摘要:系統(tǒng)采用DOP作為人機(jī)界面，S7 300-PLC完成過(guò)程控制，程控制程序?qū)^(guò)程變量實(shí)時(shí)采集、數(shù)字整定、優(yōu)化控制對(duì)象、實(shí)施在線控制、應(yīng)用系統(tǒng)功能塊完成洗梗水溫恒溫控制，保證洗梗機(jī)控制系統(tǒng)可靠工作。

關(guān)鍵詞：人機(jī)界面，PLC，洗梗，過(guò)程控制

在煙草制品中，除煙葉可以加工煙絲外，加工過(guò)程中產(chǎn)生大量煙梗也可以利用，煙梗加工過(guò)程中需要去雜質(zhì)，恢復(fù)柔韌性，才能利于煙梗切片加工，處理過(guò)程就需要煙?；爻?。水槽式煙梗回潮機(jī)是梗處理線上的一臺(tái)主要設(shè)備，它利用循環(huán)恒水溫介質(zhì)將煙梗進(jìn)行凈化處理。設(shè)備主要由洗梗箱體、管路系統(tǒng)、輸送網(wǎng)帶和水分控制四部分。整個(gè)水分過(guò)程控制主要由水溫、煙梗水中停留時(shí)間、壓縮空氣吹水量來(lái)控制水分達(dá)到工藝要求。

根據(jù)設(shè)備工作的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)基于DOP人機(jī)界面的PLC洗梗機(jī)控制系統(tǒng)必須保證洗梗機(jī)水份達(dá)到工藝要求，本系統(tǒng)DOP人機(jī)界面作為觸摸顯示屏，采用S7-300 PLC作為控制主機(jī)，組成控制系統(tǒng)，構(gòu)成系統(tǒng)可以完成水溫的模擬量閉環(huán)控制，水位的數(shù)字量閉環(huán)控制，循環(huán)水流速度可調(diào)節(jié)開環(huán)控制，上下游水位的聯(lián)鎖控制。系統(tǒng)工作穩(wěn)定控制精度高，滿足系統(tǒng)工藝要求。

1 控制系統(tǒng)的硬件組成

洗梗機(jī)硬件系統(tǒng)主要由四部分組成，第一部分是人機(jī)界面，系統(tǒng)選用中達(dá)電通公司的DOP—AE80THTD觸摸屏，AE80觸摸屏有65536色，32位RISC微處理器，32M存儲(chǔ)器，512K斷電保持，USB編程。有3個(gè)串行通訊口，RS232/RS422/RS485三種通訊接口可供選擇，考慮我們用S7-312C直接通訊，我們用RS485接口，觸摸屏完成系統(tǒng)顯示和控制以及系統(tǒng)控制參數(shù)調(diào)整，溫度變化趨勢(shì)圖、故障報(bào)警等任務(wù)。第二部分過(guò)程控制部分的PLC由S7-312-5BOO-OABO完成，它有1O個(gè)數(shù)字量輸入，個(gè)數(shù)字量輸出，可以滿足本系統(tǒng)的數(shù)字量需要，除CPU312C外需要通過(guò)硬件組態(tài)配置一個(gè)模擬量輸入模塊6ES7331-7KFO2-OABO，它是8路12bit擬量A/D轉(zhuǎn)換模塊，12位控制精度可以滿足本系統(tǒng)要求，8路輸入可以可以配置成3路溫度鉑電阻PT100輸入,0～10V電壓輸入供變頻器輸入速度信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)化量顯示水流速度。一個(gè)模擬量輸出模塊6ES7332-5HB01-OABO,它是4路12位模擬輸出模塊系統(tǒng)一路輸出4～20mA控制氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，通過(guò)閥門開度控制水箱溫度恒定。第三部分是系統(tǒng)輸入檢測(cè)器，數(shù)字量輸入完成基本起停聯(lián)鎖以及水位控制。模擬量輸入溫度檢測(cè)，由pTl00傳感器完成3路溫度信號(hào)檢測(cè)，供水箱溫度閉環(huán)控制。一路電壓輸入，輸入變頻器輸出頻率，經(jīng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)供觸摸屏顯示水流速度。第四部分是執(zhí)行器，主要控制系統(tǒng)上下游聯(lián)鎖輸出信號(hào)，水流變頻器起停。加水電磁閥控制水位，入水加溫電磁閥控制入水溫度。保溫氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，完成水箱溫度的恒溫控制。具體組成見圖1。

