现代化的大型工厂工艺复杂, 设备繁多。要保证这样的工厂正常生产, 单靠人工操作很难满足其可靠而高效的要求。因此, 采用计算机进行监视和控制, 对保证工厂的正常生产起着十分重要的作用。在PLC和INTOUCH的支持下, 庞大而复杂的生产流程被形象的放到计算机上。管理人员可以一目了然的看到, 生产相关的各个关键环节。重要的数据被图形画面显示出来, 管理人员可以据此判断, 该工艺段是否运转正常。也可以远程操作设备, 方便高效。更重要的是, 某些关键的生产环节, 计算机可以实时追踪变化, 精准而快捷。
下面以一个食品工厂为实例, 说明如何使用PLC和INTOUCH设计该厂的厂务监控系统。
以该工厂一个车间为说明对象。按照功能分为以下几个系统:蒸汽、水、空压、棕油、油清洗、空调系统等。整套系统工艺复杂, 仪器仪表众多, 因此硬件选用西门子公司的S7-300系列, 上位组态选用INTOUCH完成。S7-300系列适合中小规模系统, 模块种类丰富, 分布式结构和多界面网络能力, 使其应用十分灵活, 扩展和集成功能强大, 易于操作、编程和维护[1]。
本系统由上位工控机和下位机PLC为核心进行远程集中监测、控制、自动报警、短信报警等。该厂务监控系统, 主要由两台装有西门子S7-300可编程控制模块的控制柜组成, 它们集中安放在监控点位密集的车间内, 之间通过profibus总线连接。主控制柜装有以太网模块, 通过转换由光纤与控制室的交换机相连, 并由此与工控机相连接。
各个系统所配置的仪器仪表进行现场数据采集。它们通过电缆与PLC控制柜相连接。PLC控制柜的位置应尽量靠近各个采样点的仪表, 取在距离折中的位置, 以保证模拟信号尽量少的损失。使用step-7编写PLC的下位程序, 用INTOUCH编译图控界面。PLC模块就可以进行数据转换和处理而管理人员则可以通过图控界面监视各个点位的数据, 控制现场的各执行装置, 保证工艺稳定可靠的完成[2]。
测量连续数据的仪表, 温度变送器、压力变送器、差压变送器、浮球式液位变送器、射频导纳液位计, 涡轮流量计, 涡街流量计等。这些仪表的输出信号除空调温度传感器是NI1000热电阻输出, 其余采用4mA~20mA两线制输出。
采集限位值的各种开关, 差压开关、流量开关、浮球式液位开关等。还有气动/电动式比例控制阀、气动/电动开关阀等。
传感器将这些采集转换来的物理量和电气量参数, 以模拟量或者数字量的形式送给PLC进行处理和运算, 将运算结果转化成控制量进行输出或者直接输出报警信图1蒸汽系统界面图号[3]。
各仪表和阀门的电源, 由所属PLC控制柜集中提供。
按照设计要求统计所需的仪表, 并对其分类, 确定模块种类和数量。编写仪表统计点位表, 表中包括信号类型、工位号、控制说明、信号类型、PIW地址、数据存储地址等, 可以随着设计深入根据需要扩充。
PLC控制柜分为主从两个, 通过Profibus总线连接。CPU选择带Profibus接口的315-2DP, 放在主控柜内。
需接入主控柜的模拟输入点共64个, 按照预留20%冗余计算, 应该配置77个点。仪表的输出类型也有两种, Ni1000和4mA~20mA信号, 因此选用通用型AI模块, 每个模块可以提供8个点位, 因此需要配置10个模块才能满足设计要求。
除了AI模块, 主PLC控制柜还需要配置8通道的AO模块2个, 32位DI模块2个, 16位DI模块1个, 32位DO模块1个。带以太网接口的CP343-1模块1个, IM-153-1模块2个, PS307-5A电源模块3个。各种模块共计23个, 因为530mm的导轨长度有限, 所以将所有模块分为3个模组, 通过profibus总线相连。
从控制柜有PS307-5A电源模块2个, IM-153-1模块2个, AI模块5个, AO模块2个, 32位DI模块2个, 16位DI模块1个, 32位DO模块1个, 共分为2个模组, 通过IM153-1与主控制柜CPU连接。
本系统采用Siemens的SIMATIC Manager STEP7对进行下位机的编程。
PLC控制柜组装完成后, 首先需要通过软件配置其硬件构成, 即HW Config。根据模块的实际位置, 配置应该与之对应。在这里, 设置各个模块的基本参数。
