西门子模块6ES223-1BH22-0XA8原装代理
：自动定量包装机广泛应用于化肥、饲料、轻工等行业。目前，其控制系统大多采用传统硬PLC。软PLC技术是一种基于PC的新型控制技术，具有强大的网络通讯和数据处理能力，是目前自动化领域的研究热点之一。文章介绍了以德国3S公司的软PLC产品CoDeSys以及CAN总线为基础的分布式自动定量包装机控制方案，该方案可以实现自动称量和包装、产量统计、打印报表和远程监控等功能。
关键词：IEC1131-3；软PLC；CAN总线；CoDeSys
1前言
自动定量包装机广泛应用于化肥、饲料和轻工等行业。称量包装技术的发展大约经历了手工称量、继电器控制和硬PLC控制等几个阶段。众所周知，硬PLC具有可靠性高、使用方便和耐恶劣环境能力强等特点。随着计算机技术的发展，硬PLC的通用性及兼容性差等弊端愈来愈明显。而计算机的标准化的通信协议和成熟的局域网技术使得组网十分简便，还可以通过Internet与外界相连。一个具有开放性的系统可以和任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。那么能不能将PC开放性和PLC的可靠性等优点结合在一起呢？IEC(国际电工委员会)于1993年发布了IEC1131-3有关可编程序控制器编程的标准。根据该标准，充分利用工业控制计算机(IPC)或嵌入式计算机(EPC)的硬件和软件资源，全部用软件来实现硬PLC的功能。这就是国际上出现的高新技术——软PLC（SoftPLC）技术。
目前，自动定量包装机的控制系统大都采用硬PLC，当企业的生产规模扩大后，需tigao包装能力时，只能采用更大容量的硬PLC控制系统，这样原有的硬PLC相应报废，势必造成浪费。本文所介绍的控制系统只需修改CoDeSys的控制程序即可tigao包装能力，具有较高的推广价值。
2自动定量包装机的组成部分和工作原理
2.1组成部分
自动定量包装机主要由控制显示部分、传感器系统、加料系统、放料系统、夹带系统、秤斗、气动系统以及框架结构部分等组成。
2.2工作原理
尿素、粮食等颗粒物料通过传送带、加料系统进入秤斗，在重力作用下，秤斗将重力传递到传感器，使称重传感器弹性体产生形变，贴附于弹性应变梁上的应变计桥路失去平衡，输出与重量数值成比例的电压信号，经线性放大器将信号放大，通过A/D转换器转换为数字信号，由单片机处理后显示当前的物料重量、各种设置参数和工作过程状态，并且发出粗加料、细加料、称料完成以及上下限报警等信号。这些信号通过CAN总线与工控机进行通讯，工控机中的软PLC(CoDeSys)按照程序输出开关信号。此开关信号经过I/O接口控制电器执行部件，再转变为机械动作，从而实现从进料到缝口的一系列过程控制，如清零、粗加料、细加料、夹袋、放料等。
3控制部分
该方案的控制部分主要由工控机、智能称量显示部分、I/O接口等部分组成。如图1所示，下面重点介绍工控机和智能称量显示部分。
图1系统硬件框图
3.1工控机
本系统采用北京工业大学自主开发的工控机作为上位机，可使用bbbbbbs或Linux操作系统,采用触摸屏技术。
目前，市场上出现的软PLC产品主要有3S公司的CoDeSys、SIEMENS公司的SIMATICWinAC、SOFTPLC公司的SoftPLC以及CJIntemationl公司的ISaGRAF等。其中3S公司的CoDeSys以其功能强大、可靠性高、二次开发方便、集成可视化等优点而逐渐被国内外用户所认可。CoDeSys由控制器应用代码开发编辑器、生成控制器应用代码的集成编译器以及数字诊断和试运行功能三部分组成。CoDeSys编辑器完全符合IEC1131-3标准，它支持该标准的5种编程语言，即顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、梯形图（LD）、指令表（IL）及结构文本（ST）。它还提供了被称作连续功能图的第六种编辑器语言，该语言是由功能块图变化而来。用户进行编程时，可以使用其中一种语言或者使用几种语言进行混合编程,这样可大大tigao编程开发效率。CoDeSys提供大量重要特性表帮助开发者快速有效的调试和测试应用程序。在程序代码中可以直接显示每一个变量的当前值。这些值可以随时写入和进行类型的强制转换。通过设置断点单步运行代码可以很容易地发现错误。2004年6月该公司在北京工业大学设立了CoDeSys产品推广和培训中心，能够提供强大的技术支持。该系统控制软件采用3S公司的CoDeSys软件，它支持SERCOS总线和CAN总线。
