西门子(北海)PLC代理商

1、引言染色工序在纺织品生产中占有重要地位，染色质量直接决定了纺织品的色泽、外观，甚至还影响纺织品的生产成本。在染色工序中，影响染色的因素主要有染液浓度、温度、液位等，其中温度控制是很重要而又复杂的控制过程。染色过程实际上是执行由工艺人员针对不同织物的一条温度曲线，每个工艺对染色的温度、升降温过程都有严格的要求，否则，容易使织物产生色差、缸差、条痕等疵点，造成复染率上升，生产成本的增加。针对染色过程温度控制的复杂性，设计了基于PLC 的染色机温度控制系统，实现对染色过程温度的控制，从而减少织物疵点，提高生产效率，降低生产成本。 2、系统控制要求1）温度曲线存储要求对于不同的染色品种，其对温度的要求是不同的，因此对应的温度工艺曲线也是不同的，本系统通过触摸屏的组态配方设计将多种染色工艺及每一套工艺中的不同阶段的数据存储在触摸屏中，从而更方便的让工艺人员去操作，工艺人员可以随时修改工艺参数，并保存，这个数据将保持在触摸屏中，将工艺人员设定的不同的温度工艺曲线，全部由工作人员在触摸屏上输入，控制器根据接收的温度工艺曲线进行温度控制。控制器和触摸屏都具有断电长期保存当前数据的功能。2）温度控制要求在染色工艺过程中，典型的工艺曲线如图1 下所示：图1 典型的工艺曲线 　　由图 1 可知，染色工艺可以分为多个曲线段，不同的曲线段对应不同的温度。对染色过程的温度控制主要是让芯子上的杯子内染液进行升温、保温、降温，结合生产的实际要求又将升温阶段按照斜率来进行升温设定，升温中PLC的设定可以为0-9℃，这个速率需要根据现场的加热器的功率来计算，本次在现场测试过程中设定到4℃时加热器已经是满功率运行，在PLC中设定这种人性化的斜率升温选择，从而很好的进行升温阶段的设定。温度控制分为五个子程序：按直接升温、斜率升温、保温、直接降温和按照斜率降温过程。这五个过程在PLC中分别对应五段程序，然后根据上位步号的选择进行循环执行。如图2，图3所示：图2：染色配方界面图3：主界面3）报警显示与染色配方功能以上图2和图3是运行过程中的主要的两个界面，为了让用户能够更好的查看运行中各种状态，在主画面中做了曲线图，可以更直观的查看过程温度的效果。而染色配方工艺界面让用户可以更方便的设置各套工艺并选择运行，本套系统每个工艺设置9步，可设定运行的步号，并从这个步号往后运行，当一套工艺运行完成后，主界面弹出一套染色工艺已运行结束，请确认，用户确认后方可进行下一套工艺。如下图所示。图4：一套工艺结束确认图4中右侧界面主要是马达转速的控制以及变频正反转的控制，除了转速的控制是手动设定外，正反转的控制以及正转时间、反转时间和停止时间全部由PLC编程实现。当出现各种故障时，触摸屏指示灯闪烁，并出现故障报警，弹出故障报警画面，显示报警的原因。 3、系统的硬件构成　　本系统采用南大傲拓公司推出的NA200小型PLC作为现场控制器，NA系列可编程控制器是南大傲拓科技有限公司新研制出的具有国际先进水平的新一代控制装置，它采用了工业控制领域的一系列新成果 ，选取了崭新的软硬件平台，具有快速的处理能力、强大的抗干扰性能、灵活的可扩展功能，对于任何复杂环境及处理要求，皆能游刃有余，应付自如。二十多年自动化产品的开发经验和数百个项目的现场考验，铸就了南大傲拓PLC可靠的品质，产品已经通过了CE认证 、船级社(CCS)认证以及电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心的严格测试和检验 ，各项性能指标均达到或超过相关标准要求，于同类产品。 选用CPU2002 主机模块；通过RS232口modbus-rtu协议连接触摸屏。