2 DOP觸摸屏與西門子PLC通訊

西門子S7-312C PLC通訊口只有MPI接口，不具有標(biāo)準(zhǔn)的RS232和RS485接口，通常觸摸屏只連接西門子自己的觸摸屏，用自己的MPI接口，但西門子觸摸屏價(jià)格較高，有時(shí)考系統(tǒng)性價(jià)比，選用其它品牌，這樣通訊協(xié)議設(shè)定就需要多一些技術(shù)，通常采用西門子公司PC-MPI轉(zhuǎn)接電纜連接，這樣簡(jiǎn)單可靠但成本較高，硬件安裝多個(gè)轉(zhuǎn)換盒，安裝不方便。本系統(tǒng)采用直接連接，協(xié)議設(shè)定就尤其重要，具體設(shè)置過(guò)程如下：首先通訊速率：19200，8,EVEN,1.（RS485）；然后PLC站號(hào)：最后是控制區(qū)/狀態(tài)區(qū)：DBWO/DBW20。需要注意事項(xiàng)的有此驅(qū)動(dòng)只能用于1臺(tái)DOP人機(jī)界面連1臺(tái)PLC；PLC通訊速率需改為19200，（8,EVEN,1.）；不可使用2個(gè)通訊口都用；DOP站號(hào)需設(shè)為O～15，若超過(guò)此范圍，則通訊協(xié)議自動(dòng)改為15；沒有接連接電纜時(shí)，DOP人機(jī)界面約5s后，會(huì)顯示Error message。若接上連接電纜時(shí)，DOP人機(jī)界面需重新送電，才能連上通訊成功；送電后，因DOP需接受PLC通知后方可連上。故第1次聯(lián)機(jī)所需時(shí)間較長(zhǎng)，正常情況下，應(yīng)在5s內(nèi)連上；此協(xié)議為多段來(lái)回的通訊（1個(gè)命令需DOP HMI與PLC通訊多次，方可完成）。故通訊速度較一般控制器慢。但與S7-300使用PC adapter速度基本相同。具體DOP觸摸屏與PLC硬件接線如圖2。

3 模擬量模塊的設(shè)計(jì)

3.1 模擬量模塊的設(shè)置

在洗梗機(jī)水分控制部分中，選用SM331，模擬量輸入模塊是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)，其主要組成是A/D轉(zhuǎn)換器。一般模擬由變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)直流電壓、直流電流信號(hào)。SM331可以直接連接不帶變送器的溫度傳感器，這樣不用溫度變送器，不但節(jié)約硬件成本，而且減少故障點(diǎn)。但直接連接傳感器需要對(duì)測(cè)量范圍進(jìn)行設(shè)置。S7331-7KFO2-OABO模擬量模塊的輸入類型用模塊側(cè)面的量程卡來(lái)設(shè)置。量程卡安裝在模擬模塊側(cè)面，每2個(gè)通道一組，8個(gè)通道4個(gè)量程卡，當(dāng)設(shè)定為溫度時(shí)，2個(gè)通道為1路輸入。供貨時(shí)通常設(shè)置在默認(rèn)的B位置（±10V）。需要設(shè)定3路溫度檢測(cè)，根據(jù)資料A為溫度傳感器輸入。所以使用改錐，將量程卡從模擬量輸入模塊中松開，再將量程卡選好位置A指向模塊標(biāo)記點(diǎn)，插入量程卡。系統(tǒng)將3塊量程卡設(shè)為A，第四塊不變?nèi)詾锽，這樣完成3路溫度、2路電壓輸入的量程卡設(shè)置。硬件設(shè)置完后要進(jìn)行聯(lián)機(jī)進(jìn)入STEP7中硬件設(shè)置中選擇模擬量量程，具體STEP7中模擬量輸入模塊量程設(shè)置如圖3。

