西门子模块6ES7355-1VH10-0AE0型号规格
系统采用DOP作为人机界面，S7300-PLC完成过程控制，程控制程序对过程变量实时采集、数字整定、优化控制对象、实施在线控制、应用系统功能块完成洗梗水温恒温控制，保证洗梗机控制系统可靠工作。
关键词：人机界面，PLC，洗梗，过程控制
在烟草制品中，除烟叶可以加工烟丝外，加工过程中产生大量烟梗也可以利用，烟梗加工过程中需要去杂质，恢复柔韧性，才能利于烟梗切片加工，处理过程就需要烟梗回潮。水槽式烟梗回潮机是梗处理线上的一台主要设备，它利用循环恒水温介质将烟梗进行净化处理。设备主要由洗梗箱体、管路系统、输送网带和水分控制四部分。整个水分过程控制主要由水温、烟梗水中停留时间、压缩空气吹水量来控制水分达到工艺要求。
根据设备工作的需要，我们设计基于DOP人机界面的PLC洗梗机控制系统必须保证洗梗机水份达到工艺要求，本系统DOP人机界面作为触摸显示屏，采用S7-300PLC作为控制主机，组成控制系统，构成系统可以完成水温的模拟量闭环控制，水位的数字量闭环控制，循环水流速度可调节开环控制，上下游水位的联锁控制。系统工作稳定控制精度高，满足系统工艺要求。
1 控制系统的硬件组成
洗梗机硬件系统主要由四部分组成，部分是人机界面，系统选用中达电通公司的DOP—AE80THTD触摸屏，AE80触摸屏有65536色，32位RISC微处理器，32M存储器，512K断电保持，USB编程。有3个串行通讯口，RS232/RS422/RS485三种通讯接口可供选择，考虑我们用S7-312C直接通讯，我们用RS485接口，触摸屏完成系统显示和控制以及系统控制参数调整，温度变化趋势图、故障报警等任务。第二部分过程控制部分的PLC由S7-312-5BOO-OABO完成，它有1O个数字量输入，个数字量输出，可以满足本系统的数字量需要，除CPU312C外需要通过硬件组态配置一个模拟量输入模块6ES7331-7KFO2-OABO，它是8路12bit拟量A/D转换模块，12位控制精度可以满足本系统要求，8路输入可以可以配置成3路温度铂电阻PT100输入,0～10V电压输入供变频器输入速度信号，经转化量显示水流速度。一个模拟量输出模块6ES7332-5HB01-OABO,它是4路12位模拟输出模块系统一路输出4～20mA控制气动薄膜调节阀，通过阀门开度控制水箱温度恒定。第三部分是系统输入检测器，数字量输入完成基本起停联锁以及水位控制。模拟量输入温度检测，由pTl00传感器完成3路温度信号检测，供水箱温度闭环控制。一路电压输入，输入变频器输出频率，经系统转化为数字信号供触摸屏显示水流速度。第四部分是执行器，主要控制系统上下游联锁输出信号，水流变频器起停。加水电磁阀控制水位，入水加温电磁阀控制入水温度。保温气动薄膜调节阀，完成水箱温度的恒温控制。具体组成见图1。
2 DOP触摸屏与西门子PLC通讯
西门子S7-312CPLC通讯口只有MPI接口，不具有标准的RS232和RS485接口，通常触摸屏只连接西门子自己的触摸屏，用自己的MPI接口，但西门子触摸屏价格较高，有时考系统性价比，选用其它品牌，这样通讯协议设定就需要多一些技术，通常采用西门子公司PC-MPI转接电缆连接，这样简单可靠但成本较高，硬件安装多个转换盒，安装不方便。本系统采用直接连接，协议设定就尤其重要，具体设置过程如下：通讯速率：19200，8,EVEN,1.（RS485）；PLC站号：后是控制区/状态区：DBWO/DBW20。需要注意事项的有此驱动只能用于1台DOP人机界面连1台PLC；PLC通讯速率需改为19200，（8,EVEN,1.）；不可使用2个通讯口都用；DOP站号需设为O～15，若超过此范围，则通讯协议自动改为15；没有接连接电缆时，DOP人机界面约5s后，会显示Errormessage。若接上连接电缆时，DOP人机界面需重新送电，才能连上通讯成功；送电后，因DOP需接受PLC通知后方可连上。故第1次联机所需时间较长，正常情况下，应在5s内连上；此协议为多段来回的通讯（1个命令需DOPHMI与PLC通讯多次，方可完成）。故通讯速度较一般控制器慢。但与S7-300使用PCadapter速度基本相同。具体DOP触摸屏与PLC硬件接线如图2。
3 模拟量模块的设计
