夏金偉 許連閣 于曉云 郭海林

遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院(丹東 118000)

基于PLC+觸摸屏技術(shù)的多通道信號(hào)檢測(cè)和存儲(chǔ)研究

夏金偉 許連閣 于曉云 郭海林

遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院(丹東 118000)

基于MCGS組態(tài)軟件和S7-200PLC為控制核心，設(shè)計(jì)完成一個(gè)測(cè)試裝置，可以對(duì)某敏感元件廠(chǎng)的溫度開(kāi)關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行溫度測(cè)試和質(zhì)量控制。本課題利用MCGS組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行組態(tài)，完成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)的動(dòng)態(tài)仿真畫(huà)面；利用PLC控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理并與MCGS平臺(tái)進(jìn)行通訊，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度開(kāi)關(guān)進(jìn)行全面監(jiān)控；利用MCGS組態(tài)軟件的統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的進(jìn)行存儲(chǔ)、并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)索引、歷史報(bào)表和歷史回放、打印與導(dǎo)出等功能。

S7-200PLC；MCGS組態(tài)軟件；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和PLC控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)將從前的人工操作轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)控制和自動(dòng)化生產(chǎn)，自動(dòng)化程度較大地提高[1]。本課題主要針對(duì)丹東鴨綠江敏感元件生產(chǎn)廠(chǎng)，該廠(chǎng)主要生產(chǎn)各種類(lèi)型的溫度開(kāi)關(guān)，溫度繼電器和溫度傳感器。傳統(tǒng)的產(chǎn)品檢測(cè)方式自動(dòng)化程度較低，并且在產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)上始終沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)。本課題設(shè)計(jì)的48路溫度開(kāi)關(guān)產(chǎn)品試驗(yàn)控制系統(tǒng)采用觸摸屏技術(shù)和MCGS組態(tài)技術(shù)和PLC控制器，實(shí)現(xiàn)了溫度開(kāi)關(guān)的自動(dòng)化測(cè)試。

1 總體構(gòu)成

本系統(tǒng)控制部分利用S7-200系列PLC作為控制核心，完成對(duì)加熱爐內(nèi)油溫的精確控制的同時(shí)，通過(guò)I/O口擴(kuò)展模塊對(duì)多路溫度開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行采集管理；上位機(jī)采用昆侖通態(tài)TPC7062觸摸屏作為人機(jī)界面，完成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)的查詢(xún)和打印功能；現(xiàn)場(chǎng)控制部分則包括在氣動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，油溫控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)整機(jī)集成性好，無(wú)須其它輔助控制。本系統(tǒng)操作方便、智能化高，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行，并且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品質(zhì)量的可靠控制。

2 MCGS監(jiān)控系統(tǒng)

工業(yè)自動(dòng)化控制組態(tài)軟件MCGS(Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng))是集動(dòng)畫(huà)顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、數(shù)據(jù)與曲線(xiàn)等諸多強(qiáng)大功能于一身，目前是國(guó)內(nèi)主要的上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控軟件。該系統(tǒng)支持國(guó)內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與設(shè)備輸出，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶(hù)提供解決實(shí)際問(wèn)題的方案，在自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域起著極其重要的作用[2]。

MCGS監(jiān)控系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分，用戶(hù)所有組態(tài)配置過(guò)程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，它幫助用戶(hù)設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶(hù)指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶(hù)組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境必須與組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶(hù)應(yīng)用系統(tǒng)。

圖1 控制系統(tǒng)構(gòu)成框圖

3 西門(mén)子S7-200系列

SIMATIC S7-200系列是西門(mén)子公司20世紀(jì)90年代投入市場(chǎng)的小型可編程序控制器，它主要是由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組成。CPU由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)CPU與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路相連接[3]。

S7-200采用循環(huán)掃描方式，一個(gè)掃描周期一般包括五個(gè)階段:輸入處理、執(zhí)行程序、處理通訊請(qǐng)求、執(zhí)

行CPU自診斷測(cè)試和寫(xiě)輸出。

4 MCGS組態(tài)界面

用戶(hù)窗口是由用戶(hù)來(lái)定義的、用來(lái)構(gòu)成MCGS圖形界面的窗口。用戶(hù)窗口是組成MCGS圖形界面的基本單位，所有的圖形界面都是由一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)窗口組合而成的，它的顯示和關(guān)閉由各種策略構(gòu)件和菜單命令來(lái)控制[4]。本課題的上位機(jī)界面由10個(gè)界面組成，分別是主界面、實(shí)時(shí)顯示、歷史報(bào)表、參數(shù)設(shè)置和其他窗口等，如圖2所示。

圖2 用戶(hù)窗口圖

“主界面”是上位機(jī)的主要顯示界面，該界面由控制部分，顯示部分、執(zhí)行過(guò)程仿真部分和控制按鈕部分組成。其中控制部分由手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩部分重疊顯示，界面由屏幕右側(cè)的切換按鈕控制；顯示部分則利用下來(lái)菜單顯示出各種產(chǎn)品的型號(hào)、產(chǎn)品檢測(cè)的批次、每次檢測(cè)的48個(gè)溫度開(kāi)關(guān)中合格數(shù)目和本次的測(cè)試溫度；屏幕下方為元件落盤(pán)測(cè)試的仿真顯示部分，該界面可鏈接到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行，如圖3所示。