3.2 模擬值模塊轉(zhuǎn)換、循環(huán)和響應(yīng)時(shí)間

轉(zhuǎn)換時(shí)間由基本轉(zhuǎn)換時(shí)問(wèn)和模塊的測(cè)試及監(jiān)控處理時(shí)間組成?；巨D(zhuǎn)換時(shí)間直接取決于模擬量輸入模塊的轉(zhuǎn)換方法（積分方法，瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換）。模擬量輸入通道的掃描時(shí)間，即模擬量輸入值本次轉(zhuǎn)換到下一次轉(zhuǎn)換時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，是指模擬量輸入模塊的所有激活模擬量輸入通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間總和。模擬量輸出通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間由兩部分組成：數(shù)字量數(shù)值從CPU存儲(chǔ)器傳送到輸出模塊的時(shí)問(wèn)和模擬量模塊的數(shù)一模轉(zhuǎn)換時(shí)間。模擬量輸出通道也是順序轉(zhuǎn)換，即模擬量輸出通道依次轉(zhuǎn)換。掃描時(shí)間，即模擬量輸出值本次轉(zhuǎn)換到再次轉(zhuǎn)換時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，是指模擬量輸出模塊的所有激活的模擬量輸出通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間總和，所以可以通過(guò)在STEP7中禁用所有沒有使用的模擬量通道，來(lái)降低I/O掃描時(shí)間。

3.3 連接傳感器至模擬量輸入

根據(jù)測(cè)量方法的不同，我們可以將電壓或電阻等不同類型的傳感器連接到模擬量輸入模塊。為了減少電磁干擾，對(duì)于模擬信號(hào)應(yīng)使用屏蔽雙絞電纜，并且模擬信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)該兩端接地。如果電纜兩端存在電位差，將會(huì)在屏蔽層中產(chǎn)生等電勢(shì)耦合電流，造成對(duì)模擬信號(hào)的干擾。在這種情況下，應(yīng)該讓電纜的屏蔽層一端接地。對(duì)于帶隔離的模擬量輸入模塊，在CPU的M端和測(cè)量電路參考點(diǎn)MANA（一般是端子10和11）之間沒有電氣連接。如果參考電壓UN和CPU的M端存在一個(gè)電位差UISO,必須選用隔離模擬輸入模塊。通過(guò)在MANA端子和CPU的M端子之間使用一根等電位連接導(dǎo)線，可以確保UISO不會(huì)超過(guò)允許值。如果使用的傳感器是非隔離傳感器，在輸入通道的測(cè)量線M-和測(cè)量電路的參考點(diǎn)MAA之間會(huì)發(fā)生有限電位差UCM（共模電壓）。為了防止超過(guò)允許值，在測(cè)量點(diǎn)之間必須使用等電勢(shì)連接導(dǎo)線。

4 溫度控制程序功能塊設(shè)計(jì)

STEP7程序允許在線和離線編輯程序，首先創(chuàng)建OB1系統(tǒng)組織塊，然后創(chuàng)建定時(shí)中斷組織塊OB35,在OB35中調(diào)用溫度控制功能塊FB58，調(diào)用FB58前提是在STEP7中安裝標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)（Standard Library）,調(diào)用過(guò)程是打開OB35→點(diǎn)擊View→點(diǎn)擊Overview→點(diǎn)擊右側(cè)Library→點(diǎn)擊Standard Librar→點(diǎn)擊PID Control Blocks→點(diǎn)擊FB58溫度控制功能塊，在輸入?yún)?shù)時(shí)，輸入背景數(shù)據(jù)庫(kù)DB1。DB1作為OB35背景數(shù)據(jù)庫(kù)，背景數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由系統(tǒng)自動(dòng)生成，用戶不能修改，必須按標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的數(shù)據(jù)格式要求輸入數(shù)據(jù)，在背景數(shù)據(jù)庫(kù)中還有一些系統(tǒng)控制參數(shù)設(shè)定，有些控制參數(shù)也可以在背景數(shù)據(jù)庫(kù)中修改，打開背景數(shù)據(jù)庫(kù)DB1,選擇參數(shù)視圖，就可以修改參數(shù)如：采樣周期、PID參數(shù)、上下限、脈沖輸出等。

