| 利用S7-300系列可編程控制器和其他硬件組建多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)（MPI），通過工控組態(tài)軟件MCGS和MPI，實(shí)現(xiàn)可編程控制器與上位機(jī)之間的通訊連接，成功地開發(fā)了流化焚燒爐自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)際運(yùn)行證明，該系統(tǒng)準(zhǔn)確、可靠，應(yīng)用效果較好。
1、引言 隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的日益提高，可編程控制器（PLC）的使用越來越普及。PLC以其高可靠性、易操作性、靈活性、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求不高而倍受青睞。但是，PLC作為單獨(dú)的監(jiān)控系統(tǒng)有其局限性，主要表現(xiàn)為，無法大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、無法顯示各種實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線、無法顯示漢字和打印漢字報(bào)表，沒有良好的用戶界面。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，工控組態(tài)軟件的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了PLC控制系統(tǒng)的不足。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大量使用的以工控組態(tài)軟件為開發(fā)平臺(tái)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控系統(tǒng)中的上位機(jī)，而下位機(jī)常常選用PLC作為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的控制設(shè)備，用于數(shù)據(jù)采集和控制。上位機(jī)則利用工控組態(tài)軟件來完成采集信號(hào)的存儲(chǔ)、處理、分析，利用屏幕畫面，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的所有設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，畫面中的各類參數(shù)具有實(shí)時(shí)性，還可對(duì)運(yùn)行過程進(jìn)行干預(yù)控制等。 昆侖通態(tài)計(jì)算機(jī)研究所開發(fā)的MCGS工控組態(tài)軟件，充分考慮了國(guó)內(nèi)工控領(lǐng)域的具體情況，吸收了國(guó)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，通用性強(qiáng)，品質(zhì)高，價(jià)位低，是國(guó)產(chǎn)優(yōu)秀的工控組態(tài)軟件之一?，F(xiàn)將其應(yīng)用于流化焚燒爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。 2、MCGS的主要功能及特性 MCGS是一套基于Window95／98／2000／Me／NT操作系統(tǒng)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)。它為用戶提供了從設(shè)備驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出等解決實(shí)際工程問題的完整方案和操作工具。MCGS組態(tài)軟件具有多任務(wù)、多線程功能，其系統(tǒng)框架采用VC++語言編程，通過OLE技術(shù)向用戶提供VB編程接口，提供豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件、策略構(gòu)件，用戶可隨時(shí)方便地?cái)U(kuò)充系統(tǒng)的功能。 MCGS的主要特性如下： （1） 功能全面、應(yīng)用靈活、具有開放性結(jié)構(gòu)。用戶可以掛接自己的應(yīng)用程序模塊，具有良好的通用性和可維護(hù)性。 （2） 實(shí)時(shí)性強(qiáng)，良好的并行處理性能。MCGS是真正的32位系統(tǒng)，充分利用了32位Windows操作平臺(tái)的多任務(wù)技術(shù)，按優(yōu)先級(jí)分時(shí)操作的功能，以線程為單位對(duì)在工程作業(yè)中實(shí)時(shí)性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時(shí)并行處理，使PC機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測(cè)控領(lǐng)域成為可能。 （3） 提供豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，通過ActiveDLL把設(shè)備驅(qū)動(dòng)掛接在系統(tǒng)中，能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動(dòng)畫于一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫面。 （4） MCGS強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能可把TCPIP網(wǎng)、485422423網(wǎng)、Modem網(wǎng)結(jié)合在一起，構(gòu)成大型的監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)。 （5） MCGS以O(shè)LE自動(dòng)化技術(shù)為基礎(chǔ)的開放式擴(kuò)充接口，允許用戶使用VB來快速編制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)構(gòu)件、動(dòng)畫構(gòu)件和各種策略構(gòu)件，通過OLE接口，用戶可以方便地定制自己特定的系統(tǒng)。 （6） MCGS組態(tài)軟件充分利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來保存數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行效率，同時(shí)也使其他應(yīng)用軟件系統(tǒng)能直接處理數(shù)據(jù)中的存盤數(shù)據(jù)。 （7） MCGS提供了完善的安全機(jī)制，具有4級(jí)安全保密機(jī)制。為多個(gè)不同級(jí)別用戶設(shè)定不同的操作權(quán)限，還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運(yùn)行期限等功能，以保護(hù)組態(tài)開發(fā)者的成果。 3、流化焚燒爐主要監(jiān)控參數(shù) 本系統(tǒng)流化焚燒爐主要監(jiān)控參數(shù)有：水泵流量、污水量、熱風(fēng)溫度、填料塔進(jìn)口溫度、填料塔出水溫度、主燃燒室出口溫度、回料溫度、對(duì)流管束中部溫度、爐膛出口溫度、省煤氣進(jìn)口溫度、省煤氣出口溫度、空預(yù)器出口溫度、一次風(fēng)風(fēng)壓、二次風(fēng)風(fēng)壓、爐膛負(fù)壓、空預(yù)器入口風(fēng)壓、引風(fēng)機(jī)前負(fù)壓、填料塔入口壓力、料塔第一料層壓力、料塔第二料層壓力、汽包水位、爐膛火焰、引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)電流、引風(fēng)機(jī)電機(jī)電流、水泵電機(jī)電流、燃燒器電機(jī)電流、排渣電機(jī)電流、送料電機(jī)電流、鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)功率、引風(fēng)機(jī)電機(jī)功率、水泵電機(jī)功率、燃燒器電機(jī)功率、排渣電機(jī)功率、送料電機(jī)功率、鼓風(fēng)機(jī)耗電量、引風(fēng)機(jī)耗電量、水泵電機(jī)耗電量、燃燒器電機(jī)耗電量、排渣機(jī)耗電量、送料機(jī)耗電量等。 系統(tǒng)中有6臺(tái)變頻器分別用于控制鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、水泵電機(jī)、燃燒器電機(jī)、排渣電機(jī)及送料電機(jī)。變頻器同PLC之間采用PROFIBUS總線協(xié)議方式通訊。CPU315-DP獲取引風(fēng)機(jī)電機(jī)耗電量的程序?yàn)椋?/FONT> CALL SFC 15 4、硬件與通訊 德國(guó)西門子公司的可編程控制器在功能和使用上有了很多改進(jìn)，性能價(jià)值比更優(yōu)。它主要包括S7-200、S7-300和S7-400三種產(chǎn)品。S7的網(wǎng)絡(luò)有以下幾種典型類型：多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)（MPI）、工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線和TCPIP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)。S7-300PLC流化焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)（MPI）。該接口既是編程接口又是數(shù)據(jù)通訊接口，使用S7協(xié)議，通過此接口PLC與上位計(jì)算機(jī)之間可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而構(gòu)成MPI網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備被稱為節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有唯一的MPI地址，該地址是在S7-300硬件組態(tài)中設(shè)置的。系統(tǒng)中S7-300PLC通過RS485轉(zhuǎn)RS232適配器6ES7972-0CA23-0XA0轉(zhuǎn)換后連接至上位機(jī)。流化焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控選用國(guó)內(nèi)著名品牌聯(lián)想商用機(jī)，這樣通過工控組態(tài)軟件MCGS和多點(diǎn)接口MPI網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)之間的通訊連接。在實(shí)際中，使用MCGS組態(tài)軟件和PLC通訊之前，還要安裝軟件。在安裝光盤的support目錄下找到“”和“prodave完全版”，若已安裝STEP7，則只要再裝“prodave完全版”。安裝以后，用程序prodave-S7-miniPG-PC interface設(shè)置屬性。按select鈕，選中PCAdapter加入到右框，再點(diǎn)擊properties按鈕，選中programmingdevicePCistheonlymaster。因?yàn)槭荘C-Adapter，則應(yīng)該選擇一個(gè)串行口COM1或COM2。注意波特率的設(shè)置應(yīng)與實(shí)際中使用的PCAdapte設(shè)置的波特率一致。若上述過程無誤，則可以在MCGS中使用S7300的MPI驅(qū)動(dòng)程序。該驅(qū)動(dòng)程序用于MCGS操作和讀寫西門子S7-300系列PLC設(shè)備的DB數(shù)據(jù)塊、輸入、輸出和中間寄存器。 若是讀寫DB塊，必須事先用編程軟件下載DB塊到PLC中，否則通訊狀態(tài)會(huì)為1，表示通訊失敗。 5、MCGS工控組態(tài)軟件組態(tài)過程 由MCGS組態(tài)軟件生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成。主控窗口是工程的主框架，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理用戶窗口；設(shè)備窗口是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境；用戶窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是工程各個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)交換與處理中心，它將MCGS工程的各個(gè)部分連成有機(jī)的整體；運(yùn)行策略主要完成工程運(yùn)行流程的控制。有關(guān)組態(tài)過程重點(diǎn)介紹下面幾點(diǎn)。 5.1 系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)組態(tài) 在MCGS的“主控窗口”中，按流化焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求，對(duì)其系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行定義和設(shè)置。