现场控制器扩展了一块智能温度数据采集模块RTD输入模块2通道，该模块带有2 个模拟输入点，不再需要外部变送器，一个模块就能完成数据采集及数据处理功能。系统的温度信号的检测采用铂电阻PT100，铂电阻具有测量精度高、性能稳定可靠的特点，在工业上广泛用于-200℃～+500℃之间的温度测量。另外如果需要可以通过RS485接口，MODBUS-RTU将PLC同工厂监控相连，实现远程操作与监控。控制系统部分配置一块CPU2002（南大傲拓）、一块RTD输入模块2通道（南大傲拓）、触摸屏7寸（南大傲拓）。 4、系统的软件设计　　由图 1 可知，染色工艺可以分为几个曲线段，不同的曲线段对应不同的目的温度、升降温时间、保温时间。对染色过程的温度控制主要是对染槽升温、保温、降温，结合生产的实际要求又将升温分为直接升温到指定温度和按斜率准确地升温到指定温度；同理，降温也分为直接降温到指定温度和根据斜率准确地降温到指定温度。因此温度控制分为五个子程序：直接升温、按斜率升温、保温、直接降温、按斜率降温。直接升温还是斜率升温、直接降温还是斜率降温根据实际需要通过中控机设定，而后由现场控制器PLC 的主程序调用相应子程序。由于染缸体积较大，加热管道相对较小，造成比较大的温度惯性，一般可将其认为是一种具有纯滞后大惯性的被控对象，因而在升/降温段采用趋势判断补偿法，如果是升温，则在温度到达T 设定值目标温度-△Ti 时停止升温，其中△Ti为补偿温度。PLC 的主程序中，根据接收到的来自触摸屏的数据进行判别，再执行相应的程序。在下传的数据中包括目标温度、斜率、保温时间等，因而PLC 可以根据这些数值判断升温、保温、还是降温。但是判断升温、降温、保温，光凭目标温度、斜率、保温时间不能得到的判断，因而使用前一曲线段的目标温度辅助进行判断。 　　下面以斜率升温为例，说明 PLC 的温控过程。在斜率升温时，将升温段曲线按时间分成若干个相等的小间隔，因而工艺曲线的升温段可以用阶梯性表示。只要每一间隔的时间足够小，则计算的每一间隔的温度给定值与理想值的偏差就可忽略。由于温度的大滞后性，当实际温度T接近设定温度时，这个时候做一个余热升温设定，从而保证在升温到保温阶段不会出现温度超出过高的现象。另外由于PT100温度的测量只有染槽的一个点，导致了温度测量并不一定完全是终杯内染液的温度，所以设定了温度补偿△Ti，从而更好的满足工艺要求。升温曲线如下图所示：图5：不同的升温速率斜率如图所示（斜率为3℃/min和2℃/min）    图中也可以看到保温阶段的曲线。为了更好的保证系统的安全性，系统增加了权限设置，设定了多种权限：超级管理员（具备所有权限）、工艺人员等等，这些都可以根据您的要求自由定制。图6：用户登录界面而染色配方设计的内容，大大简化了您用染色机控制电脑界面简单粗糙，操作较难的问题，如下图所示，直接在触摸屏上自由定制您的工艺配方。图7：染色工艺配方编辑 5、结束语　　本系统不但可以实现温度控制，而且根据需要还可扩展其他染色工艺过程的控制如水位、液位等参数的控制，具有良好的发展前景。本系统采用PLC作为生产现场的控制器，完成温度控制，能及时准确地控制染色产品的质量，将产品的质量隐患消灭在现场，保证染色一致性和一次准确化；而与传统的染色机控制电脑相比，采用PLC控制优势主要体现在：PLC控制使得系统更加稳定，可靠；采用触摸屏来操作，操作性相当方便，效果更加直观，使您的整套系统更加灵活；染色工艺配方这块大大增强了操作性和直观性，节约了您宝贵的时间以及人力物力；PLC控制的优势还在于灵活性更大，使您如果需要改进或增加新的系统的工艺流程，只需要您维护程序，从而省去了您花高额的金钱去买新的染色机控制电脑！触摸屏的界面更加可以根据您的要求自由定制。南大傲拓将会为您提供全方面的服务和一体化的解决方案。