控制软件根据工艺要求设计以下功能:4mA~20mA模拟量信号转换;热电阻信号转换;马达的启停;比例控制阀的PID调节;流量计的累计等。程序代码采用梯形图 (LAD) 。梯形图编程比较直观, 逻辑规则也容易梳理[4]。
图控软件采用Intouch编辑。软件按照各个建筑物分类, 各建筑物内又按照系统功能分类, 用户可以很方便地监视和控制。
各个建筑物的系统参数实时监控。各系统内的温度、湿度、压力、流量、供电参数等直观动态的显示在画面上。用户可以方便的查到所需数据。实现了生产过程的实时管理和系统的可视化[5]。图1为蒸汽系统界面图。
软件设计了流量累计程序。对每个流量计进行时累计、天累计和总累计的记录。同时设置了手动清零功能。方便用户记录资源的消耗情况。 (如图1)
参量超限报警及故障诊断。软件对该工程的各个系统参量都设置了超限报警。包括温度、压力、液位、差压和各个设备的运行状态等。系统运行过程中一旦参量值超限, Intouch可实现声音报警和动态画面提示, 即时产生报警报表。报表包含报警时间、日期、名称、类型、报警参量值、报警时的值、报警组等信息, 方便查找。对关键部位设置了短信报警, 可以及时通知相关管理人员, 从而保证生产的安全可靠。
保存历史数据。可以查找出所有连接仪表的历史参数和各个设备的运行状态。也可以显示人工操作的历史记录。历史曲线反映了它们的运行状态和变化趋势。以备工作人员随时查阅、分析。也可以将历史数据提取, 通过Excel报表脚本输出制作数据报表。
实现对各执行装置的远程控制。包括风机、空压机、各种泵的启停和阀门的开关。通过现场电气控制柜的转换开关, 实现现场和远程控制。其状态反映在图控界面中。远程控制状态下, 可在上位机实现设备的远程手动与自动运行控制。
对精确控制点位, 用PID控制比例调节阀自动追踪。
本程序还根据气候变化设置了冬夏季两套预制程序, 实现一键切换。对环境变化影响生产环境的变化, 可以迅速而有效地作出反应。
监控程序设置了操作人员的使用权限。系统由专人负责, 保证了生产安全可靠的进行。
本监控系统通过PLC和Intouch结合完成系统设计。具体总结为以下几个方面。
(1) 该工程系统较庞大, 点位众多, 确定了使用Siemens的S7-300系列。描述了系统的总体结构。
(2) 简述了现场所用仪表和阀门的种类。
(3) 详细介绍了PLC硬件系统的选型, 模块数量和种类, 及配置方式。
(4) PLC的软件部分, 包含硬件配置和各个功能模块。
(5) 详细描述了使用Intouch编写的上位图控软件所包含的功能。
通过强大的Siemens S7-300系统, 使用STEP7编写的软件实现各个系统功能。Intouch编写的图控软件, 使用户方便的监视和控制各个系统的运转状况。该厂务监控系统功能齐全, 运行稳定, 工作人员可以对各个工艺系统的变化迅速反应, 提高了工厂的自动化水平, 大大节省了人力物力, 使生产可以更加高效和可靠的进行。
摘要：本设计是根据某大型工厂的工艺要求, 设计的使用PLC和INTOUCH相结合的厂务监控系统。整套系统用PLC进行控制, INTOUCH编辑图控软件进行监控。介绍了系统总体结构, PLC硬件的选择, 下位程序的各个功能模块。上位程序使用INTOUCH编辑, 描述了图控软件的主要功能。该系统功能齐全, 运行高效准确, 操作方便, 提高了该厂自动化水平。
关键词：PLC,INTOUCH,厂务监控系统
[1] 廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].机械工业出版社, 2005.
[2] 李駪.自动化控制工程设计[M].电子工业出版社, 2009.
[3] 覃贵礼, 等.组态软件控制技术[M].北京:北京理工大学出版社, 2007.
[4] 任振辉, 马永鹏, 刘军.电气控制与PLC原理及应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2008.
[5] 郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京:东南大学出版社, 2003.
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