本系統(tǒng)主控窗口主要設(shè)置：參數(shù)設(shè)置窗口包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)運(yùn)行和顯示校正參數(shù)設(shè)置；系統(tǒng)運(yùn)行信息包括監(jiān)控主窗口和設(shè)備運(yùn)行信息瀏覽；報(bào)警信息包括實(shí)時(shí)報(bào)警信息瀏覽和歷史報(bào)警信息瀏覽等；采樣數(shù)據(jù)包括壓力流量采樣數(shù)據(jù)瀏覽和溫度采樣數(shù)據(jù)瀏覽等；安全管理包括更改密碼、用戶登錄、退出登錄、用戶管理等；系統(tǒng)退出選項(xiàng)包括退出系統(tǒng)和關(guān)閉計(jì)算機(jī)等。 5.2 數(shù)據(jù)采集功能的實(shí)現(xiàn) 在流化焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集來自現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在PLC內(nèi)部的寄存器中；MCGS組態(tài)軟件通過上位機(jī)的串行通訊口直接訪問PLC的寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存取。 串口父設(shè)備屬性設(shè)置：作為下位機(jī)的PLC設(shè)備對(duì)于MCGS來說屬于串口設(shè)備，本系統(tǒng)設(shè)置的COM口通訊參數(shù)其波特率為9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，偶校驗(yàn)。 S7-300PLC屬性設(shè)置：PLC的機(jī)架號(hào)為0；PLC的槽號(hào)為2；PLC的站地址為2；其采集周期為靜態(tài)測(cè)量時(shí)1000ms，快速測(cè)量時(shí)200ms；初始工作狀態(tài)設(shè)置為“啟動(dòng)”時(shí)，即進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，MCGS自動(dòng)開始對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。 內(nèi)部屬性設(shè)置：用來設(shè)置PLC的讀寫通道，以便進(jìn)行設(shè)備通道連接，從而把設(shè)備中的數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的指定的數(shù)據(jù)對(duì)象，或把數(shù)據(jù)對(duì)象的值送入設(shè)備指定的通道輸出。 數(shù)據(jù)處理：從PLC設(shè)備中輸入的數(shù)據(jù)是特定范圍的電流、電壓等物理意義的值，必須進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，才能得到具有實(shí)際意義的工程數(shù)據(jù)。MCGS組態(tài)軟件數(shù)據(jù)處理功能，除了工程轉(zhuǎn)換計(jì)算還可完成多項(xiàng)式、倒數(shù)、濾波、函數(shù)調(diào)用、標(biāo)準(zhǔn)查表計(jì)算等數(shù)據(jù)處理運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。 5.3 MCGS腳本程序 腳本程序是組態(tài)軟件中的一種內(nèi)置編程語言引擎。當(dāng)某些控制和計(jì)算任務(wù)通過常規(guī)組態(tài)方法難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，通過使用腳本語言，能夠增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的靈活性，解決其常規(guī)組態(tài)方法難以解決的問題。例如本系統(tǒng)中運(yùn)行策略的部分腳本程序?yàn)椋?/FONT> CommState. AlmComment = t 6、節(jié)省組態(tài)軟件IO點(diǎn)數(shù)的方法 幾乎所有的工控組態(tài)軟件，銷售時(shí)都按不同的輸入輸出點(diǎn)數(shù)劃分定價(jià)，例如32點(diǎn)學(xué)習(xí)版、64點(diǎn)、128點(diǎn)、256點(diǎn)、512點(diǎn)、1024點(diǎn)和不限點(diǎn)工程版等，價(jià)格相差較大。顯然，降低所使用的組態(tài)軟件IO點(diǎn)數(shù)，可降低整個(gè)工程成本，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。本系統(tǒng)所購置的MCGS為128點(diǎn)，而實(shí)際應(yīng)用中大于128點(diǎn)，通過自編程序進(jìn)行處理，從而滿足要求。例如，監(jiān)控主控窗口各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，可通過對(duì)各設(shè)備進(jìn)行編號(hào)，還可通過使用MCGS系統(tǒng)內(nèi)部函數(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)省組態(tài)軟件IO點(diǎn)數(shù)。下面是通過查詢?cè)O(shè)備號(hào)，顯示其運(yùn)行狀態(tài)的程序。 IF DevMode=3 THEN 7、結(jié)束語 MCGS工控組態(tài)軟件以其優(yōu)異的特性在流化焚燒爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中獲得了成功的應(yīng)用。該軟件為創(chuàng)造高效、實(shí)用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供了一套完整的解決方案。我們將在此基礎(chǔ)上建立各種數(shù)據(jù)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高燃燒效率和爐溫及床溫的穩(wěn)定控制，進(jìn)一步開發(fā)新型船舶焚燒爐。 參考文獻(xiàn) [1] 陽憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社，1999.110～132 |
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