一、控制系統(tǒng)簡介

　　中國南車資陽機車有限公司鍛鑄事業(yè)部某汽車前橋熱處理調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線，采用推桿式天然氣加熱爐加熱工件，進(jìn)行淬火、回火工藝處理，主要有推料機、淬火爐、回火爐、淬火爐料盤及輸送機構(gòu)等設(shè)備:，生產(chǎn)線采用集散控制系統(tǒng)，系統(tǒng)配置見圖1，上位機使用組態(tài)王軟件監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)和報警，設(shè)置\踉蹤和管理工藝參數(shù)，下位機和12塊PXR5型智能溫控表(富士電機無錫儀表有限公司生產(chǎn))對生產(chǎn)線進(jìn)行邏輯和溫度控制，工控機和PLC、溫控表通信分別采用hIPI方式和AIf1BBIJ5RTU通信協(xié)議。

二、PLC系統(tǒng)

　　1.硬件配置

　　SINATIC S7-300PLC是模塊化的PLC系統(tǒng)，滿足中、小規(guī)模系統(tǒng)要求，為適應(yīng)各種自動化控制任務(wù)，模塊可自由擴(kuò)展。CPU315 (6E57 315-1AF02-OABO)具有中、大規(guī)模程序量和API接口，可組成集中式I/O結(jié)構(gòu)或分布式自動化結(jié)構(gòu):

　　分析、統(tǒng)計生產(chǎn)線檢測和控制對象，需要7塊6ES7 321-1BL00-0AAfI型數(shù)字輸入模塊，3塊5E57 322-1BLD0-0AA10型數(shù)字輸出模塊，并且需要1個擴(kuò)展機架，才能安裝所有模塊。選用IM365 5-R接口模塊(6ES7-365-OBD01-0AA0)可實現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)擴(kuò)展，該模塊只能用于1個中央機架和1個擴(kuò)展機架的配置，有兩個INI365模塊，其中帶SEND標(biāo)記的插入CC中央機架，帶RECEIVE標(biāo)記的插入EH擴(kuò)展機架，使用1m固定電纜連接。PLC系統(tǒng)硬件配置見圖2。

　　2.硬件組態(tài)

　　組態(tài)是使用西門子S7-300/400PLC專用編程軟件STEP 7合理配置PL(:硬件的過程。組態(tài)步驟:打開SIMATIC Manager，進(jìn)入STEP 7，創(chuàng)建1個STEP 7項目，新建T個S7-300工作站。選中、雙擊該工作站的Hardware，自動打開硬件組態(tài)程序HW cinfig，根據(jù)圖2硬件進(jìn)行組態(tài)(圖3)。

　　3.程序設(shè)計

　　PLC系統(tǒng)的主要任務(wù)是完成生產(chǎn)線設(shè)備的手動、自動邏輯控制，采用LAD梯形圖模塊化編程，程序可讀性強，包括淬火爐、回火爐手動及自動程序塊，淬火車手動及自動程序塊，故障報瞥程序塊，液壓控制程序塊，加熱控制程序塊，主程序塊OB1。

　　4.抗干擾設(shè)計

　　控制電纜全部采用屏蔽電纜，嚴(yán)格進(jìn)行接地處理，輸入、輸出信號線，交、直流線分別使用各自電纜，且盡量分開布線為抑制大容量設(shè)備啟、停引起的電網(wǎng)電壓波動及工頻干擾，PLC系統(tǒng)電源須經(jīng)隔離變壓器和濾波器處理。所有PLC輸出均通過中間繼電器隔離后再接負(fù)載，防止損壞PLC輸出點

三、監(jiān)控系統(tǒng)

　　1.監(jiān)控軟件

　　使用北京亞控組態(tài)王6.52上位機監(jiān)控軟件，它是HMI/SCADA軟件，在工控機運行，用干工業(yè)過程和管理。組態(tài)王目前可連接、智能儀表、板卡、模塊、等上千種工業(yè)設(shè)備，人機界面豐富、網(wǎng)絡(luò)通信能力強大、報警和事件管理先進(jìn)。

　　2.工控機

　　使用西門子SIATIC PC677面板型工業(yè)控制計算機，15英寸觸摸屏:該工控機具有高質(zhì)量模塊和高M(jìn)TBF元件，特定溫度范圍內(nèi)可連續(xù)24h使用，結(jié)構(gòu)緊密，通信性能良好。

