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摘要:為了滿足瀝青混凝土攪拌設(shè)備銷售展示和公司技術(shù)培訓(xùn)需求,配套的模擬演示系統(tǒng)的開發(fā)至關(guān)重要.基于VIPA 500S PLC的模擬演示系統(tǒng)采用PLC與電腦集成技術(shù),引入自動(dòng)化新產(chǎn)品,模擬再現(xiàn)瀝青攪拌站工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工況.該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用在瀝青混凝土攪拌設(shè)備生產(chǎn)廠家北京德基公司的銷售和培訓(xùn)業(yè)務(wù)中.

Abstract: For satisfying the requirement of asphalt mix plant sale displays and company technique training, so it is imperative to develop a complete set of simulation demonstration system. Base on the VIPA 500S PLC, the simulation demonstration system adopts PLC and computer integration technology, and introduces automatization new production to simulate the production work condition of the asphalt mix plant. The system is already successfully applied in the sale and training businesses of the factory, Beijing D&G Machinery, with manufacturing the asphalt mix plant.

關(guān)鍵詞: 瀝青混凝土攪拌設(shè)備   PLC   板卡CPU   模擬演示系統(tǒng)

    瀝青混凝土攪拌設(shè)備是筑路行業(yè)重要配套施工設(shè)備,該設(shè)備工藝復(fù)雜,體積龐大,無論從對(duì)生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員的技能培訓(xùn)講還是從施工單位對(duì)設(shè)備的認(rèn)知方面考慮,單純的幻燈演示和文字說明已經(jīng)不能滿足需求,瀝青混凝土攪拌設(shè)備模擬演示系統(tǒng)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的.不同的瀝青混凝土攪拌設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)由于產(chǎn)品開發(fā)理念的不同對(duì)模擬演示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也會(huì)有所區(qū)別,但是所要實(shí)現(xiàn)的主要功能還是一樣的,建立模擬演示系統(tǒng)所依賴的自動(dòng)化技術(shù)和產(chǎn)品還是相通的.目前用來實(shí)現(xiàn)模擬演示系統(tǒng)的自動(dòng)化產(chǎn)品主要有可編程控制器,觸摸屏(HMI),電腦和相關(guān)配套編程與組態(tài)軟件.基于VIPA 500S PLC的瀝青混凝土攪拌設(shè)備模擬演示系統(tǒng)所依賴的PLC實(shí)現(xiàn)了和電腦的一體化,使整個(gè)硬件系統(tǒng)更集成,這種集成化設(shè)計(jì)是模擬演示系統(tǒng)的第一次嘗試,也是VIPA 500S PLC在推出市場(chǎng)后應(yīng)用.

2系統(tǒng)工作原理與硬件組成

2.1 系統(tǒng)工作原理

    模擬演示系統(tǒng)是在不通過其它低壓電器搭建控制電路的前提下,主要由電腦、HMI、PLC三部分通過MPI、串口、以太網(wǎng)通訊協(xié)議互相聯(lián)通,交換數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)模擬演示工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作.

2.2 硬件組成

    根據(jù)目前瀝青混凝土攪拌設(shè)備行業(yè)控制系統(tǒng)組成現(xiàn)狀,模擬演示系統(tǒng)硬件組成基本可由下圖表達(dá),新功能的擴(kuò)展只要在總線上掛接就可以了.該圖是以北京德基瀝青攪拌設(shè)備控制系統(tǒng)為藍(lán)本做出的模擬演示系統(tǒng)硬件組成圖.

2.2.1 電腦系統(tǒng)

    包括電腦主機(jī),顯示器,打印機(jī).其中電腦主機(jī)可采用商業(yè)機(jī),也可為工業(yè)控制計(jì)算機(jī).鑒于工控機(jī)具有較強(qiáng)的防護(hù)等級(jí),如較高的抗震,抗干擾等功能,工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)多采用.因?yàn)槟M演示系統(tǒng)系統(tǒng)是在實(shí)驗(yàn)室放置,所以也可考慮商用品牌機(jī). 根據(jù)模擬演示系統(tǒng)資源占用實(shí)際情況,電腦核心配置如CPU等一般與市場(chǎng)主流配置接軌,其中留有較大擴(kuò)展空間,如引入視頻控制,遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能,這些功能的加入對(duì)CPU和內(nèi)存都有較高的要求.

