西門(mén)子S7-1500控制器
控制系統(tǒng)核心，成本較低，穩(wěn)定性很高，程序編寫(xiě)調(diào)試方便，但PLC在人機(jī)對(duì)話、故障判斷、在線修改等方面有一些不便，需要對(duì)編程非常熟悉的專業(yè)人員進(jìn)行操作。并且，要想直觀地了解生產(chǎn)過(guò)程和監(jiān)控信號(hào)的動(dòng)態(tài)變化必須選擇一個(gè)上位機(jī)來(lái)配合PLC，才能組成較好的自動(dòng)控制系統(tǒng)。因此，本系統(tǒng)采用觸摸屏與PLC通信，共同組成生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。
在橡塑機(jī)械生產(chǎn)制造業(yè)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，油污多。普通的工業(yè)觸摸屏的穩(wěn)定性很難保證。而選用進(jìn)口的觸摸屏，性能較好，但在復(fù)雜環(huán)境中，
壽命大大減短，其價(jià)格昂貴，必然增加生產(chǎn)成本。LEODO人機(jī)界面是由32位嵌入式微處理器、WinCE．net操作系統(tǒng)和組態(tài)軟件構(gòu)成的新穎的人機(jī)界面產(chǎn)品，適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，安全可靠，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備的操作和數(shù)據(jù)顯示，它與傳統(tǒng)的人機(jī)界面相比又增添了信息處理和網(wǎng)絡(luò)功能。LEODO人機(jī)界面，功耗低，溫升小，熱穩(wěn)定性相對(duì)較高，并且不怕遇到斷電情況。
在工業(yè)測(cè)控軟件中，組態(tài)軟件能充分利用WINOOWs的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口，實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等功能。并可運(yùn)用PC機(jī)豐富的軟硬件資源進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，方便地生成各種報(bào)表，為應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)提供了十分方便的平臺(tái)，因此它在工業(yè)控制中運(yùn)用越來(lái)越廣泛。
在本系統(tǒng)中，利用ET組態(tài)軟件構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面。通過(guò)串行口與PLC進(jìn)行通信，這樣可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信號(hào)的監(jiān)測(cè)以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和處理。
2、系統(tǒng)配置
本控制系統(tǒng)由14路開(kāi)關(guān)量和62路模擬量組成，人機(jī)界面與西門(mén)子200系列PLC通過(guò)人機(jī)界面上的串口COM1口連接實(shí)現(xiàn)通信，PLC與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)變頻器通過(guò)PLC智能模塊連接實(shí)現(xiàn)通信。系統(tǒng)整體配置如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)配置簡(jiǎn)圖
在ET組態(tài)軟件中定義了串口類設(shè)備S7200PLC，串口號(hào)為COM1。設(shè)備定義結(jié)束后，定義62個(gè)I／0實(shí)型變量，分別與設(shè)備模擬量輸入寄存器V連接，實(shí)現(xiàn)模擬量的采集。定義l4個(gè)I／0離散變量，分別與串口設(shè)備的輸出寄存器連接，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的控制。
3、系統(tǒng)特點(diǎn)
本系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控顯示功能。對(duì)于來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的三輥(上，中，下輥)主機(jī)狀態(tài)，主機(jī)電流，主機(jī)速度，導(dǎo)開(kāi)，卷取，冷卻，貼合，喂料，擺料狀態(tài)和速度等信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)數(shù)值或圖形來(lái)實(shí)時(shí)反映生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)變化隋況，并通過(guò)相應(yīng)處理可存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)，利用網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)送到其它站點(diǎn)。本系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)運(yùn)算、保存及打印等功能?？蓪⒔Y(jié)果按照制定的格式保存到ET組態(tài)軟件的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可以將數(shù)據(jù)傳送到外部通用數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶可利用歷史曲線形式查詢數(shù)據(jù)，并打印查詢結(jié)果。
