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工控機(jī)
水工業(yè)PLC與工控機(jī)應(yīng)用分析
1、系統(tǒng)組成
某電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備具有良好的可控性ˇ利用PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理ˇ系統(tǒng)基本組成所示。
采用3臺(tái)西門(mén)子公司的SIMATIC LPR26-RL2 S5—115U可編程序控制器 液位控制器FLR-261B 控制ˇ場(chǎng)的一次設(shè)備ˇ程控系統(tǒng)分為3套ˇ依次為ˇ1補(bǔ)給水處理單元、ˇ2補(bǔ)給水處理單元、ˇ3凝結(jié)水處理單元。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
操作員站選用兩臺(tái)研華586工控機(jī)ˇ軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用美國(guó)Inblution公司的FIX5.5組態(tài)軟件。FIX5.5是一種能完成數(shù)據(jù)采集及控制、報(bào)警、圖形數(shù)據(jù)ˇ示等功能的完整工業(yè)自動(dòng)化軟件ˇ該版本在WINDOWS或WINDOWSNT環(huán)境下運(yùn)行ˇ采用了圖形用戶(hù)界面ˇˇ應(yīng)其內(nèi)部的圖形處理是基于第三代圖形技術(shù)。
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用SINEC L2網(wǎng)ˇ它把SIMATIC系列可編程序控制器以及工控機(jī)連成網(wǎng)絡(luò)。SNEC L2是令牌總ˇ網(wǎng)ˇ網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是雙絞ˇ或光纜。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)總ˇ連接器 GTY引進(jìn)銅連接管GTY-4 連到總ˇ網(wǎng)上ˇ在本系統(tǒng)中ˇ三臺(tái)PLC之間以及與兩臺(tái)工控機(jī)之間都實(shí)ˇ了數(shù)據(jù)通訊。
該方案配置體ˇ了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)ˇ即控制功能分散ˇ操作管理集中。控制功能分散意味著系統(tǒng)實(shí)時(shí)ˇ應(yīng)快和系統(tǒng)�！Ψ稚ⅰΣ僮鞴芾砑斜阌诩泄芾怼Ψ桨概渲眠�具有冗余特性。
2、PLC及其程序設(shè)計(jì)
2.1 SIMATIC S5-115U硬件組成及編程概要
可編程序控制器SIMATIC S5-115U采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊式結(jié)構(gòu)ˇ電源、CPU、各種I/O模件都插在一塊母板上ˇ并可以根據(jù)不同的I/O點(diǎn)數(shù)增加擴(kuò)展母板ˇ輸入、輸出模件和存儲(chǔ)器的精細(xì)分級(jí)ˇ使得這種裝置具有較強(qiáng)的配置適應(yīng)能力ˇ通過(guò)通訊處理器和局部網(wǎng)ˇ可方便地實(shí)ˇPLC之間及與計(jì)算機(jī)的通訊。
SIMATIC S5-115U的編程語(yǔ)言是STEP5ˇ有3種表達(dá)方法ˇ即控制系統(tǒng)流程圖CSFˇ梯形圖LAD和語(yǔ)句表STL。其中語(yǔ)句表STL最接近于機(jī)器內(nèi)部的控制程序ˇ功能也比前兩種方法豐富得多ˇ因此在本系統(tǒng)實(shí)際編程應(yīng)用中全部采用語(yǔ)句表STL。
STEP5的最大特點(diǎn)是采用了結(jié)構(gòu)化編程方法ˇ并提供大量標(biāo)準(zhǔn)功能塊如乘法功能塊FB242、通訊功能塊FB244等ˇ使得編程工作大大簡(jiǎn)化ˇ而且所編程序條理清晰ˇ易于讀懂、修改和測(cè)試ˇ這一優(yōu)點(diǎn)尤其在編制大型復(fù)雜程序時(shí)更能ˇˇ出來(lái)。
要完成復(fù)雜任務(wù)ˇ可以把整個(gè)程序分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的程序塊ˇSTEP5有5種塊類(lèi)型ˇ即組織塊(OB)、程序塊(PB)、順序塊(SB)、功能塊(FB)和數(shù)據(jù)塊(DB)ˇ其中組織塊(OB)用以管理用戶(hù)程序ˇ形成了操作系統(tǒng)和控制程序之間的接口ˇ所有其它類(lèi)型塊在此被調(diào)用執(zhí)行。功能塊(FB)用于實(shí)ˇ反復(fù)調(diào)用或者特別復(fù)雜的程序功能ˇ這些功能塊可以是系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)功能塊的形式提供的ˇ也可以由用戶(hù)自己編制。例如標(biāo)準(zhǔn)功能塊FB242就可以實(shí)ˇ16位二進(jìn)制乘法功能、FB244可以實(shí)ˇCPU與通訊處理器之間的數(shù)據(jù)傳送ˇ用到這些功能時(shí)可以直接調(diào)用這些功能塊。
2.2 SIMATIC S5-115U大型程序的設(shè)計(jì)
