6ES7232-0HD22-0XA0代理订购
1、引言
用PLC做控制系统核心，成本较低，稳定性很高，程序编写调试方便，但PLC在人机对话、故障判断、在线修改等方面有一些不便，需要对编程非常熟悉的人员进行操作。并且，要想直观地了解生产过程和监控信号的动态变化必须选择一个上位机来配合PLC，才能组成较好的自动控制系统。本系统采用触摸屏与PLC通信，共同组成生产监控系统。
在橡塑机械生产制造业，生产现场情况复杂，油污多。普通的工业触摸屏的稳定性很难保证。而选用进口的触摸屏，性能较好，但在复杂环境中，寿命大大减短，其价格昂贵，必然增加生产成本。LEODO人机界面是由32位嵌入式微处理器、WinCE．net操作系统和组态软件构成的新颖的人机界面产品，适用于工业现场环境，安全可靠，可广泛应用于生产过程设备的操作和数据显示，它与传统的人机界面相比又增添了信息处理和网络功能。LEODO人机界面，功耗低，温升小，热稳定性相对较高，并且不怕遇到断电情况。
在工业测控软件中，组态软件能充分利用bbbbbbs的图形编辑功能，方便地构成监控画面，以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口，实时趋势曲线等功能。并可运用PC机丰富的软硬件资源进行二次开发，方便地生成各种报表，为应用程序的开发提供了十分方便的平台，它在工业控制中运用越来越广泛。
在本系统中，利用ET组态软件构成监控画面。通过串行口与PLC进行通信，这样可实现对各种信号的监测以及现场数据的采集和处理。
2、系统配置
本控制系统由14路开关量和62路模拟量组成，人机界面与西门子200系列PLC通过人机界面上的串口COM1口连接实现通信，PLC与工业现场变频器通过PLC智能模块连接实现通信。系统整体配置如图1所示。
图1 系统配置简图
在ET组态软件中定义了串口类设备S7200PLC，串口号为COM1。设备定义结束后，定义62个I／0实型变量，分别与设备模拟量输入寄存器V连接，实现模拟量的采集。定义l4个I／0离散变量，分别与串口设备的输出寄存器连接，实现开关量的控制。
3、系统特点
本系统具有实时数据采集与监控显示功能。对于来自现场的三辊(上，中，下辊)主机状态，主机电流，主机速度，导开，卷取，冷却，贴合，喂料，摆料状态和速度等信号，进行实时监控，通过数值或图形来实时反映生产现场的信号变化隋况，并通过相应处理可存储于数据库，利用网络开发送到其它站点。本系统具有数据运算、保存及打印等功能。可将结果按照制定的格式保存到ET组态软件的内部数据库中，也可以将数据传送到外部通用数据库中。用户可利用历史曲线形式查询数据，并打印查询结果。
本系统可通过加密、设定用户权限等形式对一些操作进行限制，只要用户定义了记录报警和事件文件，系统将自动记录操作员的操作过程。
在线修改工程流程时也非常容易。
LEODO嵌入式人机界面内置bbbbbbsCE．net操作系统，它是一种紧凑，高效，可伸缩的操作系统，主要面向各种嵌入式系统和产品。bbbbbbsCE．net继承传统bbbbbbs系统的风格，具有多线程，多任务，完全抢占式的特点，专为严格资源限制的硬件系统所设计。其内嵌的ET1．0版嵌入式组态软件可读取PLC监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个系统的运行隋况、包括速度，浮辊位置，电流等。一旦发现故障报警信息，系统即显示明显报警画面，并向PLC发出相应动作指令，保存并记}乙故障发生的时间、原因等原始数据。
4、ET软件的设计
ET嵌入版1．0中用“工程”来表示组态软件组态生成的应用系统。创建一个新工程就是创建一个新的用户应用系统。建立工程的一般步骤为：构造数据库(定义变量)，定义设备，设计图形界面，建立动画连接，运行和调试。在进行设计的时候，它们不是独立的，而是交替进行的，需要综合考虑。
创建一个新工程，定义路径和名称，在设备选项中选定一个COM口，进行PLC连接。ET提供的设备连接向导对话框列出了工业生产常用的一些硬件设备(如PLC、板卡、智能仪表、变频器等)，并且已经根据这些常用设备各自的通信协议制作了相应的通信协议，使应用人员从繁琐的底层驱动程序中解脱出来。选择了西门子公司$7200系列PLC后，选择通信方式，并给定设备名称和地址，还要设置采样时间和通信参数。