    顯示器按工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要配置,目前流行單顯和雙顯兩種模式.多顯示器模式在瀝青攪拌設(shè)備行業(yè)還不多件.雙顯配置直觀,簡(jiǎn)潔,該配置模式在行業(yè)應(yīng)用廣泛,本文所述模擬演示系統(tǒng)即采用雙顯模式.

2.2.2 人機(jī)界面(HMI)系統(tǒng)

    HMI最初是作為替代傳統(tǒng)按鈕,指示燈而使用的,到現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展了打印,報(bào)警,報(bào)表等功能.其在工業(yè)自動(dòng)化控制中正在起著不可替代的作用.在瀝青混凝土攪拌設(shè)備控制系統(tǒng)中,HMI更多的是作為冗語控制系統(tǒng).也就是HMI系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立,它是電腦控制系統(tǒng)的備用系統(tǒng).根據(jù)瀝青攪拌工藝控制要求的不同,HMI選型標(biāo)準(zhǔn)也不一樣,行業(yè)控制需求不外乎生產(chǎn)操作,狀態(tài)顯示,數(shù)據(jù)設(shè)定等.隨著瀝青攪拌設(shè)備控制系統(tǒng)的智能化和人性化發(fā)展,視頻和數(shù)據(jù)處理功能也開始應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)控制中.

2.2.3 可編程控制器(PLC)

    模擬演示系統(tǒng)使用的PLC和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中應(yīng)用的PLC有所不同,主要是從控制功能考慮選型.本文所述模擬演示系統(tǒng)選用的是德國VIPA 500S PLC. 確切的講VIPA 500 是一種新型的板卡式的CPU,它需要插接在電腦主板上,通過DP/MPI通訊協(xié)議和外掛通訊模塊如DP353連接,實(shí)現(xiàn)整機(jī)組態(tài).因?yàn)槟M演示系統(tǒng)不需要實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的實(shí)際控制,所以我們只選用VIPA 500 CPU,而不外掛任何其它模塊.這種設(shè)計(jì)模式大大簡(jiǎn)化了模擬演示系統(tǒng)外部硬件電路.

2.2.4 其它

    短信模塊和視頻模塊是作為新的事物引入到瀝青混凝土攪拌設(shè)備控制系統(tǒng)的.短信模塊包括短信交換器模塊和移動(dòng)通訊卡;視頻模塊很簡(jiǎn)單,根據(jù)視頻采集要求選用普通的視頻攝像頭即可.

2.3 軟件組成

2.3.1 電腦操作系統(tǒng)

    根據(jù)組態(tài)軟件安裝和編程軟件安裝要求選用中文WIN 2000操作系統(tǒng).版本為WIN2000  professional SP2以上版本

2.3.2 PLC程序設(shè)計(jì)軟件

    因?yàn)楸疚哪M演示系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的主機(jī)控制系統(tǒng)多采用的是SIEMENS低壓和自動(dòng)化產(chǎn)品,所以在模擬演示系統(tǒng)PLC選型時(shí)考慮了程序開發(fā)周期問題,同時(shí)根據(jù)性價(jià)比選擇了VIPA PLC.VIPA PLC和SIEMENS PLC軟硬件*兼容,所以程序開發(fā)軟件仍使用STEP 7.

2.3.3 PC組態(tài)開發(fā)軟件

本文所論述的模擬演示系統(tǒng)對(duì)應(yīng)PC組態(tài)軟件為杰控的Fameview 7.0

2.3.4 HMI組態(tài)開發(fā)軟件

模擬演示系統(tǒng)HMI產(chǎn)品選用的施奈德XBTGT 5000產(chǎn)品,對(duì)應(yīng)組態(tài)開發(fā)軟件為Vijeo-Designer

3 程序設(shè)計(jì)

3.1硬件組態(tài)

    如圖2所示,該組態(tài)是通過STEP 7組態(tài)實(shí)現(xiàn)的.從圖中可以看出硬件組態(tài)只添加了CPU 318-2和組件CP343-1.其中總線上掛接的DP300通訊模塊在該項(xiàng)目中沒有應(yīng)用.從圖中可以看到VIPA 500硬件組態(tài)和普通西門子硬件組態(tài)存在一定的區(qū)別,下面分項(xiàng)加以解釋.

    VIPA PLC和西門子PLC軟硬件兼容是相對(duì)來說的.就I/O模塊同系列的VIPA 和西門子可以互換互通.但是就軟件組態(tài)來說還需要一定的規(guī)則.因?yàn)镻LC硬件設(shè)計(jì)原因VIPA 500S系列PLC CPU在硬件組

                                                                 圖2 硬件組態(tài)

態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)西門子S7-300系列的 CPU 318-2.雙擊MPI/DP項(xiàng)設(shè)置MPI地址為2.此地址可以隨意設(shè)定,但是不能和MPI通訊伙伴的地址一樣.