3.1 模拟量模块的设置
在洗梗机水分控制部分中，选用SM331，模拟量输入模块是将模拟信号转换为CPU内部处理用的数字信号，其主要组成是A/D转换器。一般模拟由变送器输出标准直流电压、直流电流信号。SM331可以直接连接不带变送器的温度传感器，这样不用温度变送器，不但节约硬件成本，减少故障点。但直接连接传感器需要对测量范围进行设置。S7331-7KFO2-OABO模拟量模块的输入类型用模块侧面的量程卡来设置。量程卡安装在模拟模块侧面，每2个通道一组，8个通道4个量程卡，当设定为温度时，2个通道为1路输入。供货时通常设置在默认的B位置（±10V）。需要设定3路温度检测，根据资料A为温度传感器输入。使用改锥，将量程卡从模拟量输入模块中松开，再将量程卡选好位置A指向模块标记点，插入量程卡。系统将3块量程卡设为A，第四块不变仍为B，这样完成3路温度、2路电压输入的量程卡设置。硬件设置完后要进行联机进入STEP7中硬件设置中选择模拟量量程，具体STEP7中模拟量输入模块量程设置如图3。
3.2 模拟值模块转换、循环和响应时间
转换时间由基本转换时问和模块的测试及监控处理时间组成。基本转换时间直接取决于模拟量输入模块的转换方法（积分方法，瞬时值转换）。模拟量输入通道的扫描时间，即模拟量输入值本次转换到下一次转换时所经历的时间，是指模拟量输入模块的所有激活模拟量输入通道的转换时间总和。模拟量输出通道的转换时间由两部分组成：数字量数值从CPU存储器传送到输出模块的时问和模拟量模块的数一模转换时间。模拟量输出通道也是顺序转换，即模拟量输出通道依次转换。扫描时间，即模拟量输出值本次转换到转换时所经历的时间，是指模拟量输出模块的所有激活的模拟量输出通道的转换时间总和，可以通过在STEP7中禁用所有没有使用的模拟量通道，来降低I/O扫描时间。
3.3 连接传感器至模拟量输入
根据测量方法的不同，我们可以将电压或电阻等不同类型的传感器连接到模拟量输入模块。为了减少电磁干扰，对于模拟信号应使用屏蔽双绞电缆，并且模拟信号电缆的屏蔽层应该两端接地。如果电缆两端存在电位差，将会在屏蔽层中产生等电势耦合电流，造成对模拟信号的干扰。在这种情况下，应该让电缆的屏蔽层一端接地。对于带隔离的模拟量输入模块，在CPU的M端和测量电路参考点MANA（一般是端子10和11）之间没有电气连接。如果参考电压UN和CPU的M端存在一个电位差UISO,必须选用隔离模拟输入模块。通过在MANA端子和CPU的M端子之间使用一根等电位连接导线，可以确保UISO不会超过允许值。如果使用的传感器是非隔离传感器，在输入通道的测量线M-和测量电路的参考点MAA之间会发生有限电位差UCM（共模电压）。为了防止超过允许值，在测量点之间必须使用等电势连接导线。
4 温度控制程序功能块设计
STEP7程序允许在线和离线编辑程序，创建OB1系统组织块，创建定时中断组织块OB35,在OB35中调用温度控制功能块FB58，调用FB58前提是在STEP7中安装标准库（StandardLibrary）,调用过程是打开OB35→点击View→点击Overview→点击右侧Library→点击StandardLibrar→点击PID ControlBlocks→点击FB58温度控制功能块，在输入参数时，输入背景数据库DB1。DB1作为OB35背景数据库，背景数据库中的数据结构是由系统自动生成，用户不能修改，必须按标准库中的数据格式要求输入数据，在背景数据库中还有一些系统控制参数设定，有些控制参数也可以在背景数据库中修改，打开背景数据库DB1,选择参数视图，就可以修改参数如：采样周期、PID参数、上下限、脉冲输出等。
在OB35中调用FB58功能，输入响应控制量、数字量及模拟量等，当参数输入完成，系统就可以运行程序。在程序调用LAD显示当中有十几个输入中可以选择必须的输入，有些必须输入，有些可以用系统默认值，在本系统启动后输出M6.0,启动FB58。设定值用变量SP＿INT是浮点数格式必需输入，通过触摸屏输人数据MW2,MW2转化成浮点数MD6中，MD6作为SP＿INT；过程变量输入用PV＿PER（外围过程控制变量）输入外围设备（I/O）格式过程变量，即用S7—331—7KF02模拟量输入模块的PIW258的数字值作为过程变量，如果将此数据转化为浮点数，即可输入PV＿IN，梯形图中程序PV＿IN和PV＿PER输入1个即可，输入PV＿PER即简单又减少转化控制程序的编写，在控制功能块中，一般常输入PV＿PER在功能块中将PV＿PER转化为浮点数PV＿IN，用设定值SP＿INT减去PV＿IN就是误差。在系统中参与PID控制。功能块还有手动功能，当外界条件不满足自动工作条件可以用手动控制工作，具体是将其中MAN＿ON设置为M1.O,当M1.0为1时，可以将设定触摸屏设定手动输出数据MD10,设定MAM为MD10中，LMN＿PER过程输出直接输出控制值。
