袁佳楠

河北港口集團通信信息工程分公司，河北石家莊 050081

0 引言

可編程控制器（Programmable Logic Controllor 簡稱PLC）是將計算機技術、自動控制技術和通信技術融為一體而迅速發(fā)展起來的。由于具有可靠性高、功能強大、組合靈活、維護方便等特點而廣泛應用于工業(yè)控制領域。

組態(tài)（Configuration）是指通過專用軟件定義系統(tǒng)的過程。組態(tài)軟件是利用系統(tǒng)軟件提供的工具，通過簡單形象的組態(tài)工作，構成系統(tǒng)所需的軟件。是工業(yè)自動化軟件的一個重要分支。組態(tài)軟件促使自動化技術走出工業(yè)應用的狹小范圍，在樓宇自動化、農(nóng)業(yè)自動化等領域得到應用。

組態(tài)王是國內(nèi)第一家較有影響的組態(tài)軟件開發(fā)公司。組態(tài)王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關鍵字的腳本語言支持。組態(tài)王也提供多種硬件驅動程序。

采用組態(tài)王軟件編制的上位監(jiān)控系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集和處理中心、遠程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉發(fā)中心，它與外圍設備PLC，智能儀表等相連接構成控制中心。

針對港口干散貨的裝卸儲運生產(chǎn)的實際，采用西門子PLC為現(xiàn)場控制核心，以組態(tài)王軟件作為上位監(jiān)控組態(tài)軟件，設計一套料位自動監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)卸料小車的實時監(jiān)控、現(xiàn)場料位的數(shù)據(jù)采集和顯示、料位超限報警等功能。

1 卸料生產(chǎn)工藝流程

本系統(tǒng)包括6 個料倉，這些料倉主要用來儲備和緩沖物料，由卸料小車向各個料倉送入物料。卸料小車安裝在傳送帶支架上，物料由傳送帶送到卸料小車上，隨著小車的移動，卸料點隨著移動，當卸料小車停在某料倉處則向該料倉注入物料。卸料小車的卸料點由接近開關決定，根據(jù)料倉料位決定是否向某一料倉卸料，若該料倉料位達到控制要求，則卸料小車啟動向下一料倉運動。當?shù)竭_首末兩個料倉時，卸料小車進行方向切換，如此不斷進行循環(huán)。

2 硬件系統(tǒng)結構

本系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要由工控機、PLC、網(wǎng)絡卡組成，還包括現(xiàn)場的接近開關、料位計等。硬件結構圖如圖1 所示。

2.1 工控機

上位機采用研華機架式工業(yè)控制計算機，主要完成系統(tǒng)的組態(tài)，軟件編程，工業(yè)現(xiàn)場動態(tài)顯示以及運行參數(shù)給定，報警顯示等主要功能。

2.2 PLC 控制器

采用Siemens 公司的S7-300 系列PLC 控制器，中央處理單元為CPU314；數(shù)字量輸入模塊SM321 進行現(xiàn)場接近開關位置的檢測和現(xiàn)場手動/自動信號的檢測；數(shù)字量輸出模塊采用SM322，進行控制信號的輸出；模擬量輸入模塊采用SM331，進行6 個料倉料位數(shù)據(jù)的采集；采用24VDC、20A SIEMENS工業(yè)開關電源SITOP 作為輸入輸出信號電源。

2.3 網(wǎng)絡卡

S7-300 和上位監(jiān)控計算機的通信可以采用多點接口網(wǎng)絡（MPI）或PROFIBUS-DP 接口等多種通信方式。本監(jiān)控系統(tǒng)中S7-300 的中央處理單元選用CPU 314，因此在上位機中安裝CP5611 卡，通過MPI 電纜進行連接，這樣就在上位機和S7-300PLC 之間建立了通訊硬件聯(lián)系。

3 監(jiān)控系統(tǒng)功能實現(xiàn)

本自動監(jiān)控系統(tǒng)主要完成6 個料倉料位的自動檢測和實時顯示、料位報警顯示、卸料小車實現(xiàn)現(xiàn)場手動控制和中控室自動控制、友好的人機交互界面顯示。

