退火爐中PLC控制系統(tǒng)的圖文詳解

　　“組態(tài)王”是在流行的PC機(jī)上建立工業(yè)控制對象人機(jī)接口的一種智能軟件包，它以Windows98/Windows 2000/ Windows NT4.0中文操作系統(tǒng)作為其操作平臺，充分利用了Windows圖形功能完備，界面一致性好，易學(xué)易用的特點(diǎn)。它使采用PC機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)工程比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性，大大減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)性工作，并可運(yùn)用PC機(jī)豐富的軟件資源進(jìn)行二次開發(fā)。

　　鑄管退火爐作為鑄管生產(chǎn)關(guān)鍵工序之一，自動化控制的水平和可靠性直接關(guān)系到鑄管產(chǎn)品的質(zhì)量及能耗。根據(jù)實(shí)際的工況，本系統(tǒng)采用PLC控制技術(shù)結(jié)合組態(tài)王軟件來實(shí)現(xiàn)鑄管退火過程的自動化，以保障系統(tǒng)監(jiān)控信號及各種傳感器的輸入信號及組態(tài)值的傳送。

　　1 PLC控制系統(tǒng)的配置

　　1.1 工藝流程簡介

　　鑄管退火爐是一個長54m退火爐，根據(jù)水冷離心球墨鑄鐵管的熱處理工藝，爐體設(shè)計(jì)為四段，分別為：加熱段、保溫段、速冷段和緩冷段。加熱段和保溫段兩側(cè)爐墻采用低水泥澆注料整體澆注，速冷段和緩冷段兩側(cè)爐墻采用粘土磚砌筑，爐頂全部采用耐火纖維爐襯。退火爐各爐段參數(shù)如圖1所示。

　　退火爐為熱管入爐，要將其加熱段升溫至960℃，如圖1所示。退火工藝曲線上各點(diǎn)溫度指的是鑄管溫度、而不是爐溫，因此鑄管溫度的測量及控制是至關(guān)重要的，尤其是速冷段末管壁溫度控制要求較嚴(yán)。

　

　　1.2 PLC系統(tǒng)硬件配置

　　1、上位機(jī)系統(tǒng)配置

　　主控室上位機(jī)1＃：研華工控機(jī)610機(jī)箱、14槽ISA/PCI母板、300工業(yè)電源，PIV 2.0G/256M/80G/1.44M/50X、TNT64M顯存PCI顯卡，鍵盤、鼠標(biāo)， 彩顯21’’三星2臺；

　　主控室上位機(jī)2＃：研華工控機(jī)PCA－6176 CPU主板、以太網(wǎng)卡D-Link 10/100M；組態(tài)王監(jiān)控軟件6.0版，運(yùn)行版256點(diǎn)2套；組態(tài)王監(jiān)控軟件6.0版，開發(fā)版512點(diǎn)1套；

　　2、下位機(jī)系統(tǒng)配置

　　本系統(tǒng)配置為SIEMENS，S7-300PLC，分為電氣系統(tǒng)PLC和儀表系統(tǒng)PLC，兩個PLC系統(tǒng)。系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)如圖2。

　?。?）電氣系統(tǒng)PLC：根據(jù)現(xiàn)場電氣控制所需要檢測和控制的點(diǎn)數(shù)，開關(guān)量輸入通道數(shù)86個，開關(guān)量輸出通道數(shù)62個?？紤]到留有余量，選用開關(guān)量輸入模塊4塊共有通道128個，其中42個備用通道；開關(guān)輸出量模塊2塊共有通道64個，其中2個通道備用。

　?。?）儀表系統(tǒng)PLC：根據(jù)現(xiàn)場儀表數(shù)及流量系統(tǒng)、調(diào)節(jié)閥系統(tǒng)的檢測需要，需要模擬量輸入端口69個，模擬量輸出端口24個?？紤]到留有余量，選擇模擬量輸入模塊9個共72端口，其中3個備用；模擬量輸出模塊3個共24端口。

　　2 組態(tài)王工作原理

　　組態(tài)王與現(xiàn)場的I/O設(shè)備直接進(jìn)行通訊。如圖3所示

　　I/0設(shè)備的輸入提供現(xiàn)場的信息，例如產(chǎn)品的位置、機(jī)器的轉(zhuǎn)速、爐溫等等。I/O設(shè)備的輸出通常用于對現(xiàn)場的控制，例如啟動電動機(jī)、改變轉(zhuǎn)速、控制閥門和指示燈等等。有些I/O設(shè)備（例如PLC），其本身的程序完成對現(xiàn)場的控制，程序根據(jù)輸入決定各輸出的值。

　　輸入輸出的數(shù)值存放在I/O設(shè)備的寄存器中，寄存器通過其地址進(jìn)行引用。大多數(shù)I/O設(shè)備提供與其他設(shè)備或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通一訊的通訊端口或數(shù)據(jù)通道，組態(tài)王通過這些通訊通道讀寫I/0設(shè)備的寄存器，采集到的數(shù)據(jù)可用于進(jìn)一步的監(jiān)控。不需要讀寫I/O設(shè)備的寄存器，組態(tài)王提供了一種數(shù)據(jù)定義方法，定義了I/O變量后，可直接使用變量名用于系統(tǒng)控制、操作顯示、趨勢分析、數(shù)據(jù)記錄和報(bào)警顯示。

