摘 要：本文介紹了基于西門(mén)子S7-200PLC的粘膠生產(chǎn)控制自動(dòng)化系統(tǒng)。論述了如何實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)功能，參數(shù)下載功能，變量記錄功能以及通過(guò)Wincc來(lái)監(jiān)控PLC;其中的參數(shù)下載功能具有故障提示功能。 關(guān)鍵詞：WinCC 歸檔 OPC Abstract: This paper introduces the glue production automatic control system which is built based on S7-200 programmable logic controller （PLC） of Siemens. How to implement the functionality of power-off protection is described here. Using WinCC to monitor the PLC of 200 series visa the OPC protocol is also discussed. The monitor software has the functions of parameter downloading and variable recording and archiving. The feasibility has been verified through the practical production process. Keywords: WinCC Archiving OPC 1.引言 　　粘膠生產(chǎn)控制系統(tǒng)中最重要的是對(duì)溫度的控制，溫度控制的好壞直接影響粘膠的質(zhì)量，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)都是基于繼電器的手動(dòng)控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不僅控制性能不理想，在生產(chǎn)過(guò)程中操作人員必須全程監(jiān)控、可靠性低，而且現(xiàn)場(chǎng)惡劣的生產(chǎn)條件給操作人員帶來(lái)很大的精神壓力。針對(duì)這種情況，本文描述了基于西門(mén)子公司S7-200系列PLC的生產(chǎn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，論述了構(gòu)建在這個(gè)控制系統(tǒng)上的監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件是用WinCC實(shí)現(xiàn)的。本文著重分析了控制系統(tǒng)的掉電保護(hù)功能、S7-200與WinCC的通訊、監(jiān)控軟件的參數(shù)下載功能以及變量記錄功能。 2.控制系統(tǒng)及控制原理 　　控制系統(tǒng)中控制器由一個(gè)CPU及兩個(gè)PLC模塊組成：S7-200系列中的CPU224，一個(gè)熱電阻輸入模塊EM231，一個(gè)模擬量輸出模塊EM232，三者通過(guò)自身所帶的電纜直接相連。其中EM231接受來(lái)自反應(yīng)爐里的溫度傳感器輸入的信號(hào)，CPU224中的PID算法的運(yùn)算結(jié)果通過(guò)模擬量輸出模塊EM232輸出電流信號(hào)（模擬量）來(lái)控制電磁閥一的開(kāi)度，同時(shí)它來(lái)單獨(dú)輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量來(lái)控制電磁閥二的開(kāi)和關(guān)，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示： [align=center] 圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖[/align] 　　控制過(guò)程中，電磁閥二的狀態(tài)只有兩種：全開(kāi)和關(guān)。基本的控制思想是：當(dāng)實(shí)際值與設(shè)定值相差超過(guò)+1.5℃時(shí)，CPU224輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量使電磁閥二完全打開(kāi)，待溫差降到在+1℃范圍或者反應(yīng)爐溫度低于設(shè)定值時(shí)，電磁閥二關(guān)閉，CPU224中的PID調(diào)節(jié)器開(kāi)始起作用，調(diào)節(jié)器輸出控制電磁閥二的開(kāi)度，使反應(yīng)爐的溫度穩(wěn)定在要求的±1℃內(nèi)。PID調(diào)節(jié)器起主要的控制作用，開(kāi)關(guān)量電磁閥的設(shè)計(jì)是為了防止反應(yīng)爐溫度超過(guò)PID的可調(diào)節(jié)范圍。 3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 　　3.1掉電保護(hù) 　　工廠所在地區(qū)偶爾會(huì)停電，反應(yīng)爐備有一個(gè)發(fā)電機(jī)，若停電發(fā)電機(jī)立即啟動(dòng)，向反應(yīng)爐及其控制系統(tǒng)繼續(xù)供電，但其間會(huì)有大約4分鐘的停電間隙，為了保持生產(chǎn)需要停電恢復(fù)后控制系統(tǒng)能按照停電前的狀態(tài)繼續(xù)控制反應(yīng)爐，這里可以利用S7-200內(nèi)置的掉電保護(hù)[1]機(jī)制，在編寫(xiě)粘膠生產(chǎn)控制程序時(shí)可以將程序狀態(tài)以及一些重要的數(shù)據(jù)保存在EEPROM里，當(dāng)供電恢復(fù)時(shí)，程序讀取這些數(shù)據(jù)。具體做法是：在用STEP-7編寫(xiě)程序時(shí)，定義程序系統(tǒng)塊中的掉電保護(hù)范圍，將M存儲(chǔ)區(qū)的前12個(gè)字節(jié)（MB0到MB11）定義為掉電保護(hù)，程序中將階段標(biāo)志，反應(yīng)爐運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）復(fù)制到這段存儲(chǔ)區(qū)，這樣即使在超級(jí)電容失效的情況下，備用發(fā)動(dòng)機(jī)供電后，仍然可以將PLC恢復(fù)到掉電前的狀態(tài)，使反應(yīng)爐接著先前的工序生產(chǎn)。 　　