)備，并將設(shè)備地址設(shè)置為1.0，組態(tài)王和S7-200PLC 的端口號(hào)必須設(shè)置一致。安裝STEP7-MicroWIN4.0 軟件完整編程包，根據(jù)控制系統(tǒng)輸入輸出實(shí)際要求，設(shè)置相關(guān)開(kāi)關(guān)量和模擬量的IO 地址，再根據(jù)系統(tǒng)控制要求，繪制程序流程圖，安裝流程圖編寫(xiě)PLC主程序及子程序。

4.2 設(shè)計(jì)監(jiān)控操作界面

監(jiān)控操作系統(tǒng)界面組態(tài)王6.55 軟件編寫(xiě)，運(yùn)行在Windows7 上，采用多線程和COM 組件等新技術(shù)。根據(jù)用戶控制要求，設(shè)計(jì)有主控制室監(jiān)控界面和兩個(gè)分控制室監(jiān)控界面。在主控和分控界面下又設(shè)計(jì)有現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備儀表狀態(tài)參數(shù)子畫(huà)面、電流和電壓參數(shù)調(diào)整子界面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線子界面以及查詢、報(bào)警、打印子界面，各個(gè)畫(huà)面之間可以相互切換［4］。為了便于直觀反映生產(chǎn)狀況，重要參數(shù)配以動(dòng)畫(huà)形式實(shí)時(shí)反應(yīng)到顯示屏，分控室和主控室都可以顯示。通過(guò)設(shè)置操作人員還可以使用鍵盤(pán)鼠標(biāo)來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，極大地方便了操作。

4.3 建立數(shù)據(jù)庫(kù)

在 上 位 機(jī)Windows7 系 統(tǒng) 中 安 裝SQLServer作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)ODBC 設(shè)置完成組態(tài)王Kngview6.55 與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的相互數(shù)據(jù)傳遞［5］。組態(tài)王軟件自帶歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，它將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)一存放在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于操作人員的對(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢和打印操作。

圖3 監(jiān)控畫(huà)面

4.4 建立動(dòng)畫(huà)

建立好操作圖形界面后，通過(guò)設(shè)置圖形基本屬性可以達(dá)到動(dòng)畫(huà)效果，在設(shè)置好的按鍵圖形上點(diǎn)擊“彈起時(shí)的操作”，可以編輯程序指令，例如升降檔位的操作，并且可以設(shè)置反饋信息輸出，這樣當(dāng)按鍵點(diǎn)擊后彈起時(shí)，就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)操作并產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)效果。

4.5 設(shè)置實(shí)時(shí)曲線圖和歷史曲線圖

使用組態(tài)王工具箱中自帶的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線圖功能實(shí)現(xiàn)曲線圖的繪制。首先對(duì)曲線基本屬性進(jìn)行定義，例如背景圖顏色，橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)的邊框顏色，曲線線型和顏色等；然后對(duì)各條曲線對(duì)應(yīng)的PLC輸出參數(shù)通過(guò)編寫(xiě)腳本程序進(jìn)行鏈接［6］。對(duì)歷史曲線而言，是將歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)鏈接到控件中實(shí)現(xiàn)歷史曲線的顯示。在同一個(gè)趨勢(shì)曲線圖中可以同時(shí)顯示多個(gè)變量曲線，便于工作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。

4.6 設(shè)置報(bào)警信息

報(bào)警信息在整個(gè)配電監(jiān)控系統(tǒng)中起到十分重要的作用。例如當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集到油溫超出規(guī)定閾值時(shí)，組態(tài)王軟件就會(huì)以聲響和光閃等特定的形式提醒工作人員，讓工作人員及時(shí)做出判斷并進(jìn)行補(bǔ)救，避免事故的擴(kuò)大化。如果沒(méi)有設(shè)置報(bào)警上下限和發(fā)出報(bào)警，系統(tǒng)無(wú)法將故障信息反饋給工作人員，這樣故障就無(wú)法及時(shí)處理。

4.7 分配管理權(quán)限

組態(tài)王還可針對(duì)不同人員分配操作管理相應(yīng)等級(jí)權(quán)限，最后添加相應(yīng)的操作提示信息，監(jiān)控界面如圖3 所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

該整流配電監(jiān)控系統(tǒng)已投入運(yùn)行，用戶反映效果較好。通過(guò)利用Kingview6.55 組態(tài)王軟件與西門(mén)子S7-200PLC 設(shè)計(jì)的這套整流配電監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了配電監(jiān)控全自動(dòng)化控制。該系統(tǒng)人機(jī)交互界面簡(jiǎn)潔直觀，而且易于后期升級(jí)擴(kuò)容。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的控制精度為0.1%，調(diào)節(jié)后無(wú)明顯波動(dòng)，操作簡(jiǎn)單，滿足了銅電解大電流、高精度控制的需要，為滿足高質(zhì)量產(chǎn)品生產(chǎn)的要求提供了強(qiáng)有力的保障。