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基于DOP人机界面的PLC洗梗机过程控制系统

发布时间:2009-06-08 作者:马春华  来源:万方数据
关键字:人机界面 PLC 洗梗 过程控制 
系统采用DOP作为人机界面,S7 300-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。

    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S7-300 PLC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,第一部分是人机界面,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。


图1 洗梗机控制系统组成原理图

    2、DOP触摸屏与西门子PLC通讯

    西门子S7-312C PLC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:首先通讯速率:19200,8,EVEN,1.(RS485);然后PLC站号:最后是控制区/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Error message。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DOP HMI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PC adapter速度基本相同。具体DOP触摸屏与PLC硬件接线如图2。


图2 DOP触摸屏S7-300 PLC硬件接线

    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,而且减少故障点。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。所以使用改锥,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。


图3 STEP7中模拟量输入模块量程设置

    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再次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,所以可以通过在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,首先创建OB1系统组织块,然后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(Standard Library),调用过程是打开OB35→点击View→点击Overview→点击右侧Library→点击Standard Librar→点击PID Control Blocks→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。


图4 温度控制功能块编程界面

    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。