表1 MB0-MB13存儲(chǔ)區(qū)保存的內(nèi)容 　　3.2 WinCC與S7-200的通訊 　　一般來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)WinCC、觸摸屏、自由口通訊三種方式來(lái)監(jiān)控S7-200。用觸摸屏進(jìn)行監(jiān)控，可靠性高，不需要考慮通訊問(wèn)題，設(shè)計(jì)容易，但是價(jià)格高，擴(kuò)展性差;用自由口通訊，優(yōu)點(diǎn)就是可以用任何編程工具來(lái)實(shí)現(xiàn)，投資低，缺點(diǎn)是可靠性低，而且需要占有PLC內(nèi)部資源。對(duì)于該工廠而言，一方面要考慮經(jīng)濟(jì)因素，另一方面由于擴(kuò)大生產(chǎn)的需要，擴(kuò)展性很重要，因此本次項(xiàng)目選用WinCC作為監(jiān)控軟件的界面開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 　　由于SIMATIC WinCC是采用了最新的32位技術(shù)的過(guò)程監(jiān)控軟件，具有良好的開(kāi)放性和靈活性，所以無(wú)論是單用戶系統(tǒng)，還是冗余多服務(wù)器/多用戶系統(tǒng)，WinCC均是較好的選擇。但由于西門(mén)子公司S7-200系列PLC比監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC推出晚，WinCC中沒(méi)有集成S7-200系列PLC的通信驅(qū)動(dòng)程序，因此需通過(guò)Profibus, OPC與S7-200通訊[2]。采用OPC方式簡(jiǎn)單，只需要有一個(gè)OPC Server，這可以通過(guò)S7-200 PC Access軟件來(lái)實(shí)現(xiàn);而采用Profibus方式，需要一個(gè)Profibus DP模塊，一個(gè)通訊模塊如CP5412，還需要Profibus電纜，整體成本遠(yuǎn)高于采用OPC方式，因此本次改造采用基于OPC的WinCC監(jiān)控方式。 　　3.3 參數(shù)下載功能 　　該工廠需要生產(chǎn)不同品種的粘膠，每種粘膠的生產(chǎn)工藝不一樣，并且每種粘膠的生產(chǎn)過(guò)程由若干個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程組成，這些化學(xué)反應(yīng)需要的環(huán)境溫度也各不相同。若把這些具體的溫度值放在程序里，當(dāng)生產(chǎn)工藝改變時(shí)，就必須修改程序，這就要求工廠的操作人員有較高的程序設(shè)計(jì)能力，同時(shí)系統(tǒng)的可維護(hù)性也低。另一方面，對(duì)于不同的生產(chǎn)工藝，控制器的PID參數(shù)不同，基于上面所述的原因，PID參數(shù)設(shè)定也應(yīng)該從程序中分離。 　　參數(shù)下載是監(jiān)控軟件的一個(gè)重要功能，在下載過(guò)程中，WinCC與PLC通訊可能不正常，造成下載失敗，這就需要一個(gè)糾錯(cuò)過(guò)程。解決的方法是，在監(jiān)控界面里用戶輸入的只是WinCC中的一些內(nèi)部變量，同時(shí)設(shè)計(jì)一些表格和曲線，它們用來(lái)顯示OPC的客戶端的變量（也即WinCC過(guò)程變量），當(dāng)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)一致時(shí)，表示參數(shù)下載成功，一次典型失敗下載如圖2所示。 [align=center] 圖2 參數(shù)下載[/align] 　　這里用戶輸入了3個(gè)溫度保持階段以及PID參數(shù)，但坐標(biāo)軸上沒(méi)有顯示對(duì)應(yīng)的溫度，這就提示用戶PLC和上位機(jī)通訊出了故障。 　　3.4 變量記錄 　　WinCC的變量記錄編輯器允許用戶為其過(guò)程數(shù)據(jù)生成用戶檔案庫(kù)，過(guò)程數(shù)據(jù)和檔案庫(kù)之間的聯(lián)系是過(guò)程變量，通過(guò)變量記錄，用戶可以分析反應(yīng)爐的數(shù)學(xué)模型，可以查看PID參數(shù)是否設(shè)置合理，這項(xiàng)功能對(duì)于作者所控制的反應(yīng)爐而言尤為重要。粘膠生產(chǎn)所用的反應(yīng)爐是一個(gè)大滯后的系統(tǒng)，對(duì)于大滯后的系統(tǒng)消除這種滯后影響非常重要，因此必須弄清它的慣性常數(shù)，借助于WinCC對(duì)設(shè)定溫度，反應(yīng)爐實(shí)際溫度，水的流量這三個(gè)變量的歸檔數(shù)據(jù)，可以大大方便作者對(duì)反應(yīng)爐的分析。另外WinCC里有種控件叫做在線趨勢(shì)控件，利用該控件可以在終端機(jī)PC上實(shí)時(shí)地顯示上述三個(gè)變量的曲線，對(duì)于參數(shù)調(diào)整很有幫助。記錄變量可以通過(guò)WinCC的變量記錄編輯器來(lái)完成。 結(jié)論 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：監(jiān)控系統(tǒng)的參數(shù)下載的故障出錯(cuò)提示功能。工廠的操作人員對(duì)參數(shù)下載功能很滿意，避免了他們的誤操作。 　　本文實(shí)現(xiàn)了基于S7-200的粘膠生產(chǎn)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)際生產(chǎn)表明控制系統(tǒng)可以將反應(yīng)爐的溫度控制在 1℃，作為安全設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)量電磁閥打開(kāi)次數(shù)很少，控制模擬量電磁閥的電流信號(hào)波動(dòng)不大，整個(gè)系統(tǒng)的控制性能令人滿意。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 西門(mén)子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán). 深入淺出西門(mén)子S7-200PLC[M] .北京航空航天出版社,2003. 30～36 　　[2] 周曉，姜建芳，蘇少鈺，陳訊. S7-200系列PLC與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)的研究. 微計(jì)算機(jī)信息,2004,20（1）: 5～7