本系統(tǒng)可通過(guò)加密、設(shè)定用戶權(quán)限等形式對(duì)一些操作進(jìn)行限制，只要用戶定義了記錄報(bào)警和事件文件，系統(tǒng)將自動(dòng)記錄操作員的操作過(guò)程。
另外，在線修改工程流程時(shí)也非常容易。
LEODO嵌入式人機(jī)界面內(nèi)置WINOOWs CE．net操作系統(tǒng)，它是一種緊湊，高效，可伸縮的操作系統(tǒng)，主要面向各種嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品。WINOOWs CE．net繼承傳統(tǒng)WINOOWs系統(tǒng)的風(fēng)格，具有多線程，多任務(wù)，完全搶占式的特點(diǎn)，專為嚴(yán)格資源限制的硬件系統(tǒng)所設(shè)計(jì)。其內(nèi)嵌的ET1．0版嵌入式組態(tài)軟件可讀取PLC監(jiān)測(cè)到的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、模擬量采樣數(shù)據(jù)等信息，根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行隋況、包括速度，浮輥位置，電流等。一旦發(fā)現(xiàn)故障報(bào)警信息，系統(tǒng)即顯示明顯報(bào)警畫(huà)面，并向PLC發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作指令，保存并記}乙故障發(fā)生的時(shí)間、原因等原始數(shù)據(jù)。
4、ET軟件的設(shè)計(jì)
ET嵌入版1．0中用“工程”來(lái)表示組態(tài)軟件組態(tài)生成的應(yīng)用系統(tǒng)。創(chuàng)建一個(gè)新工程就是創(chuàng)建一個(gè)新的用戶應(yīng)用系統(tǒng)。建立工程的一般步驟為：構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)(定義變量)，定義設(shè)備，設(shè)計(jì)圖形界面，建立動(dòng)畫(huà)連接，運(yùn)行和調(diào)試。但是，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，它們不是獨(dú)立的，而是交替進(jìn)行的，需要綜合考慮。
首先，創(chuàng)建一個(gè)新工程，定義路徑和名稱，在設(shè)備選項(xiàng)中選定一個(gè)COM 口，進(jìn)行PLC連接。ET提供的設(shè)備連接向?qū)?duì)話框列出了工業(yè)生產(chǎn)常用的一些硬件設(shè)備(如PLC、板卡、智能儀表、變頻器等)，并且已經(jīng)根據(jù)這些常用設(shè)備各自的通信協(xié)議制作了相應(yīng)的通信協(xié)議，使應(yīng)用人員從繁瑣的底層驅(qū)動(dòng)程序中解脫出來(lái)。選擇了西門(mén)子公司$7200系列PLC后，選擇通信方式，并給定設(shè)備名稱和地址，還要設(shè)置采樣時(shí)間和通信參數(shù)。
然后，進(jìn)行動(dòng)畫(huà)畫(huà)面的設(shè)計(jì)和變量的定義。雙擊數(shù)據(jù)詞典，定義和編寫(xiě)系統(tǒng)所有變量。變量可以設(shè)為只讀、只寫(xiě)和讀寫(xiě)模式。對(duì)于既要采集PLC狀態(tài)，又要實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的遠(yuǎn)程控制的變量設(shè)置為讀寫(xiě)模式，而不需要向PLC發(fā)送命令的變量設(shè)置為只讀，這樣可以節(jié)省PLC掃描時(shí)間，加快系統(tǒng)進(jìn)程，提高PLC效率。繪制圖形畫(huà)面時(shí)，雙擊畫(huà)面選項(xiàng)，在彈出的繪圖環(huán)境下繪制與橡塑三輥壓延生產(chǎn)線相對(duì)應(yīng)的監(jiān)控畫(huà)面。系統(tǒng)監(jiān)控的設(shè)備較多，為更清楚明了地顯示不同設(shè)備的各個(gè)參數(shù)，需要繪制多副畫(huà)面，既方便顯示，又方便現(xiàn)場(chǎng)操作員進(jìn)行控制。主畫(huà)面里利用ShowPicture(“畫(huà)面名”)函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)其他畫(huà)面的調(diào)用。繪制完流程畫(huà)面后，將系統(tǒng)與要監(jiān)控的參數(shù)和畫(huà)面中的變量一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。這樣HMI組態(tài)基本完成。
5、畫(huà)面功能介紹西門(mén)子6ES7517-3AP00-0AB0模塊
在ET組態(tài)軟件中編制系統(tǒng)的組態(tài)界面。根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)及實(shí)際使用情況，界面設(shè)計(jì)由系統(tǒng)生產(chǎn)線流程、配方、浮輥指示、主機(jī)狀態(tài)、主機(jī)電流、主機(jī)速度、急停指示、卷取、導(dǎo)開(kāi)、貼合、冷卻、喂料、擺料及登陸標(biāo)題欄等13個(gè)畫(huà)面組成。
5.1 生產(chǎn)線流程圖
從流程圖上可觀察生產(chǎn)過(guò)程，主要運(yùn)行參數(shù)及輸出控制參數(shù)。(圖略)