1.引言

       沥青混凝土搅拌设备是筑路行业重要配套施工设备,该设备工艺复杂,体积庞大,无论从对生产企业技术人员的技能培训讲还是从施工单位对设备的认知方面考虑,单纯的幻灯演示和文字说明已经不能满足需求,沥青混凝土搅拌设备模拟演示系统就是在这样的背景下产生的.不同的沥青混凝土搅拌设备生产企业由于产品开发理念的不同对模拟演示系统的设计要求也会有所区别,但是所要实现的主要功能还是一样的,建立模拟演示系统所依赖的自动化技术和产品还是相通的.目前用来实现模拟演示系统的自动化产品主要有可编程控制器,触摸屏(HMI),电脑和相关配套编程与组态软件.基于VIPA 500S PLC的沥青混凝土搅拌设备模拟演示系统所依赖的PLC实现了和电脑的一体化,使整个硬件系统更集成,这种集成化设计是模拟演示系统的第一次尝试,也是VIPA 500S PLC在推出市场后的首次应用.

2系统工作原理与硬件组成

2.1 系统工作原理

      模拟演示系统是在不通过其它低压电器搭建控制电路的前提下,主要由电脑、HMI、PLC三部分通过MPI、串口、以太网通讯协议互相联通,交换数据来实现模拟演示工业生产现场操作.

2.2 硬件组成

        根据目前沥青混凝土搅拌设备行业控制系统组成现状,模拟演示系统硬件组成基本可由下图表达,新功能的扩展只要在总线上挂接就可以了.该图是以北京德基沥青搅拌设备控制系统为蓝本做出的模拟演示系统硬件组成图.

2.2.1 电脑系统

      包括电脑主机,显示器,打印机.其中电脑主机可采用商业机,也可为工业控制计算机.鉴于工控机具有较强的防护等级,如较高的抗震,抗干扰等功能,工业现场多采用.因为模拟演示系统系统是在实验室放置,所以也可考虑商用品牌机. 根据模拟演示系统资源占用实际情况,电脑核心配置如CPU等一般与市场主流配置接轨,其中留有较大扩展空间,如引入视频控制,远程监控等功能,这些功能的加入对CPU和内存都有较高的要求.

      显示器按工业现场实际需要配置,目前流行单显和双显两种模式.多显示器模式在沥青搅拌设备行业还不多件.双显配置直观,简洁,该配置模式在行业应用广泛,本文所述模拟演示系统即采用双显模式.

2.2.2 人机界面(HMI)系统

       HMI初是作为替代传统按钮,指示灯而使用的,到现在已经扩展了打印,报警,报表等功能.其在工业自动化控制中正在起着的作用.在沥青混凝土搅拌设备控制系统中,HMI更多的是作为冗语控制系统.也就是HMI系统相对独立,它是电脑控制系统的备用系统.根据沥青搅拌工艺控制要求的不同,HMI选型标准也不一样,行业控制需求不外乎生产操作,状态显示,数据设定等.随着沥青搅拌设备控制系统的智能化和人性化发展,视频和数据处理功能也开始应用到现场控制中.

2.2.3 可编程控制器(PLC)

       模拟演示系统使用的PLC和工业现场设备中应用的PLC有所不同,主要是从控制功能考虑选型.本文所述模拟演示系统选用的是德国VIPA 500S PLC. 确切的讲VIPA 500 是一种新型的板卡式的CPU,它需要插接在电脑主板上,通过DP/MPI通讯协议和外挂通讯模块如DP353连接,实现整机组态.因为模拟演示系统不需要实现对外部设备的实际控制,所以我们只选用VIPA 500 CPU,而不外挂任何其它模块.这种设计模式大大简化了模拟演示系统外部硬件电路.