进行动画画面的设计和变量的定义。双击数据词典，定义和编写系统所有变量。变量可以设为只读、只写和读写模式。对于既要采集PLC状态，又要实现对PLC的远程控制的变量设置为读写模式，而不需要向PLC发送命令的变量设置为只读，这样可以节省PLC扫描时间，加快系统进程，提高PLC效率。绘制图形画面时，双击画面选项，在弹出的绘图环境下绘制与橡塑三辊压延生产线相对应的监控画面。系统监控的设备较多，为更清楚明了地显示不同设备的各个参数，需要绘制多副画面，既方便显示，又方便现场操作员进行控制。主画面里利用ShowPicture(“画面名”)函数实现对其他画面的调用。绘制完流程画面后，将系统与要监控的参数和画面中的变量一一对应起来。这样HMI组态基本完成。
5、画面功能介绍
在ET组态软件中编制系统的组态界面。根据本系统的特点及实际使用情况，界面设计由系统生产线流程、配方、浮辊指示、主机状态、主机电流、主机速度、急停指示、卷取、导开、贴合、冷却、喂料、摆料及登陆标题栏等13个画面组成。
5.1 生产线流程图
从流程图上可观察生产过程，主要运行参数及输出控制参数。(图略)
在系统开始运行后，ET组态软件读取PLC监测到的三辊压延生产线的运行状态、控制各电机变频器的信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个三辊生产线的运行情况、包括整个系统的浮辊位置、模拟量示值、实时趋势曲线等，系统以数值及曲线两种方式反映数据的变化，LEODO人机界面内置硬盘，使得触摸屏在画面显示的还可以保存历史数据，方便了现场应用，并可以定时、实时打印数据或者整个画面。
生产线流程图下面的三个按钮下隐藏了三个按钮，都是停止按钮，只有当控制电机启动后才有效。启动、停止按钮通过命令语言函数BitSet()实现交替出现。
5.2 主机电流，速度和状态图
由三个画面共同描述，画面中的实时趋势曲线中的坐标并不表示实际值，而是将实际值放大或缩小的比例值，曲线只是描绘了参数的变化趋势，生动地体现主机可能存在的扰动和实际值对设定值的跟随隋况。
图2 主机电流界面
5.3 配方画面
在监控组态软件中，配方就是一个二维参数表，行表示变量的一组取值，列表示一组配方，即各变量的一种取值可能。可以通过名称访问已经定义好的配方，也可以在线修改，定制新配方，保存下载。对同一个生产过程可以通过改变其配方来生产不同批号的产品。配方变量一般设置为内存变量，保存在触摸屏系统硬件里。
5.4 急停指示
当有报警发生时，会自动弹出报警系统对话框，我们只有触摸复位按钮才能结束报警，以便继续工作。
图3 急停指示画面
5.5 卷取画面
卷取、导开，贴合，冷却，接取、摆料、喂料等画面设置相同。它们都是由卷径，电流和实际速度实时趋势曲线和离散数值描述的。
每幅画面都有设置用户登陆权限的标题栏，画面随时显示登陆用户名及用户登陆权限， 加强系统的安全性。
6、系统调试及运行情况
连接PC机和HMI，在PC机上运行ET，打开工程浏览器菜单“工具”下拉菜单“远程安装与调试”将组态工程下载到HMI，特别注意下载路径。用专用通信线PPI连接HMI和PLC，实现PLC与HMI通信。根据不同的设备逐一反复调整系统参数的配置使之达到佳工作状态，因为不同的设备对采集速率有不同的要求。重要的控制功能由稳定可靠的PLC去完成，当操作台发生故障时，不会影响控制，进而不会影响生产。制作HMI画面时，一定要符合用户的操作需求和习惯。
一年来的实际应用结果表明，采用LEODO人机界面，简化了控制系统结构，增加了许多功能，通过了用户苛刻的检验。ET组态软件能方便的实现复杂友好图形界面的编制，其本身与I／O设备通讯程序构成一个完整的系统，不需工程人员自行编制设备的通讯程序，这种方式既保证了运行系统的高效率，也方便了工程应用，是一种简便高效的工程应用系统。本监控系统大大提高。
1、引言
汽机保护系统是一个汽轮机安全监控及辅机联锁系统，它能在汽机正常工作、启动和停止运行方式下，连续监视汽机的运行参数及状态，并且进行逻辑运算和判断，通过联锁装置使设备按照既定的合理程序完成必要的操作或未遂事故，以保证汽轮机的安全。它在防止运行人员操作事故及系统故障情况下引起的安全事故方面起着非常重要的作用。