在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行后，ET組態(tài)軟件讀取PLC監(jiān)測(cè)到的三輥壓延生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)、控制各電機(jī)變頻器的信息，根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示整個(gè)三輥生產(chǎn)線的運(yùn)行情況、包括整個(gè)系統(tǒng)的浮輥位置、模擬量示值、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，系統(tǒng)以數(shù)值及曲線兩種方式反映數(shù)據(jù)的變化，LEODO人機(jī)界面內(nèi)置硬盤(pán)，使得觸摸屏在畫(huà)面顯示的同時(shí)還可以保存歷史數(shù)據(jù)，方便了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并可以定時(shí)、實(shí)時(shí)打印數(shù)據(jù)或者整個(gè)畫(huà)面。
生產(chǎn)線流程圖下面的三個(gè)按鈕下隱藏了三個(gè)按鈕，都是停止按鈕，只有當(dāng)控制電機(jī)啟動(dòng)后才有效。啟動(dòng)、停止按鈕通過(guò)命令語(yǔ)言函數(shù)BitSet()實(shí)現(xiàn)交替出現(xiàn)。
5.2 主機(jī)電流，速度和狀態(tài)圖
由三個(gè)畫(huà)面共同描述，畫(huà)面中的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線中的坐標(biāo)并不表示實(shí)際值，而是將實(shí)際值放大或縮小的比例值，曲線只是描繪了參數(shù)的變化趨勢(shì)，生動(dòng)地體現(xiàn)主機(jī)可能存在的擾動(dòng)和實(shí)際值對(duì)設(shè)定值的跟隨隋況。

圖2 主機(jī)電流界面
5.3 配方畫(huà)面
在監(jiān)控組態(tài)軟件中，配方就是一個(gè)二維參數(shù)表，行表示變量的一組取值，列表示一組配方，即各變量的一種取值可能。可以通過(guò)名稱訪問(wèn)已經(jīng)定義好的配方，也可以在線修改，定制新配方，保存下載。對(duì)同一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可以通過(guò)改變其配方來(lái)生產(chǎn)不同批號(hào)的產(chǎn)品。配方變量一般設(shè)置為內(nèi)存變量，保存在觸摸屏系統(tǒng)硬件里。
5.4 急停指示
當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，會(huì)自動(dòng)彈出報(bào)警系統(tǒng)對(duì)話框，我們只有觸摸復(fù)位按鈕才能結(jié)束報(bào)警，以便繼續(xù)工作。

圖3 急停指示畫(huà)面
5.5 卷取畫(huà)面
卷取、導(dǎo)開(kāi)，貼合，冷卻，接取、擺料、喂料等畫(huà)面設(shè)置相同。它們都是由卷徑，電流和實(shí)際速度實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和離散數(shù)值描述的。
每幅畫(huà)面都有設(shè)置用戶登陸權(quán)限的標(biāo)題欄，畫(huà)面隨時(shí)顯示登陸用戶名及用戶登陸權(quán)限， 加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。
6、系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行情況
連接PC機(jī)和HMI，在PC機(jī)上運(yùn)行ET，打開(kāi)工程瀏覽器菜單“工具”下拉菜單“遠(yuǎn)程安裝與調(diào)試”將組態(tài)工程下載到HMI，特別注意下載路徑。用通信線PPI連接HMI和PLC，實(shí)現(xiàn)PLC與HMI通信。根據(jù)不同的設(shè)備逐一反復(fù)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)的配置使之達(dá)到優(yōu)秀工作狀態(tài)，因?yàn)椴煌脑O(shè)備對(duì)采集速率有不同的要求。重要的控制功能由穩(wěn)定可靠的PLC去完成，當(dāng)操作臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響控制，進(jìn)而不會(huì)影響生產(chǎn)。制作HMI畫(huà)面時(shí)，一定要符合用戶的操作需求和習(xí)慣。
一年來(lái)的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，采用LEODO人機(jī)界面，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加了許多功能，通過(guò)了用戶苛刻的檢驗(yàn)。ET組態(tài)軟件能方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜友好圖形界面的編制，其本身與I／O設(shè)備通訊程序構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，不需工程人員自行編制設(shè)備的通訊程序，這種方式既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，也方便了工程應(yīng)用，是一種簡(jiǎn)便高效的工程應(yīng)用系統(tǒng)。本監(jiān)控系統(tǒng)大大提高。