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摘要:為了滿足瀝青混凝土攪拌設(shè)備銷售展示和公司技術(shù)培訓(xùn)需求,配套的模擬演示系統(tǒng)的開發(fā)至關(guān)重要.基于VIPA 500S PLC的模擬演示系統(tǒng)采用PLC與電腦集成技術(shù),引入自動化新產(chǎn)品,模擬再現(xiàn)瀝青攪拌站工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場工況.該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用在瀝青混凝土攪拌設(shè)備生產(chǎn)廠家北京德基公司的銷售和培訓(xùn)業(yè)務(wù)中.

關(guān)鍵詞: 瀝青混凝土攪拌設(shè)備 PLC 板卡CPU 模擬演示系統(tǒng)

1 引言
瀝青混凝土攪拌設(shè)備是筑路行業(yè)重要配套施工設(shè)備,該設(shè)備工藝復(fù)雜,體積龐大,無論從對生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員的技能培訓(xùn)講還是從施工單位對設(shè)備的認(rèn)知方面考慮,單純的幻燈演示和文字說明已經(jīng)不能滿足需求,瀝青混凝土攪拌設(shè)備模擬演示系統(tǒng)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的.不同的瀝青混凝土攪拌設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)由于產(chǎn)品開發(fā)理念的不同對模擬演示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也會有所區(qū)別,但是所要實(shí)現(xiàn)的主要功能還是一樣的,建立模擬演示系統(tǒng)所依賴的自動化技術(shù)和產(chǎn)品還是相通的.目前用來實(shí)現(xiàn)模擬演示系統(tǒng)的自動化產(chǎn)品主要有可編程控制器,觸摸屏(HMI),電腦和相關(guān)配套編程與組態(tài)軟件.基于VIPA 500S PLC的瀝青混凝土攪拌設(shè)備模擬演示系統(tǒng)所依賴的PLC實(shí)現(xiàn)了和電腦的一體化,使整個(gè)硬件系統(tǒng)更集成,這種集成化設(shè)計(jì)是模擬演示系統(tǒng)的第一次嘗試,也是VIPA 500S PLC在推出市場后的首次應(yīng)用.

2 系統(tǒng)工作原理與硬件組成
2.1 系統(tǒng)工作原理
模擬演示系統(tǒng)是在不通過其它低壓電器搭建控制電路的前提下,主要由電腦、HMI、PLC三部分通過MPI、串口、以太網(wǎng)通訊協(xié)議互相聯(lián)通,交換數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)模擬演示工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場操作.
2.2 硬件組成
根據(jù)目前瀝青混凝土攪拌設(shè)備行業(yè)控制系統(tǒng)組成現(xiàn)狀,模擬演示系統(tǒng)硬件組成基本可由下圖表達(dá),新功能的擴(kuò)展只要在總線上掛接就可以了.該圖是以北京德基瀝青攪拌設(shè)備控制系統(tǒng)為藍(lán)本做出的模擬演示系統(tǒng)硬件組成圖.