常规的保护是用继电器用硬接线连接，可靠性较低，信号的改动比较麻烦。PLC是采用积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设计”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。工厂在1#、2#气轮机的大修改造中对气轮机的保护使用了PLC。
2、系统方案设计指导思想
(1) 高可靠性 系统采用西门子S7系列PLC为核心，硬件集成度和系统可靠性极高。
(2) 电源冗余化
直流电源 24VDC电源采用双套高频开关型直流电源，其过流等保护功能齐全，允许输入电压波动范围大，输出稳定性好;各单元单独供电，提高供电可靠性，一旦工作电源出现故障，另一路电源立即无间断自动投入运行，不会对系统正常工作产生影响。
交流电源 系统允许输入两路交流电源，一路来自厂用UPS电源，一路来自厂用电(保安段)。
(3) 冗余化设计 系统采用冗余化设计，用户可以在不更改系统任何配线的情况下增加功能:采用双PLC配置，实现自动切换。
(4) 系统的基本功能开关量输入/输出、内部中间继电器、锁存继电器、计时/计数器、移位寄存器、四则运算、比较运算、二进制与十进制转换、跳转和强制I/O等。
(5) 应用灵活其标准的积木式结构，以及模块化的软件设计，使得系统安装和现场接线简便，并可按积木方式扩充和删减其系统规模。由于它的逻辑、控制功能是通过软件完成的，允许设计人员在没有硬件的情况下进行“软设计”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期。
(6) 外围支持设备完善 具有完善的外围支持设备，如编程器、计算机和打印机等。
(7) 操作方便，维修容易系统采用电气操作人员习惯的梯形图编程，使用户能够方便的读懂程序，操作人员经过短期培训就可以通过操作面板实现对系统的全部操作。
(8) 缓冲隔离 系统各种设备的I/O接口均采用光电隔离技术进行缓冲隔离。
(9) 高开放性 系统可扩展上位机进行事故追忆，逻辑图、模拟图、棒图、趋势图及相关控制参数的显示，键盘、鼠标、触摸屏操作等。
3、系统结构
附图 控制系统网络结构图
系统采用管理层—控制层—设备层的递阶控制网络结构，如附图所示。设置有:
(1) 管理层:工程师站
(2) 控制层:汽机控制站
(3) 设备层:汽机仪表检测设备及执行机构。
管理层是基于bbbbbbs环境下开发的开放式、模块化、可扩展的系统，选用控制主机/服务器，提供管理软、硬件平台，通过接收来自控制层的信息，汇集和检测汽机的各种实时数据，并对它们进行相应计算，实现专家控制策略，发布命令下达到控制层对现场设备进行控制。
控制层主控设备采用西门子S7系列PLC，实现回路控制，通过I/O模块独立完成包括保护、监测、控制和事故纪录等多项功能，在系统内按要求整理“情报”，实现系统的“上传下达”。
管理层、控制层以及设备层之间除通讯外，各自独立，无电气上的连接，实现的各种功能独立。系统中的某一部分出现故障，也不会影响系统其它部分的工作，从而使整个系统具有高可靠性，真正实现分层分布式优化控制。
4、系统功能
以往的继电器连锁方式无法提供形象的信息给操作人员，只能在出现故障后把相关的连锁点都检查一遍，处理时间长，影响生产进程，对隐含故障点无法判断。现采用PLC控制则避免了上述问题，还可增加打印功能，完善系统，为经后的系统扩展做好充分的准备。具体功能如下所述:
(1) 控制保护功能
a.当汽轮机转速超过10%时，操作面板提示汽机超速，并提醒操作人员进行检查超速原因;当汽轮机转速超过12%时，操作面板提示汽机超速，并提示操作人员通知技术人员进行检修维护，技术人员可根据实际情况确定是否停机或超速运行;当转速超过15%时，汽轮机自行逐步减速，提示减速原因，1小时后汽轮机停机，操作面板上显示汽机超速停机，打印机打印出停机原因:汽机超速停机。
b.当汽轮机轴向位移大于Ⅰ值(安全临界值)时，报警并提醒操作人员与同技术人员进行检查超速原因;当汽轮机轴向位移大于Ⅱ值(安全隐患发生临界值)时，1小时后停机。操作面板上显示原因，打印机打出停机原因:轴向位移大停机。
c.当润滑油压低于Ⅰ值时，报警并提醒操作人员与同技术人员进行检查超速原因;当润滑油压低于Ⅱ值时，启动交流油泵;当润滑油压低于Ⅲ值(危险临界值)时，停机。操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:润滑油压低停机。当润滑油压低于Ⅵ值(设备损坏临界值)时，停盘车。