在OB35中調(diào)用FB58功能，輸入響應(yīng)控制量、數(shù)字量及模擬量等，當(dāng)參數(shù)輸入完成，系統(tǒng)就可以運(yùn)行程序。在程序調(diào)用LAD顯示當(dāng)中有十幾個(gè)輸入中可以選擇必須的輸入，有些必須輸入，有些可以用系統(tǒng)默認(rèn)值，在本系統(tǒng)啟動(dòng)后輸出M6.0,啟動(dòng)FB58。設(shè)定值用變量SP＿INT是浮點(diǎn)數(shù)格式必需輸入，通過(guò)觸摸屏輸人數(shù)據(jù)MW2,MW2轉(zhuǎn)化成浮點(diǎn)數(shù)MD6中，MD6作為SP＿INT；過(guò)程變量輸入用PV＿PER（外圍過(guò)程控制變量）輸入外圍設(shè)備（I/O）格式過(guò)程變量，即用S7—331—7KF02模擬量輸入模塊的PIW258的數(shù)字值作為過(guò)程變量，如果將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)，即可輸入PV＿IN，梯形圖中程序PV＿IN和PV＿PER輸入1個(gè)即可，輸入PV＿PER即簡(jiǎn)單又減少轉(zhuǎn)化控制程序的編寫，在控制功能塊中，一般常輸入PV＿PER在功能塊中將PV＿PER轉(zhuǎn)化為浮點(diǎn)數(shù)PV＿IN，用設(shè)定值SP＿INT減去PV＿IN就是誤差。在系統(tǒng)中參與PID控制。功能塊還有手動(dòng)功能，當(dāng)外界條件不滿足自動(dòng)工作條件可以用手動(dòng)控制工作，具體是將其中MAN＿ON設(shè)置為M1.O,當(dāng)M1.0為1時(shí)，可以將設(shè)定觸摸屏設(shè)定手動(dòng)輸出數(shù)據(jù)MD10,設(shè)定MAM為MD10中，LMN＿PER過(guò)程輸出直接輸出控制值。

控制器有7個(gè)輸出可以作為系統(tǒng)控制的控制輸出和顯示用輸出，其中主要利用PV格式化過(guò)程變量，可以作為蒸氣調(diào)節(jié)閥閥開度顯示。LMN＿PER是I/O格式的控制量輸出值，這里直接輸出到PQW272，在模擬量輸出端輸出4～10mA控制氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥。功能模塊還有QLMN＿HLM、QLMN＿LLM上下限報(bào)警。這樣功能塊程序設(shè)計(jì)基本完成。溫度控制功能塊編程界面如圖4。

5 結(jié)束語(yǔ)

DOP人機(jī)界面美觀大方、具有直觀的圖形化界面、操作簡(jiǎn)單、使用方便，把復(fù)雜生產(chǎn)線監(jiān)控變得簡(jiǎn)單明了，大大減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，在洗梗機(jī)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)踐表明，該系統(tǒng)各項(xiàng)功能滿足生產(chǎn)需要，提高了生產(chǎn)效率。應(yīng)用DOP人機(jī)界面完成的梗絲水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而保證梗絲的水份在合格范圍內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]中達(dá)電通公司．DOP系列人機(jī)界面手冊(cè)[K]．中達(dá)電通公司，2007

[2]嚴(yán)盈富，觸摸屏與PLC入門[M]．北京：人民郵電出版社，2006

[3]西門子公司．STEP7編程手冊(cè)[K]．北京．1996

[4]菜皖東．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M]西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2000

[5]S.Brian Morriss.可編程邏輯控制器[M].楊智，王瑯，朱海鋒，譯．北京：機(jī)械工業(yè)出版社2006

[6]王智興．自動(dòng)控制原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987 基于DOP人機(jī)界面的PLC洗梗機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)