以本系統(tǒng)ˇ1補(bǔ)給水處理單元的控制程序?yàn)槔υ诮M織塊OB1內(nèi)主要有下面幾條語(yǔ)句ˇ完成各功能塊的無(wú)條件調(diào)用。
JU FB1 (定義PLC1ˇ兩臺(tái)工控機(jī)傳送的數(shù)據(jù)) JU FB2 (定義兩臺(tái)工控機(jī)ˇPLC1傳送的數(shù)據(jù)) JU FB231 (完成PLC1與兩臺(tái)工控機(jī)之間通訊的基本設(shè)置) JU FB232 (完成PLC1與PLC2、PLC3之間通訊的基本設(shè)置) JU FB4 (實(shí)ˇ自動(dòng)控制及無(wú)擾切換功能) JU FB3 (氣動(dòng)門(mén)及電動(dòng)門(mén)控制) JU FB10 (實(shí)ˇ模擬量處理功能) JU FB11 (報(bào)警處理)
在FB1、FB2內(nèi)主要將需要通訊的數(shù)據(jù)分別寫(xiě)入某數(shù)據(jù)塊如DB10的ˇ應(yīng)位ˇ由此才能與通訊處理器中的變量取得一致。在FB231中調(diào)用兩個(gè)STEP5本身提供的標(biāo)準(zhǔn)功能塊FB244(發(fā)送數(shù)據(jù))、FB245(接收數(shù)據(jù))ˇ再根據(jù)通訊處理器填寫(xiě)一些必要的參數(shù)如接口、作業(yè)號(hào)等ˇ從而實(shí)ˇ數(shù)據(jù)通訊功能。在FB232內(nèi)按照通訊處理器分配的數(shù)據(jù)位ˇ定義3臺(tái)PLC之間需要傳送的數(shù)據(jù)。在FB4內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程要求及操作規(guī)范ˇ充分利用其它功能塊及I/O模塊傳送的數(shù)據(jù)ˇ實(shí)ˇ系統(tǒng)的自動(dòng)控制及無(wú)擾切換功能ˇ針對(duì)多個(gè)被控對(duì)ˇˇ似的特點(diǎn)ˇ分別編制了幾個(gè)有代表性的功能塊FB20、FB30、FB40ˇ例如在FB4內(nèi)多次調(diào)用了FB20以便解決PLC內(nèi)某程序步時(shí)間和工控機(jī)畫(huà)面ˇ示時(shí)間保持一致的問(wèn)題ˇ而且FB20內(nèi)又調(diào)用了乘法功能塊FB244。FB3根據(jù)FB4發(fā)出的自動(dòng)程序步指令去控制氣動(dòng)門(mén)、電動(dòng)門(mén)及泵 液控閥門(mén)校驗(yàn)泵站 等ˇ場(chǎng)設(shè)備。FB10負(fù)責(zé)所有模擬量的處理ˇ在此調(diào)用了開(kāi)方功能塊FB5。FB11根據(jù)FB10轉(zhuǎn)換出來(lái)的數(shù)據(jù)ˇ對(duì)模擬量進(jìn)行報(bào)警處理ˇ在此一定要注意模擬量和PLC內(nèi)部數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系ˇ以保證模擬量ˇ示和報(bào)警的準(zhǔn)確性。
3、工控機(jī)監(jiān)控管理軟件的設(shè)計(jì)
工控機(jī)監(jiān)控管理軟件在FIX5.5軟件平臺(tái)下完成ˇFIX5ˇ5是一個(gè)高精度模塊化的軟件系統(tǒng)ˇ包括十幾種軟件模塊ˇ在此主要介紹開(kāi)發(fā)本應(yīng)用軟件時(shí)所用到的幾種軟件模塊。
(1) 系統(tǒng)配置模塊(SCU)ˇ它主要完成網(wǎng)絡(luò)、I/O驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)庫(kù)名稱(chēng)、系統(tǒng)啟動(dòng)參數(shù)及初始啟動(dòng)任務(wù)等配置。Inblution公司和第三方廠商為PLC、I/O卡編寫(xiě)了300多種I/O驅(qū)動(dòng)程序ˇ如SIEMENS、OMRON、MODICON、ABB等公司產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)程序ˇ并提供I/O驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)工具包ˇ供用戶(hù)開(kāi)發(fā)自己的I/O驅(qū)動(dòng)程序。
(2) 數(shù)據(jù)掃描、報(bào)警和控制模塊(SAC)ˇ它用來(lái)實(shí)ˇˇ場(chǎng)數(shù)據(jù)的掃描、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換ˇ報(bào)警條件判別及實(shí)ˇ遙控輸出等功能ˇSAC將處理的ˇ場(chǎng)數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)ˇ或?qū)⑦b控輸出的數(shù)據(jù)送到I/O驅(qū)動(dòng)程序ˇ以便實(shí)ˇ遙控輸出功能。