CAN（ControllerAreaNetwork）即控制器局域网，主要用于各种设备监测及控制的一种现场总线。它具有结构简单、通信方式灵活、通信距离长、采用非破坏性总线仲裁技术等特点。CAN总线为工业控制系统中高可靠性的数据传送提供了一种新的解决方案，它在国外工业测控领域已经有了广泛的应用，本方案采用CAN总线接口，选用凌华公司研制的双口隔离非智能型CAN适配卡PCI-7841，该卡支持CANopen,DeviceNet等CAN总线应用层协议；并提供VB,VC下的编程函数。通过人机界面，把操作人员的控制指令传给智能称量显示控制部分，接受智能称量显示控制部分的信号和数据，加以分析和处理并显示。
工控机的显示界面如图2所示。
图2工控机的显示界面
3.2智能称量显示控制部分
目前，市场上没有具有CAN通讯接口的包装机专用控制仪，智能称量显示控制部分需要自主开发。为了缩短开发周期，通过对现有的控制仪进行技术改进，增加CAN通讯部分。该部分以Inbbb公司的微处理器89C51为核心，通过传感器、A/D转换采集称重信号，经过处理后，根据需要将这些信息经由SJA1000和CAN接口电路（主要由PCA82C250组成）发送到CAN总线上，与上位工控机进行通讯。SJA1000是PHILIP公司生产的独立CAN控制器，它符合CAN2.0B协议，具有完成高性能通讯协议所要求的全部必要性能，可以完成CAN总线协议的物理层和数据链路层的所有功能。PCA82C250是CAN控制器与物理总线之间的接口，可以tigao对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力，并能tigao总线的抗干扰能力。该部分功能图如图3所示。
图3智能称量显示控制部分功能框图
4结束语
本控制系统采用CoDeSys和CAN总线技术，简化了硬件结构，完全符合开放式体系结构的要求，可以满足工业自动化领域对控制系统开放性和柔性的要求，为将来工业自动化向更高层次的集成提供了可靠的技术保障。经过模拟试验，本控制方案达到了预期的效果，具有十分广阔的应用前景，并可产生良好的社会和经济效益。
1 前言
计算机监控系统是采用集中监测、集中控制、集中显示、集中管理、集中保存的系统，融合了较先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术、故障诊断技术和软件技术，广泛应用在化工、供暖、机械、供水、水处理等多个领域，在工业生产中发挥越来越显著的作用。在满足锅炉连续、安全、稳定的前提下，本文介绍了集工业控制计算机、组态软件、PLC（可编程控制器）、变频器于一体的锅炉水处理自动监控系统。
2监控系统工艺流程
锅炉水处理系统的工艺流程简图如图1：
根据工艺流程简图，锅炉水处理自动监控系统包括：
1、锅炉给水压力的控制，2、除氧水箱水位的控制，3、软水箱水位的控制，4、数据的采集与控制。
2.1锅炉给水压力的控制
锅炉给水压力的控制采用水泵变频恒压供水，通过安装在出水管网上的压力变送器，把管网压力信号变成4～20mA的标准信号送入PLC（可编程控制器），PLC通过PID程序运算后，输出转速信号送给变频器，由变频器控制水泵电机的转速，调节水泵的供水量，使供水管网上的压力保持在给定的压力值上。当用水量超过或少于运行泵的供水量时，通过PLC控制切换进行加泵或减泵，即根据用水量的多少由PLC控制工作泵的数量增减以及变频器对运行泵的转速调节，实现恒压供水的目的。
变频恒压供水原理图如图2：
2.2除氧水箱水位的控制
除氧水箱水位的控制采用水泵变频与工频供水，通过安装在除氧水箱上的差压变送器，把水箱水位信号转变成4～20mA的标准信号送入PLC，PLC通过PID程序运算后，得出输出信号给变频器，由变频器控制电机的转速，调节水箱给水量，使除氧水箱的水位保持在给定的水位上。给除氧水箱供水还包括冷凝水箱水位的控制，当冷凝水箱水位高时，启动冷凝水泵，当冷凝水箱水位低时，停止冷凝水泵，防止冷凝水箱出现溢流现象，减少水源浪费。根据除氧水箱水位的高低，由PLC控制软水泵和冷凝水泵数量及变频器对软水泵的转速调节，实现恒水位供水。
2.3软水箱水位的控制
软水箱水位的控制采用电磁阀控制，通过安装在软水水箱上的差压变送器，把水箱水位信号变成4～20mA的标准信号送入PLC，PLC通过PID运算后输出控制信号，当软水水位低时，增加电磁阀开度，当软水水位高时，可减少电磁阀开度。
2.4数据的采集与控制
水处理自动控制系统需要检测和控制的工艺参数主要有：压力、liuliang、液位、转速、阀门开度、水泵的运行/停止、阀门的开/关、变频器的运行/停止等等，系统共有模拟量输入11路,模拟量输出4路，数字量输入40路,数字量输出20路。
3监控系统硬件配置
锅炉水处理自动监控系统主要由研华工控机、S7-226PLC、EM221、EM235、变频器、伺服放大器、电磁阀、压力变送器、差压变送器、孔板、数显仪表、RS485/RS232转换器、PC/PPI电缆、控制柜、继电器、水泵等组成。该自动监控系统硬件配置图如图5：
上位机采用研华工业控制计算机，具有性能稳定配置高、