3.1 料位的檢測

監(jiān)控系統(tǒng)通過料位計的實時數(shù)據(jù)分別對6 個料倉的料位進行檢測并在上位監(jiān)控畫面中實時顯示狀態(tài)。

3.2 料位超限報警

每個料倉的料位一旦超過系統(tǒng)所設置的上下限則系統(tǒng)進行自動報警顯示和報警自動記錄。

3.3 卸料小車手動/自動控制

手動控制指由現(xiàn)場操作人員通過安裝在卸料小車上的按鈕直接進行控制；自動控制是指中控室操作人員通過上位機對現(xiàn)場設備進行遠程控制。

3.4 友好的人機交互界面

在上位機的監(jiān)控界面中實時顯示卸料小車運行情況、料位顯示、料位報警顯示等。

4 信號采集與控制

4.1 卸料小車位置檢測與控制

對卸料小車的控制是本系統(tǒng)的核心內(nèi)容，卸料小車的位置由接近開關進行檢測。每個料倉兩邊分別安裝1 個接近開關，在首末兩端再分別安裝1 個接近開關，從而形成小車的行程控制。當小車靠近某一接近開關時，該接近開關動作并將信號傳送至PLC 的數(shù)字量輸入模塊，由PLC 再傳至上位監(jiān)控計算機，上位監(jiān)控界面中表示該接近開關的圖像發(fā)生反應，顯示為該接近開關信號有效。這時，系統(tǒng)對該接近開關對應的料倉料位進行判斷，與系統(tǒng)設定的上下限進行比較。若該料位值滿足要求則小車繼續(xù)運行；若不滿足要求，則卸料小車進行卸料，直到料位值滿足要求，小車繼續(xù)運行。

4.2 料位信號的采集

本系統(tǒng)中包含6 個料倉，為了保證檢測的準確度，每個料倉中安裝4 個重錘式料位計，共有24 路模擬量輸入信號傳送至PLC 的模擬量輸入模板。再由PLC 將這些信號傳送至上位監(jiān)控機，在上位監(jiān)控界面中通過圖像分別予以表示，實時顯示各個料位計的數(shù)值。

5 監(jiān)控組態(tài)軟件

“組態(tài)王”是在流行的PC 機上建立工業(yè)控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以Windows98/Windows2000/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，易學易用的特點。它使采用PC機開發(fā)的系統(tǒng)工程比以往使用專用機開發(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)者的重復性工作，并可運用PC 機豐富的軟件資源進行二次開發(fā)。

“組態(tài)王”軟件包由工程管理器（ProjManager）、工程瀏覽器（TouchExplorer）、畫面運行系統(tǒng)（TouchVew）三部分組成。其中，工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程瀏覽器內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng)，即組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)。工程瀏覽器和畫面運行系統(tǒng)是各自獨立的Windows 應用程序，均可單獨使用；兩者又相互依存，在工程瀏覽器的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設計開發(fā)的畫面應用程序必須在畫面運行環(huán)境中才能運行。

上位監(jiān)控系統(tǒng)用于現(xiàn)場設備的監(jiān)視與控制。當上位機與PLC 處于聯(lián)機狀態(tài)時，可以進行流程選擇、啟動、停止、故障復位等操作，通過PLC 對現(xiàn)場設備進行控制。監(jiān)視畫面以圖形方式顯示工藝流程設備，并通過顏色變化來反映流程設備狀態(tài)?？梢酝ㄟ^鍵盤設定料倉料位的上下界限以及給定值，當實際值超過界限時，監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生報警并打印記錄，同時PLC將控制現(xiàn)場設備進行相應的響應。

上位監(jiān)控軟件的編制根據(jù)物料處理工藝和管理要求，結合實際工藝流程，充分考慮操作員工作中的要求。為了避免因操作員疏漏而造成生產(chǎn)事故，軟件設計出了“操作管理”功能，利用“操作記錄”、“事件記錄”、“報警”、“連鎖”這些功能有效地防止了這類事故的發(fā)生。屏幕是操作人員與工況之間最主要的聯(lián)絡界面，生動形象的畫面效果和方便的操作方法，構成友好的人機界面。

6 結論

結合了PLC 技術、組態(tài)軟件而編制的自動監(jiān)控系統(tǒng)具有強大的數(shù)據(jù)處理能力和圖形表現(xiàn)能力，實現(xiàn)工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)集中管理和顯示、歷史報表打印、報警畫面生成等功能。極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可維護性和可擴展性，實現(xiàn)了作業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。

[1]組態(tài)王用戶手冊[Z].北京：北京亞控科技發(fā)展有限公司，2002.

[2]基于PLC和組態(tài)軟件的物流輸送監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].福建電腦，2009(8).