圖1 模擬演示系統(tǒng)硬件組成
2.2.1 電腦系統(tǒng)
包括電腦主機(jī),顯示器,打印機(jī).其中電腦主機(jī)可采用商業(yè)機(jī),也可為工業(yè)控制計(jì)算機(jī).鑒于工控機(jī)具有較強(qiáng)的防護(hù)等級,如較高的抗震,抗干擾等功能,工業(yè)現(xiàn)場多采用.因?yàn)槟M演示系統(tǒng)系統(tǒng)是在實(shí)驗(yàn)室放置,所以也可考慮商用品牌機(jī). 根據(jù)模擬演示系統(tǒng)資源占用實(shí)際情況,電腦核心配置如CPU等一般與市場主流配置接軌,其中留有較大擴(kuò)展空間,如引入視頻控制,遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能,這些功能的加入對CPU和內(nèi)存都有較高的要求.
顯示器按工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際需要配置,目前流行單顯和雙顯兩種模式.多顯示器模式在瀝青攪拌設(shè)備行業(yè)還不多件.雙顯配置直觀,簡潔,該配置模式在行業(yè)應(yīng)用廣泛,本文所述模擬演示系統(tǒng)即采用雙顯模式.
2.2.2 人機(jī)界面(HMI)系統(tǒng)
HMI最初是作為替代傳統(tǒng)按鈕,指示燈而使用的,到現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展了打印,報(bào)警,報(bào)表等功能.其在工業(yè)自動化控制中正在起著不可替代的作用.在瀝青混凝土攪拌設(shè)備控制系統(tǒng)中,HMI更多的是作為冗語控制系統(tǒng).也就是HMI系統(tǒng)相對獨(dú)立,它是電腦控制系統(tǒng)的備用系統(tǒng).根據(jù)瀝青攪拌工藝控制要求的不同,HMI選型標(biāo)準(zhǔn)也不一樣,行業(yè)控制需求不外乎生產(chǎn)操作,狀態(tài)顯示,數(shù)據(jù)設(shè)定等.隨著瀝青攪拌設(shè)備控制系統(tǒng)的智能化和人性化發(fā)展,視頻和數(shù)據(jù)處理功能也開始應(yīng)用到現(xiàn)場控制中.
2.2.3 可編程控制器(PLC)
模擬演示系統(tǒng)使用的PLC和工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備中應(yīng)用的PLC有所不同,主要是從控制功能考慮選型.本文所述模擬演示系統(tǒng)選用的是德國VIPA 500S PLC. 確切的講VIPA 500 是一種新型的板卡式的CPU,它需要插接在電腦主板上,通過DP/MPI通訊協(xié)議和外掛通訊模塊如DP353連接,實(shí)現(xiàn)整機(jī)組態(tài).因?yàn)槟M演示系統(tǒng)不需要實(shí)現(xiàn)對外部設(shè)備的實(shí)際控制,所以我們只選用VIPA 500 CPU,而不外掛任何其它模塊.這種設(shè)計(jì)模式大大簡化了模擬演示系統(tǒng)外部硬件電路.
2.2.4 其它
短信模塊和視頻模塊是作為新的事物引入到瀝青混凝土攪拌設(shè)備控制系統(tǒng)的.短信模塊包括短信交換器模塊和移動通訊卡(手機(jī)號碼卡);視頻模塊很簡單,根據(jù)視頻采集要求選用普通的視頻攝像頭即可.
2.3 軟件組成
2.3.1 電腦操作系統(tǒng)
根據(jù)組態(tài)軟件安裝和編程軟件安裝要求選用中文WIN 2000操作系統(tǒng).版本為WIN2000 professional SP2以上版本
2.3.2 PLC程序設(shè)計(jì)軟件
因?yàn)楸疚哪M演示系統(tǒng)所對應(yīng)的主機(jī)控制系統(tǒng)多采用的是SIEMENS低壓和自動化產(chǎn)品,所以在模擬演示系統(tǒng)PLC選型時(shí)考慮了程序開發(fā)周期問題,同時(shí)根據(jù)性價(jià)比選擇了VIPA PLC.VIPA PLC和SIEMENS PLC軟硬件完全兼容,所以程序開發(fā)軟件仍使用STEP 7.
2.3.3 PC組態(tài)開發(fā)軟件
本文所論述的模擬演示系統(tǒng)對應(yīng)PC組態(tài)軟件為杰控的Fameview 7.0
2.3.4 HMI組態(tài)開發(fā)軟件
模擬演示系統(tǒng)HMI產(chǎn)品選用的施奈德XBTGT 5000產(chǎn)品,對應(yīng)組態(tài)開發(fā)軟件為Vijeo-Designer

3 程序設(shè)計(jì)
3.1硬件組態(tài)
如圖2所示,該組態(tài)是通過STEP 7組態(tài)實(shí)現(xiàn)的.從圖中可以看出硬件組態(tài)只添加了CPU 318-2和組件CP343-1.其中總線上掛接的DP300通訊模塊在該項(xiàng)目中沒有應(yīng)用.從圖中可以看到VIPA 500硬件組態(tài)和普通西門子硬件組態(tài)存在一定的區(qū)別,下面分項(xiàng)加以解釋.
VIPA PLC和西門子PLC軟硬件兼容是相對來說的.就I/O模塊同系列的VIPA 和西門子可以互換互通.但是就軟件組態(tài)來說還需要一定的規(guī)則.因?yàn)镻LC硬件設(shè)計(jì)原因VIPA 500S系列PLC CPU在硬件組


圖2 硬件組態(tài)
態(tài)時(shí)對應(yīng)西門子S7-300系列的 CPU 318-2.雙擊MPI/DP項(xiàng)設(shè)置MPI地址為2.此地址可以隨意設(shè)定,但是不能和MPI通訊伙伴的地址一樣.
VIPA 500S板卡式CPU在概念上我們可以把它當(dāng)作一塊以太網(wǎng)卡,上位機(jī)組態(tài)和500S的通訊是通過以太網(wǎng)通訊協(xié)議聯(lián)通.作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò),各個(gè)站點(diǎn)的網(wǎng)址就必須要設(shè)定.雙擊硬件組態(tài)畫面中的CP343-1組件彈出如圖3 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置畫面.我們需要做的只是在子網(wǎng)區(qū)域添加一個(gè)”ETHERNET”,然后將IP地址和子網(wǎng)掩碼填寫上即可.圖中IP地址設(shè)定為192.168.201.3
PLC的IP地址設(shè)定后電腦IP地址同樣需要設(shè)定.設(shè)定方法為雙擊本地連接,進(jìn)入本地連接屬性對話框如圖4所示.雙擊”internet 協(xié)議(TCP/IP),在彈出的對話框中選擇手動輸入IP地址和子網(wǎng)掩碼.在本系