抗干扰能力强等优点，主要实现整个系统的数据监视和参数设定工作。下位机采用西门子公司的S7- 200 系列的S7-226可编程控制器(MicroPLC)，它具有功能强大、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强等多方面优点，本系统主要采用它作为数据采集、控制回路、自动顺序操作和数据运算的功能。
变频器采用芬兰Vacon公司的Vacon-NX系列变频器，具有调速性能好、保护电机，节能效果显著、运行工艺安全可靠等多项优点，具体参数在变频调试时根据电机具体情况设定。
压力、liuliang、水位信号采用昌晖仪表采集、显示，仪表通过RS485电缆采集通过RS485/RS232转换后进入上位机显示。转速及阀位信号采用PLC模拟量模块采集，经PC/PPI电缆传输由上位机显示。
4监控系统软件配置
本监控系统采用bbbbbbs2000操作系统， MCGS组态软件及其在此软件基础上自主开发的锅炉水处理自动监控系统，STEP 7-Micro/WIN323.2版编程软件以及水处理PLC编程程序。
4.1MCGS组态软件
北京昆仑通态自动化软件科技有限公司开发的MCGS(Monitor and Control Generated System ,通用监控系统)是用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件。它能够在基于Microsoft 的各种32 位bbbbbbs平台上运行,通过对现场数据的采集处理,以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案,在自动化领域有着广泛的应用。
MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。其具体的组态过程包括系统菜单和系统参数组态、设备构件组态、用户界面组态、实时数据对象组态和运行策略组态。其具体的组态窗口如图4，运行数显窗口如图5：
4.2梯形图编程软件
本系统采用STEP7-Micro/WIN323.2版编程软件编程，关键是PLC程序的合理性与可行性，电机控制程序包括启动子程序和运行子程序，运行子程序又包括参与调节子程序和电机切换子程序，电机切换子程序又包括加电机子程序和减电机子程序；模拟量程序包括模拟量数据采集，传送，输出，PID调节等。
以下为除氧水箱水位PID调节程序：
MAIN（主程序）：网络1：
LDSM0.1
CALLSBR_0
SBR-0（子例行程序0）：网络1：
LDSM0.0
MOVR 0.75,VD104
MOVR 0.25,VD112
MOVR 0.1,VD116
MOVR 30.0,VD120
MOVR 0.0,VD124
MOVB 100,SMB34
ATCH INT_0,10
ENI
INT-0（中断子程序0）：网络1：
LDSM0.0
ITD AIW0,AC0
DTR AC0,AC0
*R 1.25,AC0
-R 8000.0,AC0
/R 32000.0,AC0
MOVR AC0,VD100
MOVR VD100,VD300
*R 400.0,VD300
网络2：
LDSM0.0
PID VB100,0
网络3：
LDSM0.0
MOVR VD108,AC1
/R 1.25,AC1
+R 0.2,AC1
*R 32000.0,AC1
ROUND AC1,AC1
DTI AC1,AC1
MOVW AC1,AQW0
4.3通讯
工控机与PLC的通讯通过PC/PPI电缆来完成,它将S7-200 的编程口与计算机的RS232口相连,具体设置是在下位机的编程环境(STEP 7 - Micro/ WIN编程软件)和MCGS组态软件的设备窗口中完成的。工控机与数显仪表的通讯采用通用的RS232/RS485转换器，具体设置在仪表和MCGS组态软件的设备窗口中完成的。
5监控系统主要功能
1、显示功能：工艺流程、测量值、设备运行状态、操作模式、报警等显示功能。
2、报警处理和报表生成功能：记录报警发生时间、故障内容等信息,并对报警信息进行管理，系统输出的日报表，并可查询历史报表。
3、历史趋势功能：对现场的压力、liuliang、水位、转速、阀门开度等以实时曲线显示，并具有历史曲线查询功能。
4、数据库存储与访问功能，实现Access历史数据库在每次系统运行时的自动创建并记录，以及现场数据的存储。
5、系统参数的修改功能，可对PID参数进行修改，并对压力、水位设定值进行修改。
6、管理权限：实现不同级别的系统管理权限，系统操作员可以选择操作模式，查看趋势曲线及报表等。
7、电机保护功能：采用变频控制后，运行可靠，维护方便，精度高、稳定性好，对过流、欠压、过压等变频器故障均能自行诊断，并发出报警信号。
8、手/自动切换功能：在设计电路部分实现手动、半自动、全自动方式，能实现监控系统的自动/半自动/手动操作模式间的无扰切换