(3) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊(DATABASE BUILDER)ˇ它提供以交互方式建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和在ˇˇ示/修改實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能ˇ它是系統(tǒng)運(yùn)行的主要數(shù)據(jù)來(lái)源。用戶(hù)需要在此做很大一部分工作ˇ最主要的是填寫(xiě)變量的標(biāo)簽名ˇ從而將ˇ場(chǎng)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量標(biāo)簽一一對(duì)應(yīng)起來(lái)ˇ以便在其它模塊中調(diào)用此數(shù)據(jù)。在填寫(xiě)變量標(biāo)簽名時(shí)既要講究規(guī)范性又要有技巧性ˇ首先需要遵循FIX軟件的語(yǔ)法要求ˇ其次按照一定的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)定義標(biāo)簽名ˇ以便在以后的數(shù)據(jù)查詢(xún)及應(yīng)用中提高效率。
(4) 繪圖模塊(DRAW)ˇFIX擁有一個(gè)直觀的、基于對(duì)ˇ的圖形化用戶(hù)接口(GUI)ˇ它簡(jiǎn)化了圖形開(kāi)發(fā)過(guò)程。為了建立畫(huà)面ˇ可以用DRAW提供的工具ˇ(TOOL BOX)生成某些對(duì)ˇ如閥門(mén)、泵、記錄表等ˇ并定義其動(dòng)態(tài)特性ˇ即對(duì)ˇ基于ˇ場(chǎng)數(shù)據(jù)改變狀態(tài)、大小、顏色、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等ˇ例如閥門(mén)的開(kāi)或關(guān)、泵的轉(zhuǎn)或�！@些工作可以在一個(gè)對(duì)話框內(nèi)完成ˇ主要是將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量標(biāo)簽與ˇ應(yīng)對(duì)ˇ聯(lián)系起來(lái)ˇ從而使對(duì)ˇ狀態(tài)隨著ˇ場(chǎng)數(shù)據(jù)改變。為了減少圖形開(kāi)發(fā)時(shí)間ˇInblution公司還提供了一個(gè)常用設(shè)備對(duì)ˇ的圖形庫(kù)ˇ其中有多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)圖形ˇ可隨時(shí)粘貼到用戶(hù)畫(huà)面中ˇ同時(shí)用戶(hù)可以把自己畫(huà)好的常用圖形保存到圖形庫(kù)中ˇ以方便以后使用。
(5) ˇ示模塊(VIEW)ˇ它的主要功能是動(dòng)態(tài)ˇ示由DRAW建立的畫(huà)面ˇ可以在多幅畫(huà)面間切換、改變畫(huà)面形態(tài)、輸入數(shù)據(jù)、實(shí)ˇ監(jiān)控等ˇ這就是提供給用戶(hù)的實(shí)際操作畫(huà)面。
4、系統(tǒng)功能
系統(tǒng)具有上位機(jī)監(jiān)控功能和模擬盤(pán)監(jiān)控功能ˇ兩者互為熱備用方式并列運(yùn)行。在上位機(jī)畫(huà)面上設(shè)有上位機(jī)手動(dòng)、上位機(jī)自動(dòng)、上位機(jī)監(jiān)視3種工作方式ˇ方式之間的切換是無(wú)擾動(dòng)的。
當(dāng)系統(tǒng)需要由模擬盤(pán)監(jiān)控時(shí)ˇ上位機(jī)畫(huà)面選擇上位機(jī)監(jiān)視工作方式。此時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)由模擬盤(pán)M/A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) Redline Changeover switches轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)AST S 32 40 2 狀態(tài)決定ˇM/A置手動(dòng)ˇ可利用模擬盤(pán)按鍵在模擬盤(pán)上進(jìn)行一對(duì)一手動(dòng)操作。當(dāng)M/A置自動(dòng)時(shí)ˇ系統(tǒng)可由自動(dòng)程序?qū)崱λ幚淼淖詣?dòng)控制。
當(dāng)系統(tǒng)需要由上位機(jī)監(jiān)控時(shí)ˇ可在上位機(jī)畫(huà)面上選擇上位機(jī)手動(dòng)和上位機(jī)自動(dòng)功能。選擇上位機(jī)手動(dòng)時(shí)ˇ可在上位機(jī)畫(huà)面上實(shí)ˇ就地設(shè)備的一對(duì)一手操。選擇上位機(jī)自動(dòng)時(shí)ˇ可在上位機(jī)畫(huà)面上進(jìn)行自動(dòng)啟�？刂啤ψ詣�(dòng)控制程序與模擬盤(pán)自動(dòng)控制功能ˇ同。
5、結(jié)束語(yǔ)
在大中型生產(chǎn)系統(tǒng)中ˇ單機(jī)使用可編程控制器的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去ˇ其與工控機(jī)的有機(jī)結(jié)合以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用ˇ大大提高了生產(chǎn)ˇ場(chǎng)的自動(dòng)化控制水平和管理水平ˇ這是必然的趨勢(shì)。
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