2.2.4 其它

      短信模块和视频模块是作为新的事物引入到沥青混凝土搅拌设备控制系统的.短信模块包括短信交换器模块和移动通讯卡(手机号码卡);视频模块很简单,根据视频采集要求选用普通的视频摄像头即可.

2.3 软件组成

2.3.1 电脑操作系统

     根据组态软件安装和编程软件安装要求选用中文WIN 2000操作系统.版本为WIN2000  professional SP2以上版本

2.3.2 PLC程序设计软件

      因为本文模拟演示系统所对应的主机控制系统多采用的是SIEMENS低压和自动化产品,所以在模拟演示系统PLC选型时考虑了程序开发周期问题,同时根据性价比选择了VIPA PLC.VIPA PLC和SIEMENS PLC软硬件完全兼容,所以程序开发软件仍使用STEP 7.

2.3.3 PC组态开发软件

本文所论述的模拟演示系统对应PC组态软件为杰控的Fameview 7.0

2.3.4 HMI组态开发软件

模拟演示系统HMI产品选用的施奈德XBTGT 5000产品,对应组态开发软件为Vijeo-Designer

3 程序设计

3.1硬件组态

      如图2所示,该组态是通过STEP 7组态实现的.从图中可以看出硬件组态只添加了CPU 318-2和组件CP343-1.其中总线上挂接的DP300通讯模块在该项目中没有应用.从图中可以看到VIPA 500硬件组态和普通西门子硬件组态存在一定的区别,下面分项加以解释.

     VIPA PLC和西门子PLC软硬件兼容是相对来说的.就I/O模块同系列的VIPA 和西门子可以互换互通.但是就软件组态来说还需要一定的规则.因为PLC硬件设计原因VIPA 500S系列PLC CPU在硬件组 态时对应西门子S7-300系列的 CPU 318-2.双击MPI/DP项设置MPI地址为2.此地址可以随意设定,但是不能和MPI通讯伙伴的地址一样.

      VIPA 500S板卡式CPU在概念上我们可以把它当作一块以太网卡,上位机组态和500S的通讯是通过以太网通讯协议联通.作为一个网络,各个站点的网址就必须要设定.双击硬件组态画面中的CP343-1组件弹出如图3 的网络设置画面.我们需要做的只是在子网区域添加一个”ETHERNET”,然后将IP地址和子网掩码填写上即可.图中IP地址设定为192.168.201.3

      PLC的IP地址设定后电脑IP地址同样需要设定.设定方法为双击本地连接,进入本地连接属性对话框如图4所示.双击”internet 协议(TCP/IP),在弹出的对话框中选择手动输入IP地址和子网掩码.在本系

统中IP地址设定为192.168.201.2

到此硬件组态基本完成.

3.2模拟演示程序设计

      带有冗余控制的沥青混凝土搅拌设备的PLC程序设计一般分为两部分，相对应与本文论述的模拟演示系统分为电脑控制和自动控制。这里我们以自动控制为例说明程序设计过程。

3.2.1 电机启动模拟程序设计

      电机启动程序设计中一般要加入接触器触点联锁条件，而VIPA 500没有I/O模块配置，所以外部输入点无法接入。为了实现电机的模拟启动，程序设计可采用内部M继电器来与原接触器触点并接实现.如工业现场应用空压机启动对应输入变量为I20.0,其对应数据块为DB10.DBX0.0.在模拟演示S7程序中空压机机启动部分增加了内部继电器M100.0,那么只需将M100.0和I20.0并接即可实现M100.0与DB10.DBX0.0的对应.