    VIPA 500S板卡式CPU在概念上我們可以把它當(dāng)作一塊以太網(wǎng)卡,上位機(jī)組態(tài)和500S的通訊是通過以太網(wǎng)通訊協(xié)議聯(lián)通.作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò),各個(gè)站點(diǎn)的就必須要設(shè)定.雙擊硬件組態(tài)畫面中的CP343-1組件彈出如圖3 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置畫面.我們需要做的只是在子網(wǎng)區(qū)域添加一個(gè)”ETHERNET”,然后將IP地址和子網(wǎng)掩碼填寫上即可.圖中IP地址設(shè)定為192.168.201.3

                           

                                   

統(tǒng)中IP地址設(shè)定為192.168.201.2

到此硬件組態(tài)基本完成.

3.2模擬演示程序設(shè)計(jì)

    帶有冗余控制的瀝青混凝土攪拌設(shè)備的PLC程序設(shè)計(jì)一般分為兩部分，相對(duì)應(yīng)與本文論述的模擬演示系統(tǒng)分為電腦控制和自動(dòng)控制。這里我們以自動(dòng)控制為例說明程序設(shè)計(jì)過程。

3.2.1 電機(jī)啟動(dòng)模擬程序設(shè)計(jì)

    電機(jī)啟動(dòng)程序設(shè)計(jì)中一般要加入接觸器觸點(diǎn)聯(lián)鎖條件，而VIPA 500沒有I/O模塊配置，所以外部輸入點(diǎn)無法接入。為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的模擬啟動(dòng)，程序設(shè)計(jì)可采用內(nèi)部M繼電器來與原接觸器觸點(diǎn)并接實(shí)現(xiàn).如工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用空壓機(jī)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)輸入變量為I20.0,其對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)塊為DB10.DBX0.0.在模擬演示S7程序中空壓機(jī)機(jī)啟動(dòng)部分增加了內(nèi)部繼電器M100.0,那么只需將M100.0和I20.0并接即可實(shí)現(xiàn)M100.0與DB10.DBX0.0的對(duì)應(yīng),如下圖所示.

 

3.2.2 生產(chǎn)計(jì)量模擬程序設(shè)計(jì)

    生產(chǎn)計(jì)量的模擬是整個(gè)模擬演示系統(tǒng)的關(guān)鍵。該部分程序無法在源程序上修改完成，所以需要重新編程。為了保持原有程序結(jié)構(gòu)的清晰可以考慮在原有項(xiàng)目程序中新增一FC功能，在主程序OB1中調(diào)用該功能以實(shí)現(xiàn)模擬稱重信號(hào)的輸出。

    稱重模擬信號(hào)的輸出在演示系統(tǒng)共分為四種，包括：骨料秤信號(hào)，粉料秤信號(hào)，瀝青秤信號(hào)，添加劑秤信號(hào)。其中骨料又細(xì)分為6種，粉料細(xì)分為3種，瀝青分為2種，添加劑分為一種。隨著公路施工的要求的不斷提高，有可能還會(huì)出現(xiàn)五個(gè)秤甚至更多秤的模擬。

    稱重模擬信號(hào)可以根據(jù)稱重時(shí)間，卸料時(shí)間，稱重誤差等生產(chǎn)參數(shù)來調(diào)整，要避免生產(chǎn)中頻繁出現(xiàn)某種物料計(jì)量超差或計(jì)量超時(shí)現(xiàn)象。

    緊急停機(jī)時(shí)會(huì)出現(xiàn)秤里存料現(xiàn)象，所以秤的清空需要由HMI組態(tài)按鈕來實(shí)現(xiàn)。按鈕的配置是根據(jù)按鈕觸發(fā)的變量在程序中的調(diào)用來決定的。按鈕對(duì)應(yīng)變量可以對(duì)整個(gè)計(jì)量程序復(fù)位，也可以單獨(dú)對(duì)某一種物料復(fù)位，如骨料秤。本文所述模擬演示系統(tǒng)在HMI組態(tài)時(shí)新增了”PLC復(fù)位”按鈕,該鈕對(duì)真?zhèn)€PLC計(jì)量復(fù)位.