d.当轴承油温高于Ⅰ值时，报警并启动油温冷却系统;当轴承油温高于Ⅱ值时，1小时后停机;操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:轴承回油温度高停机。
e.当轴承轴瓦温度高于Ⅰ值时，报警并启动油温冷却系统;当轴承轴瓦温度高于Ⅱ值时警报连续提示，停机;操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:轴承轴瓦温度高停机。
f. 当电气送来发电机故障信号时，停机;操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:发电机故障停机。
g. 当主汽温度低于Ⅰ值时，报警;当主汽温度低于Ⅱ值时停机，操作面板显示停机原因，打印机打印停机原因:主汽温度低停机。
(2) 记忆功能 在自动主汽门跳闸后，由操作面板显示出导致动作原因，以便于进行事故分析。
(3) 保护投退功能在操作盘上设置保护投退开关，以便运行人员和检修人员试验和维修，防止在试验或维修过程中，以及汽轮机启动过程中，由于某个条件不满足而引起的系统误动作。
(4) 打印功能 系统能够实时打印保护投退开关的投退时间及内容、所有保护动作的时间和内容。
5、结束语
1#、2#汽轮机大修投产后，通过集中监控系统对汽机运行参数的实时监控，使其安全可靠生产。实时快速、准确报警，捕捉事故前兆，减少直至消除重大事故，也减轻工人的劳动强度。
汽车传动轴固定节是汽车驱动系统中一个重要的零部件，传动轴固定节的端面，如图1示。由于固定节中6粒钢球由工人手工进行安装，有可能发生少装的情况，如不及时发现，将出现质量问题，影响产品的正常使用和企业的声誉。根据厂方要求设计了此套系统，系统采用无损检测，运用图象处理与模式识别技术，对CCD拍摄到的图象进行处理，作出漏装与不漏装判断，并对漏装工件进行声光报警。
图1 汽车传动轴固定节端面
一、系统组成与控制过程
1. 系统组成
系统主要由机械部分、电气部分、控制部分组成。机械部分主要是完成零件的传送（从安装位置到检测位置，再送到下一个工序的加工位置）、定位（保证零件与摄像头的同心度）以及不合格零件的剔除；电气部分有传感器、汽缸等执行机构组成；控制部分采用PLC和工控机集成控制。系统硬件配置主要有工控机、可编程控制器、CCD摄像头、图像采集卡、I/O接口板、传感器等硬件及部分外围电路组成，它们的结构，如图2示。
图2 系统组成图
2. 控制流程
系统由工控机作为上位机，PLC作为下位机。系统的自动控制流程为：
工控机与PLC进行通信握手，表明一切就绪；
送料位置传感器检测到工件，发信号给PLC；
PLC根据测量位置传感器状态判断测量位置是否有工件；
如果测量位置没有工件，则PLC发信号驱动汽缸，放开送料挡块；
测量位置传感器检测到工件已经到达，发信号给PLC；
PLC进行延时，目的是让工件稳定有利于拍摄，发信号给工控机并延时，目的是让计算机进行图象处理与模式识别；
工控机执行程序由CCD摄像头摄取图像，由工控机实时处理图像，作出漏装或非漏装判断结果。把结果发给PLC；
PLC判断结果信息，如果全装且翻转位置无工件，发信号驱动汽缸放开定位挡块；如果漏装，PLC发信号驱动报警灯和蜂鸣器，进行声光报警由工人手工剔除。
PLC判断下料槽是否可以下料，若可以则翻转工件进入下一道工序。重复顺序执行2～8，就达到了系统的自动检测。从执行过程中可以看到，前后两个位置都实现了互锁。系统控制流程，如图3示。
图3 系统流程
在这个系统中，实现了工控机与PLC的集成控制。工控机主要完成对图象的处理，PLC完成对现场控制信号的采集与执行元件的驱动，它们之间的通信采用I/O卡来实现。控制系统物理结构，如图4示。
图4 控制系统物理结构
二、系统硬件模块
系统硬件模块主要分为数据采集子系统，微机基本子系统，数据分配子系统及基本I/O系统。它们之间的结构，如图5示。
图5 硬件结构组成
1. 微机基本子系统
它是整个系统的核心，对整个系统起监督、管理、控制作用，例如进行复杂的信号处理、控制决策、产生特殊的测试信号，控制整个检测过程等等。利用微机强大的信息处理能力和高速运算能力，实现命令识别、逻辑判断、图像处理、系统动态特性的自校正、系统自适应等功能。