3.2.2 生产计量模拟程序设计

      生产计量的模拟是整个模拟演示系统的关键。该部分程序无法在源程序上修改完成，所以需要重新编程。为了保持原有程序结构的清晰可以考虑在原有项目程序中新增一FC功能，在主程序OB1中调用该功能以实现模拟称重信号的输出。

       称重模拟信号的输出在演示系统共分为四种，包括：骨料秤信号，粉料秤信号，沥青秤信号，添加剂秤信号。其中骨料又细分为6种，粉料细分为3种，沥青分为2种，添加剂分为一种。随着公路施工的要求的不断提高，有可能还会出现五个秤甚至更多秤的模拟。

       称重模拟信号可以根据称重时间，卸料时间，称重误差等生产参数来调整，要避免生产中频繁出现某种物料计量超差或计量超时现象。

       紧急停机时会出现秤里存料现象，所以秤的清空需要由HMI组态按钮来实现。按钮的配置是根据按钮触发的变量在程序中的调用来决定的。按钮对应变量可以对整个计量程序复位，也可以单独对某一种物料复位，如骨料秤。本文所述模拟演示系统在HMI组态时新增了”PLC复位”按钮,该钮对真个PLC计量复位.

3.2.3 燃烧器控制的模拟设计

      基于VIPA 500 PLC的模拟演示系统在模拟燃烧器控制时能够实现风门的开度控制如鼓风门，引风门开和闭，开度百分比值随风门开闭而增加减小。除尘器出入口温度值，溜槽温度值随风门开度而程比例变化。同时，干燥筒负压和除尘器压差也按一定函数关系发生变化。

4 上位机监控组态设计

上位机监控组态设计分为PC监控组态设计和HMI监控组态设计。

4.1 PC监控组态设计

      PC监控组态设计可以有两种方式实现，第一种，独立的监控组态设计。即充分利用组态软件所提供的函数功能，实现二次开发，以达到模拟演示效果。Fameview组态软件支持bbbbbbbb脚本函数，bbbbbbbb脚本函数支持71种以上功能的实现,包括画面表现,数据库操作,报表输出等等.能够大限度的的模拟工业现场生产过程，适合给客户演示。

      第二种模式是基于VIPA 500 PLC，即上位机和PLC通过通讯实现监控组态模拟，前面第三章的程序设计即考虑了此组态方式。这种组态方式可以大量的借鉴沥青混凝土搅拌设备在工业现场实际应用的组态设计，只做较少的修改即可。

      短信的组态.短信息服务作为智能化生产的一部分,在沥青搅拌控制行业开始崭露头角.由模拟演示硬件组成图可以看到,短信服务的原理是通过手机发送短信息给短信处理模块(相当于另一部手机),短信处理模块通过串口和上位PC机通讯,将需要处理的信息反馈回发送短消息的手机.

       短消息在上位机组态内容首先是选择通信方式,传送速率设定和短信服务中心号码设定.如下图所示,其中串口我们选择COM1,波特率默认为38400,短信中心号码不同地区有所不同,可咨询当地运营商.

    短信组态第二步就是组态短信息内容.短信内容可以是当前生产数据如,当前产量,当前沥青温度等;短信内容也可以是历史生产数据,如过去某天的产量或温度,电机电流值等.   

4.2 HMI组态设计

      HMI组态设计因HMI硬件性能而不同,这里以施奈德XBTGT为例,由于HMI组态软件功能所限,该型号组态方式必须基于VIPA 500 PLC.相对与PC组态HMI组态更简单,只是增加了几个外部生产控制按钮,如”开始生产”,”停止生产”,”PLC复位”等

       HMI视频应用是比较新的事物,该应用打破了传统视频控制的模式.传统视频应用需要多台监视器和视频交换器,而HMI这些都不需要,所需要的只是多设定几个视频画面即可.

       另外HMI视频还可以录制,拍照并保存.组态设计时首先添加视频画面,图5所示视频画面为单窗口单画面型,也可以在单窗口中显示多个画面,这可以根据需要来设置.

       视频、图象文件的保存路径需要在组态设计时设定.支持视频的XBTGT有外接存储卡,视频,图象文件默认保存在存储卡内.组态时鼠标双击项目的”数据定位”选项,