　　3 組態(tài)王的組成及其應(yīng)用

　　3.1組態(tài)王軟件的組成

　?。?）工程管理器，（2）工程瀏覽器，（3）組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng)，（4）畫面運(yùn)行系統(tǒng)TOUCHVEW，（5）信息窗口。

　　3.2 組態(tài)王在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　1．用組態(tài)王建立應(yīng)用程序項(xiàng)目的一般過程

　?。?）制作圖形畫面

　?。?）構(gòu)造數(shù)據(jù)庫；①數(shù)據(jù)庫的作用，②數(shù)據(jù)詞典中變量的類型。

　?。?）定義動畫連接；動畫連接是指在畫面的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來：或者由軟件使用者通過圖形對象改變數(shù)據(jù)變量的值。組態(tài)王提供了21種動畫連接方式。一個圖形對象可以同時定義多個連接，組合成復(fù)雜的效果，以便滿足實(shí)際中任意的動畫顯示需要。

　?。?）運(yùn)行和調(diào)試；在組態(tài)王軟件的實(shí)時運(yùn)行環(huán)境TOUCHVEW中，運(yùn)行和調(diào)試在畫面制作系統(tǒng)中建立的動畫圖形畫面。

　3 組態(tài)王的主要功能

　　（1）基本人機(jī)界面功能

　?。?）強(qiáng)大通訊功能；組態(tài)王與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換采用以下五種方式;：串行通訊方式、DDE方式、板卡方式、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方式、人機(jī)接口卡方式。

　　（3）高效的數(shù)據(jù)采集；優(yōu)化措施包括：①需求驅(qū)動的通訊方式，②需求合并，③打包處理。

　?。?）故障診斷與恢復(fù)；組態(tài)王的自動恢復(fù)功能是指：當(dāng)下位機(jī)被更換或恢復(fù)運(yùn)行后，不需要現(xiàn)場工程師對軟件系統(tǒng)作任何千預(yù)，組態(tài)王通過短時間的嘗試后，可以自動恢復(fù)與下位機(jī)的通訊。自動恢復(fù)功能對于保障系統(tǒng)可靠運(yùn)行是非常必要的。

　?。?）先進(jìn)的報(bào)警和事件管理；組態(tài)王報(bào)警系統(tǒng)具有方便、靈活、可靠、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)，提供多種報(bào)警管理功能，包括：基于事件的報(bào)警、報(bào)警分組管理、報(bào)警優(yōu)先級、報(bào)警過濾、新增死區(qū)和延時概念等功能，以及通過網(wǎng)絡(luò)的過程報(bào)警管理。

　?。?）廣泛的數(shù)據(jù)獲取和處理

　?。?）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)和冗余功能；在單主機(jī)、單網(wǎng)絡(luò)或單設(shè)備系統(tǒng)中，機(jī)器或設(shè)備出現(xiàn)檢修或故障時，整個系統(tǒng)都將停止運(yùn)行，給生產(chǎn)造成損失、，組態(tài)王充分考慮到現(xiàn)場的各種需要，提供多重冗余手段，用戶可自行選擇多重冗余方式來構(gòu)造自己的可靠系統(tǒng)。組態(tài)王提供五種冗余方式：I/O通訊冗余、I/O設(shè)備冗余、計(jì)算機(jī)冗余、系統(tǒng)冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余。

　?。?）組態(tài)王組態(tài)和編程；組態(tài)王軟件可將過程或生產(chǎn)中發(fā)生的事件清楚地記錄、顯示出來，完成參數(shù)設(shè)定、操作控制和動態(tài)畫面監(jiān)視的功能。它顯示當(dāng)前狀態(tài)并按順序記錄，所記錄的數(shù)據(jù)可以全部或有選擇地簡要顯示，亦可編輯、輸出?？山Y(jié)合用戶程序進(jìn)行信息處理、測量值處理和報(bào)表打印。運(yùn)行時，它具有很強(qiáng)的實(shí)時性。

　　4 應(yīng)用結(jié)果

　　退火爐的PLC控制系統(tǒng)和組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)完畢后，必須進(jìn)行一系列的相關(guān)實(shí)驗(yàn)與調(diào)試，以測試系統(tǒng)是否符合實(shí)際生產(chǎn)要求。進(jìn)行試驗(yàn)的主要目的有：

　　（1）在不同的鏈速和風(fēng)速條件下，對不同直徑的管子進(jìn)行退火工藝的研究，找出一種最佳方案。

　　（2）在最佳退火工藝下檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的模糊控制器在退火爐各爐段運(yùn)行情況，以及各種算法的控制精度。

　　該系統(tǒng)經(jīng)工廠運(yùn)行試驗(yàn)運(yùn)行效果良好，運(yùn)行效果如圖5。

　

　　5 結(jié)論

　　退火爐PLC控制系統(tǒng)中，采用了組態(tài)王軟件進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。節(jié)省硬件成本，設(shè)計(jì)組態(tài)安裝調(diào)試簡便，系統(tǒng)的安全可靠性好，減少故障停機(jī)時間，系統(tǒng)維護(hù)設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)充方便，經(jīng)過工廠的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)效果良好，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)千萬元。