圖3 主監(jiān)控界面

圖4 溫度開(kāi)關(guān)動(dòng)作溫度和復(fù)位溫度監(jiān)控界面

“實(shí)時(shí)顯示”界面實(shí)時(shí)記錄48路溫度開(kāi)關(guān)的動(dòng)作溫度和復(fù)位溫度，用戶(hù)可在此界面中監(jiān)視本次測(cè)試的48個(gè)溫度開(kāi)關(guān)的狀態(tài)、動(dòng)作溫度和復(fù)位溫度，這些數(shù)據(jù)都具有歷史存儲(chǔ)功能，可存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的動(dòng)作溫度和復(fù)位溫度的數(shù)據(jù)組中，為顯示歷史表格使用，如圖4所示。

圖5 參數(shù)設(shè)置監(jiān)控界面

“參數(shù)設(shè)置”界面則由溫度設(shè)置和產(chǎn)品設(shè)置兩部分組成，“溫度設(shè)置”用于設(shè)置測(cè)試油的溫度上限和溫度下限，產(chǎn)品設(shè)置則用于設(shè)置產(chǎn)品型號(hào)以及合格溫度，如圖5所示。

圖6 實(shí)時(shí)和歷史合格產(chǎn)量曲線(xiàn)顯示界面

圖7 歷史數(shù)據(jù)表格顯示界面

MCGS組態(tài)軟件還提供了實(shí)時(shí)曲線(xiàn)構(gòu)件和歷史曲線(xiàn)構(gòu)件[5]，利用該構(gòu)件可以關(guān)聯(lián)相應(yīng)的油溫，產(chǎn)量等變量，實(shí)時(shí)顯示這些數(shù)據(jù)。歷史曲線(xiàn)構(gòu)件則可以瀏覽歷

史數(shù)據(jù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)的變化可以很好的體現(xiàn)和描述。實(shí)時(shí)和歷史合格產(chǎn)量曲線(xiàn)用于顯示每個(gè)批次測(cè)量的合格產(chǎn)品數(shù)和歷史合格產(chǎn)品數(shù)，通過(guò)歷史曲線(xiàn)可以觀(guān)察到，如圖6所示。

MCGS組態(tài)軟件可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)保存和處理數(shù)據(jù)，用戶(hù)通過(guò)歷史報(bào)表可以監(jiān)控過(guò)去的一年時(shí)間里，該測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試的每一次批溫度開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，包括型號(hào)、合格溫度、合格數(shù)和測(cè)試時(shí)間等。

圖8 溫度控制模塊轉(zhuǎn)換程序

5 PLC程序設(shè)計(jì)

圖9 溫度讀取轉(zhuǎn)換程序

設(shè)計(jì)采用CPU224XP控制器，主要用于信號(hào)控制系統(tǒng)、測(cè)試盤(pán)下方系統(tǒng)和加熱控制系統(tǒng)。其中溫度控制系統(tǒng)采用PT100熱電阻將溫度信號(hào)裝換成4-20mA的模擬量，并傳送到EM231中，EM231處理后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)送入PLC存儲(chǔ)器中，本程序中設(shè)計(jì)了一個(gè)100ms的中斷程序來(lái)讀取當(dāng)前的溫度值，并進(jìn)行標(biāo)度變化送入PID模塊，與預(yù)設(shè)溫度比較后完成PID運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果變成PLC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，經(jīng)模擬量處理模塊EM23轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送入溫度控制單元，從而改變加熱棒的加熱速度，在冷卻風(fēng)扇的作用下，使溫度穩(wěn)定，完成溫度控制。下圖為溫度控制模塊的轉(zhuǎn)換程序和溫度讀取程序，如圖8，圖9所示。6結(jié)語(yǔ)

(1)MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的監(jiān)控畫(huà)面具有的動(dòng)態(tài)效果，可以模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行過(guò)程，還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制器參數(shù)值進(jìn)行設(shè)定和修改，

(2)利用MCGS可監(jiān)控溫度開(kāi)關(guān)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，利用實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)和歷史報(bào)表可以觀(guān)察出產(chǎn)品的合格率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

(3)利用S7-200系列PLC可作為現(xiàn)場(chǎng)控制器，采用PLC和MCGS雙重控制的方式，合理分配了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集及控制的任務(wù)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，大幅度降低了工程時(shí)間和人力物力的消耗。

[1]中泰技術(shù)研究所.MCGS組態(tài)軟件手冊(cè).[EBOL]http://wenku.baidu.com/view/965db878a26925c52cc5bf ed.html

[2]羅宇航.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2006.

[3]SIEMENS(Chinese)LimitedCompanyAutomationand Actuation group.S7-200 English System handbook［DB］.

[4]王永華,宋寅卯,陳玉國(guó),鄭安平.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M]北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003,9

[5]袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2003.

(責(zé)任編輯：文婷)

TN911.23

A

1003-3319(2016)04-000015-03

10.19469/j.cnki.1003-3319.2016.04.0015