圖3 CP 343-1參數(shù)設(shè)置


圖4 本地網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)置
統(tǒng)中IP地址設(shè)定為192.168.201.2
到此硬件組態(tài)基本完成.
3.2模擬演示程序設(shè)計(jì)
帶有冗余控制的瀝青混凝土攪拌設(shè)備的PLC程序設(shè)計(jì)一般分為兩部分，相對應(yīng)與本文論述的模擬演示系統(tǒng)分為電腦控制和自動控制。這里我們以自動控制為例說明程序設(shè)計(jì)過程。
3.2.1 電機(jī)啟動模擬程序設(shè)計(jì)
電機(jī)啟動程序設(shè)計(jì)中一般要加入接觸器觸點(diǎn)聯(lián)鎖條件，而VIPA 500沒有I/O模塊配置，所以外部輸入點(diǎn)無法接入。為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的模擬啟動，程序設(shè)計(jì)可采用內(nèi)部M繼電器來與原接觸器觸點(diǎn)并接實(shí)現(xiàn).如工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用空壓機(jī)啟動對應(yīng)輸入變量為I20.0,其對應(yīng)數(shù)據(jù)塊為DB10.DBX0.0.在模擬演示S7程序中空壓機(jī)機(jī)啟動部分增加了內(nèi)部繼電器M100.0,那么只需將M100.0和I20.0并接即可實(shí)現(xiàn)M100.0與DB10.DBX0.0的對應(yīng),如下圖所示.


3.2.2 生產(chǎn)計(jì)量模擬程序設(shè)計(jì)
生產(chǎn)計(jì)量的模擬是整個(gè)模擬演示系統(tǒng)的關(guān)鍵。該部分程序無法在源程序上修改完成，所以需要重新編程。為了保持原有程序結(jié)構(gòu)的清晰可以考慮在原有項(xiàng)目程序中新增一FC功能，在主程序OB1中調(diào)用該功能以實(shí)現(xiàn)模擬稱重信號的輸出。
稱重模擬信號的輸出在演示系統(tǒng)共分為四種，包括：骨料秤信號，粉料秤信號，瀝青秤信號，添加劑秤信號。其中骨料又細(xì)分為6種，粉料細(xì)分為3種，瀝青分為2種，添加劑分為一種。隨著公路施工的要求的不斷提高，有可能還會出現(xiàn)五個(gè)秤甚至更多秤的模擬。
稱重模擬信號可以根據(jù)稱重時(shí)間，卸料時(shí)間，稱重誤差等生產(chǎn)參數(shù)來調(diào)整，要避免生產(chǎn)中頻繁出現(xiàn)某種物料計(jì)量超差或計(jì)量超時(shí)現(xiàn)象。
緊急停機(jī)時(shí)會出現(xiàn)秤里存料現(xiàn)象，所以秤的清空需要由HMI組態(tài)按鈕來實(shí)現(xiàn)。按鈕的配置是根據(jù)按鈕觸發(fā)的變量在程序中的調(diào)用來決定的。按鈕對應(yīng)變量可以對整個(gè)計(jì)量程序復(fù)位，也可以單獨(dú)對某一種物料復(fù)位，如骨料秤。本文所述模擬演示系統(tǒng)在HMI組態(tài)時(shí)新增了”PLC復(fù)位”按鈕,該鈕對真?zhèn)€PLC計(jì)量復(fù)位.
3.2.3 燃燒器控制的模擬設(shè)計(jì)
基于VIPA 500 PLC的模擬演示系統(tǒng)在模擬燃燒器控制時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)門的開度控制如鼓風(fēng)門，引風(fēng)門開和閉，開度百分比值隨風(fēng)門開閉而增加減小。除塵器出入口溫度值，溜槽溫度值隨風(fēng)門開度而程比例變化。同時(shí)，干燥筒負(fù)壓和除塵器壓差也按一定函數(shù)關(guān)系發(fā)生變化。

4 上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)
上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)分為PC監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)和HMI監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)。
4.1 PC監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)
PC監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)可以有兩種方式實(shí)現(xiàn)，第一種，獨(dú)立的監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)。即充分利用組態(tài)軟件所提供的函數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)，以達(dá)到模擬演示效果。Fameview組態(tài)軟件支持Vbscript腳本函數(shù)，Vbscript腳本函數(shù)支持71種以上功能的實(shí)現(xiàn),包括畫面表現(xiàn),數(shù)據(jù)庫操作,報(bào)表輸出等等.能夠最大限度的的模擬工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程，適合給客戶演示。
第二種模式是基于VIPA 500 PLC，即上位機(jī)和PLC通過通訊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控組態(tài)模擬，前面第三章的程序設(shè)計(jì)即考慮了此組態(tài)方式。這種組態(tài)方式可以大量的借鑒瀝青混凝土攪拌設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用的組態(tài)設(shè)計(jì)，只做較少的修改即可。
短信的組態(tài).短信息服務(wù)作為智能化生產(chǎn)的一部分,在瀝青攪拌控制行業(yè)開始嶄露頭角.由模擬演示硬件組成圖可以看到,短信服務(wù)的原理是通過手機(jī)發(fā)送短信息給短信處理模塊(相當(dāng)于另一部手機(jī)),短信處理模