2. 数据采集子系统
用于和传感器、检测元件联接，实现图像数据的采集、整理并经接口传送到微机子系统处理。
3. 数据分配子系统
实现对被测工件、测试信号发生器以及检测操作过程的自动控制。
4. 基本I/O子系统
用于实现人机对话、输入或改变系统参数、改变系统工作状态、输出检测结果、动态显示测控过程、发出报警信号等。
三、系统软件设计
软件设计采用模块化和结构化的程序设计方法，即自顶向下、逐步求精的设计方法，并且适当划分模块以提高设计与调试的效率。该系统不但要接受来自传感器、待测工件的信号，还要接受和处理来自于控制面板的按钮信号，以及由图像采集卡传来的数字信号，要求系统具有实时处理能力。系统软件对实时性有一定的要求，还要对系统资源进行管理和调度。
1. 上位机软件设计
上位机监控软件主要由数据采集程序、检测与控制算法程序、中断服务程序、故障自诊断与处理程序等组成。系统模块划分如下：
(1) 初始化模块
硬件初始化
对系统中各硬件资源设定明确的初始化状态，包括对可编程器件初始化，各I/O口初始状态设定，为系统硬件资源分配任务等。
软件初始化
包括堆栈初始化、状态变量初始化、各软件标志初始化、各变量存储单元初始化、系统参数初始化等。
(2) 数据采集模块
控制摄像头摄取图像，通过图像采集卡完成A/D转换，并生成待处理的数据文件。
(3) 检测/控制模块
对得到的图像数据文件进行分析、计算、比较、检测，判别工件是否合格，并实现对键盘的管理。
(4) 中断管理模块
针对系统中的各种中断源和所选用的微处理机的中断结构，设计相应的中断处理程序模块，包括中断管理模块和中断服务模块。
(5) 显示管理模块
用于实时更新显示图像和数据，并对报警指示灯进行管理。
(6) 时钟管理模块
包括数据采样周期定时、控制周期定时、动态刷新周期定时、及故障监视电路的定时信号等。
(7) 故障自诊断与处理模块
它是提高系统的可靠性和可维护性的重要手段，主要采取开机自检的形式，每当电源接通或复位后，系统自动执行一次自检程序，对硬件电路进行一次检测。上位机监控软件主要程序流程，如图6所示。
图6 上位机监控程序框图
2. PLC软件设计
PLC的程序采用了模块化设计方法，由主程序、手动控制程序、故障处理程序等模块构成。根据系统要求，PLC的I/O分配，如表1示。
(1) 输入输出信号
表1 PLC输入输出信号
(2) 梯形图编制
根据控制过程及输入输出信号编制出梯形图。PLC采用循环扫描方式，按梯形图从上而下，从左而右的先后顺序予以执行。前后两个工件位置都进行互锁。部分梯形图，如图7示。
图7 定位工位梯形图
R001是内部继电器，表示选择“自动”，当PLC得到信号X010时，即传感器检测到定位工位有工件时，延时并输出允许摄像信号Y000，再延时2s（等待计算机作出判断）并且当翻转汽缸不在原位和翻转工位无工件时，输出工件可以离开定位工位信号。如果PLC接到计算机发出的“工件不合格”信号，即X014后，报警，直到按复位键停止报警。
四、计算机与PLC的通信
在计算机与PLC的集成控制系统中，一个关键的技术问题是计算机与PLC的通信问题。在本课题中，对于计算机与PLC之间的通信，我们考虑了两种实现方法：一种是利用串口通信，可通过I/O卡来实现。由于串口通信在实时性、可靠性、抗干扰性等方面都没有I/O卡好，又根据厂里具体情况，后还是选用了后一种方法。I/O卡即开关量输入输出卡，在此项目中，我们选择了PCL—724，24位数字I/O卡，传输速率为300KB/s。该I/O卡具有2个八位端口（A，B），端口地址范围为200H～3FFH，两端口都可以进行输入输出操作，在进行输入输出操作时，无需进行握手，因为数据可以直接写或读到设定的端口。由PLC输入输出信号表可以看到，PLC需要接收计算机3个信号，计算机需要接收PLC一个信号。它们的通信协议定义与地址设定，如表2示。
表2 计算机与PLC的通讯协议定义与地址表
五、结束语
本系统是PLC与工控机集成控制的很好应用，投入运行后，为企业带来了可观的经济效益和社会效益。该系统在工业现场控制方面，尤其在PLC控制方面，以其zhuoyue的控制功能和良好的性能价格比，赢得了用户的广泛赞誉。