　　3.通信接口

　　工控機提供1個85232串口，下位機溫控表提供RS485串口，因此通信前要進(jìn)行串口類型轉(zhuǎn)換。由干RS232通信速度慢，通信距離短，抗干擾能力差，為此不采用，而通過工控機提供的PCI擂槽進(jìn)行RS485接口擴(kuò)展，使工控機直接和溫控表的RS485串口進(jìn)行物理連接:安裝步驟:①關(guān)閉工控機電源，在1*PCI插槽插入1塊MOXA公司CP-132UL V2型雙串口卡(提供2個It 5485 JR.5422串口，通信最高速率可達(dá)9221.6kb,通信距離可達(dá)1.2km、抗干擾能力弓影、:②通過雙串口卡DIP開關(guān)設(shè)定R.5422fR5485通信方式，本機采用2線制R 5485通信，分別將S1 ,S2置于ON位置:，③在工控機繼續(xù)安裝該卡驅(qū)動程序。

　　4.監(jiān)控功能設(shè)計

　　(1)建立組態(tài)王和溫控表的通信連接操作步驟:①進(jìn)行工控機和溫控表6.5485串口物理連接:②在組態(tài)王工程瀏覽器設(shè)備列表里進(jìn)行COM2串口設(shè)置(工控機采用MOXA串口卡擴(kuò)展的COMl2串口和溫控表連接，圖4)，運行設(shè)備安裝向?qū)?，完成溫控表的安裝配置，圖5是某塊溫控表安裝配置信息:③在溫控表上進(jìn)行站地址STntO、奇偶性(CoM)心、通信協(xié)議(PCoI)的設(shè)置，具體見溫控表產(chǎn)品使用說明書參數(shù)設(shè)定表，要和組態(tài)王中設(shè)置一致:，④將所有儀表斷電再通電:溫控表和組態(tài)王的通信連接設(shè)置完成(圖6)，可正常通信。

　　(2)建立組態(tài)王和S7-300PLC的通信連接.操作步驟:①連接工控機和PLC的MPI通信電纜:②在組態(tài)王工程瀏覽器設(shè)備列表CP5b11中運行設(shè)備配置向?qū)?，完成PLC的安裝配置，如生產(chǎn)廠家、設(shè)備名稱、通信方式、設(shè)備地址等信息設(shè)置(圖7)。完成后的PLC安裝配置畫面見圖8。

　　(3)建立變量。工程瀏覽器數(shù)據(jù)庫是“組態(tài)王”軟件的核心部分，是聯(lián)系上、下位機的橋梁。工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)狀況要以動畫形式在屏幕上反映，操作者發(fā)布的指令要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場，這些均以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié)。在數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)詞典里定義好需要采集的變冕包括系統(tǒng)變最和用戶定義的變景，作為狀態(tài)顯示或數(shù)據(jù)處理計算數(shù)據(jù)庫存放變量當(dāng)前值，數(shù)據(jù)詞典記錄用戶可使用數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息

　　(4)建立監(jiān)控畫面組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)提供了豐富的圖形對象和動畫連接類型，如命令語言連接、模擬值輸入連接、模擬值輸出連接、屬性變化連接、閃爍、旋轉(zhuǎn)連接等。通過對畫面中圖形對象建立的動畫連接及命令語言程序，實現(xiàn)畫面監(jiān)控數(shù)據(jù)和生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的同步動態(tài)變化。

　　(5)啟動工控機系統(tǒng)后自動運行組態(tài)王‘:操作方法:①在組態(tài)王工程管理器里將需要運行的用戶工程設(shè)置為當(dāng)前工程(本例選擇南車資陽前橋調(diào)質(zhì)線，圖9)、:②將組態(tài)王軟件安裝生成的touchvew.exe運行系統(tǒng)快捷方式拷貝到“系統(tǒng)開始。程序、啟動”中。

　　以上工作完成后，經(jīng)過組態(tài)的外部I/O、溫度等現(xiàn)場數(shù)據(jù)就能實時傳遞給監(jiān)控系統(tǒng)并進(jìn)行生產(chǎn)過程控制。

　　為實現(xiàn)組態(tài)王監(jiān)控功能，必須保證組態(tài)王系統(tǒng)對操作系統(tǒng)、內(nèi)存、CPU等的要求;運行組態(tài)王設(shè)備配置向?qū)б约霸O(shè)置COM串口時，參數(shù)設(shè)置必須正確，否則組態(tài)王和設(shè)備間無法建立通信連接。

　　該生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計8個人機功能畫面，直接對現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控及報瞥，設(shè)置、跟蹤與管理工藝參數(shù):圖10是設(shè)備運行狀態(tài)模擬畫面，非常直觀，可以從方向鍵的閃爍確認(rèn)機構(gòu)運行方向，從指示燈顏色變化明確執(zhí)行機構(gòu)位置及電機運行狀態(tài)、各溫區(qū)溫度顯示及實時報瞥等信息。