3.2.3 燃燒器控制的模擬設(shè)計(jì)

    基于VIPA 500 PLC的模擬演示系統(tǒng)在模擬燃燒器控制時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)門的開度控制如鼓風(fēng)門，引風(fēng)門開和閉，開度百分比值隨風(fēng)門開閉而增加減小。除塵器出入口溫度值，溜槽溫度值隨風(fēng)門開度而程比例變化。同時(shí)，干燥筒負(fù)壓和除塵器壓差也按一定函數(shù)關(guān)系發(fā)生變化。

4 上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)

    上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)分為PC監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)和HMI監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)。

4.1 PC監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)

    PC監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)可以有兩種方式實(shí)現(xiàn)，第一種，獨(dú)立的監(jiān)控組態(tài)設(shè)計(jì)。即充分利用組態(tài)軟件所提供的函數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)，以達(dá)到模擬演示效果。Fameview組態(tài)軟件支持Vbscript腳本函數(shù)，Vbscript腳本函數(shù)支持71種以上功能的實(shí)現(xiàn),包括畫面表現(xiàn),數(shù)據(jù)庫操作,報(bào)表輸出等等.能夠最大限度的的模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程，適合給客戶演示。

    第二種模式是基于VIPA 500 PLC，即上位機(jī)和PLC通過通訊實(shí)現(xiàn)監(jiān)控組態(tài)模擬，前面第三章的程序設(shè)計(jì)即考慮了此組態(tài)方式。這種組態(tài)方式可以大量的借鑒瀝青混凝土攪拌設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的組態(tài)設(shè)計(jì)，只做較少的修改即可。

    短信的組態(tài).短信息服務(wù)作為智能化生產(chǎn)的一部分,在瀝青攪拌控制行業(yè)開始嶄露頭角.由模擬演示硬件組成圖可以看到,短信服務(wù)的原理是通過手機(jī)發(fā)送短信息給短信處理模塊(相當(dāng)于另一部手機(jī)),短信處理模塊通過串口和上位PC機(jī)通訊,將需要處理的信息反饋回發(fā)送短消息的手機(jī).

    短消息在上位機(jī)組態(tài)內(nèi)容首先是選擇通信方式,傳送速率設(shè)定和短信服務(wù)中心號(hào)碼設(shè)定.如下圖所示,其中串口我們選擇COM1,波特率默認(rèn)為38400,短信中心號(hào)碼不同地區(qū)有所不同,可咨詢當(dāng)?shù)剡\(yùn)營商.

    
   短信組態(tài)第二步就是組態(tài)短信息內(nèi)容.短信內(nèi)容可以是當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)據(jù)如,當(dāng)前產(chǎn)量,當(dāng)前瀝青溫度等;短信內(nèi)容也可以是歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù),如過去某天的產(chǎn)量或溫度,電機(jī)電流值等.

4.2 HMI組態(tài)設(shè)計(jì)

    HMI組態(tài)設(shè)計(jì)因HMI硬件性能而不同,這里以施奈德XBTGT為例,由于HMI組態(tài)軟件功能所限,該型號(hào)組態(tài)方式必須基于VIPA 500 PLC.相對(duì)與PC組態(tài)HMI組態(tài)更簡(jiǎn)單,只是增加了幾個(gè)外部生產(chǎn)控制按鈕,如”開始生產(chǎn)”,”停止生產(chǎn)”,”PLC復(fù)位”等

    HMI視頻應(yīng)用是比較新的事物,該應(yīng)用打破了傳統(tǒng)視頻控制的模式.傳統(tǒng)視頻應(yīng)用需要多臺(tái)監(jiān)視器和視頻交換器,而HMI這些都不需要,所需要的只是多設(shè)定幾個(gè)視頻畫面即可.如下圖所示:

 

       
                                                     圖5 HMI視頻組態(tài)畫面

    另外HMI視頻還可以錄制,拍照并保存.組態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)首先添加視頻畫面,圖5所示視頻畫面為單窗口單畫面型,也可以在單窗口中顯示多個(gè)畫面,這可以根據(jù)需要來設(shè)置.

                          

將數(shù)據(jù)文件選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的設(shè)置設(shè)為”第二驅(qū)動(dòng)器”即可.

5 結(jié)論

基于VIPA 500S PLC的模擬演示系統(tǒng)硬件配置簡(jiǎn)單,軟件編程和組態(tài)任務(wù)小,開發(fā)周期短.能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝流程和工況的模擬演示.該系統(tǒng)已經(jīng)在北京德基瀝青混凝土攪拌設(shè)備銷售演示和公司員工業(yè)務(wù)培訓(xùn)中廣泛的應(yīng)用.