控制器有7个输出可以作为系统控制的控制输出和显示用输出，其中主要利用PV格式化过程变量，可以作为蒸气调节阀阀开度显示。LMN＿PER是I/O格式的控制量输出值，这里直接输出到PQW272，在模拟量输出端输出4～10mA控制气动薄膜调节阀。功能模块还有QLMN＿HLM、QLMN＿LLM上下限报警。这样功能块程序设计基本完成。温度控制功能块编程界面如图4。
5 结束语
DOP人机界面美观大方、具有直观的图形化界面、操作简单、使用方便，把复杂生产线监控变得简单明了，大大减少了劳动强度，在洗梗机控制系统的生产实践表明，该系统各项功能满足生产需要，提高了生产效率。应用DOP人机界面完成的梗丝水温自动控制系统，从而保证梗丝的水份在合格范围内。
应用设计
2.1 控制要求
由于客户的养殖厂地处偏远，供电系统不稳定，停电现象相对比较频繁。根据实际情况，当时客户对控制系统提出了以下几点要求：
1、 系统要稳定可靠，可长时间无人值守自动运行。
2、 整个系统要停电后能自动重新启动并且能按照停电前的设定继续工作。
3、 可以保存多组配方，并能按预先设定的配方自动配料。
4、 能自动保存3个月的系统工作记录，并且能在计算机上方便的查询记录结果。
5、 要为以后的组网余留通讯接口。
2.2 系统分析
根据客户提出的控制要求，罗升企业的工程师对施工现场进行了考察。在施工现场工程师发现客户的22个信号点相对于控制室比较分散，远处离控制室有150米远，近的也超过10米。如果只用1台PLC在控制室，要料信号、料门开关到位信号以及输出控制都通过铺设电缆来实现的话，就会造成现场布线麻烦和线缆成本过高。于是我们采用了两台丰炜PLC作Parallelbbbb通讯的方案来解决这个问题。
由于系统所在地区经常停电，上位机如果选用工控机的话，可能会因为经常停电而损坏。我们选用了稳定可靠的罗升瑞典BEIJER人机，该人机不但能保存大量的工作数据，可用FTP的方式通过以太网方便的访问。
经过上述分析，我们提出了以下控制方案：
自动饲喂控制系统框图
2.3 运行画面
配料系统画面
3、程序要点
3.1 罗升瑞典BEIJER FTP服务器模式的设置
此系统可按照客户要求实现按照配方自动配料，并保存当前的实际配料信息到PLC中的资料银行当中，以Excel表的格式转存到BEIJER人机当中。BEIJER的Ftp功能可让远方的计算机方便的把保存在人机当中的数据给读取出来，供人们在计算机上查询。
BEIJER FTP服务器模式的设置
3.2 罗升丰炜PLC Parallel bbbb网络设置
两台丰炜PLC采用Parallelbbbb网络进行通讯，采集处理共22个饲养单元的要料送料任务。从站PLC在远端采集11组的要料信号，可实时的把远方的要料信号传送到主站PLC当中供主站判断使用，主站通过堆栈指令保存所有当前的状态，停电后再来电也能准确的把所配好的送到指定的料口。
Parallel bbbb网络设置
3.3 实施效果
在此系统中高端的罗升BEIJER人机发挥了他强大优势：①大量的数据存储功能，供客户存储3个月的数据。②方便的网络功能，可通过FTP模式把存储的数据传送到计算机上。③6万4千色的真彩显示，可方便的组态丰富的画面。④余留有串口和以太网接口，为以后的系统扩充留下空间。
经济灵活的罗升丰炜PLC也展现了他与重不同的特点：①方便的组网功能，只用通过硬件连接和简单的设定就可实现多台PLC的数据共享，在分散控制当中可为客户实现灵活的搭配方案。②稳定的AD采集模块，为称量的准确提供了可靠的保证，在500kg的满量程称量时达到了0.5kg的精度③在需要大量掉电数据存储的时候，128K的资料银行为数据存储提供了极大的便利