瀝青混凝土攪拌設備是筑路行業(yè)重要配套施工設備,該設備工藝復雜,體積龐大,無論從對生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員的技能培訓講還是從施工單位對設備的認知方面考慮,單純的幻燈演示和文字說明已經(jīng)不能滿足需求,瀝青混凝土攪拌設備模擬演示系統(tǒng)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的.不同的瀝青混凝土攪拌設備生產(chǎn)企業(yè)由于產(chǎn)品開發(fā)理念的不同對模擬演示系統(tǒng)的設計要求也會有所區(qū)別,但是所要實現(xiàn)的主要功能還是一樣的,建立模擬演示系統(tǒng)所依賴的自動化技術(shù)和產(chǎn)品還是相通的.目前用來實現(xiàn)模擬演示系統(tǒng)的自動化產(chǎn)品主要有可編程控制器,觸摸屏(HMI),電腦和相關(guān)配套編程與組態(tài)軟件.基于VIPA 500S PLC的瀝青混凝土攪拌設備模擬演示系統(tǒng)所依賴的PLC實現(xiàn)了和電腦的一體化,使整個硬件系統(tǒng)更集成,這種集成化設計是模擬演示系統(tǒng)的第一次嘗試,也是VIPA 500S PLC在推出市場后的首次應用.
2系統(tǒng)工作原理與硬件組成
2.1 系統(tǒng)工作原理
模擬演示系統(tǒng)是在不通過其它低壓電器搭建控制電路的前提下,主要由電腦、HMI、PLC三部分通過MPI、串口、以太網(wǎng)通訊協(xié)議互相聯(lián)通,交換數(shù)據(jù)來實現(xiàn)模擬演示工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場操作.
2.2 硬件組成
根據(jù)目前瀝青混凝土攪拌設備行業(yè)控制系統(tǒng)組成現(xiàn)狀,模擬演示系統(tǒng)硬件組成基本可由下圖表達,新功能的擴展只要在總線上掛接就可以了.該圖是以北京德基瀝青攪拌設備控制系統(tǒng)為藍本做出的模擬演示系統(tǒng)硬件組成圖.
2.2.1 電腦系統(tǒng)
包括電腦主機,顯示器,打印機.其中電腦主機可采用商業(yè)機,也可為工業(yè)控制計算機.鑒于工控機具有較強的防護等級,如較高的抗震,抗干擾等功能,工業(yè)現(xiàn)場多采用.因為模擬演示系統(tǒng)系統(tǒng)是在實驗室放置,所以也可考慮商用品牌機. 根據(jù)模擬演示系統(tǒng)資源占用實際情況,電腦核心配置如CPU等一般與市場主流配置接軌,其中留有較大擴展空間,如引入視頻控制,遠程監(jiān)控等功能,這些功能的加入對CPU和內(nèi)存都有較高的要求.
顯示器按工業(yè)現(xiàn)場實際需要配置,目前流行單顯和雙顯兩種模式.多顯示器模式在瀝青攪拌設備行業(yè)還不多件.雙顯配置直觀,簡潔,該配置模式在行業(yè)應用廣泛,本文所述模擬演示系統(tǒng)即采用雙顯模式.
2.2.2 人機界面(HMI)系統(tǒng)
HMI最初是作為替代傳統(tǒng)按鈕,指示燈而使用的,到現(xiàn)在已經(jīng)擴展了打印,報警,報表等功能.其在工業(yè)自動化控制中正在起著不可替代的作用.在瀝青混凝土攪拌設備控制系統(tǒng)中,HMI更多的是作為冗語控制系統(tǒng).也就是HMI系統(tǒng)相對獨立,它是電腦控制系統(tǒng)的備用系統(tǒng).根據(jù)瀝青攪拌工藝控制要求的不同,HMI選型標準也不一樣,行業(yè)控制需求不外乎生產(chǎn)操作,狀態(tài)顯示,數(shù)據(jù)設定等.隨著瀝青攪拌設備控制系統(tǒng)的智能化和人性化發(fā)展,視頻和數(shù)據(jù)處理功能也開始應用到現(xiàn)場控制中.
2.2.3 可編程控制器(PLC)
模擬演示系統(tǒng)使用的PLC和工業(yè)現(xiàn)場設備中應用的PLC有所不同,主要是從控制功能考慮選型.本文所述模擬演示系統(tǒng)選用的是德國VIPA 500S PLC. 確切的講VIPA 500 是一種新型的板卡式的CPU,它需要插接在電腦主板上,通過DP/MPI通訊協(xié)議和外掛通訊模塊如DP353連接,實現(xiàn)整機組態(tài).因為模擬演示系統(tǒng)不需要實現(xiàn)對外部設備的實際控制,所以我們只選用VIPA 500 CPU,而不外掛任何其它模塊.這種設計模式大大簡化了模擬演示系統(tǒng)外部硬件電路.
2.2.4 其它
短信模塊和視頻模塊是作為新的事物引入到瀝青混凝土攪拌設備控制系統(tǒng)的.短信模塊包括短信交換器模塊和移動通訊卡(手機號碼卡);視頻模塊很簡單,根據(jù)視頻采集要求選用普通的視頻攝像頭即可.
2.3 軟件組成
2.3.1 電腦操作系統(tǒng)
根據(jù)組態(tài)軟件安裝和編程軟件安裝要求選用中文WIN 2000操作系統(tǒng).版本為WIN2000 professional SP2以上版本
2.3.2 PLC程序設計軟件
因為本文模擬演示系統(tǒng)所對應的主機控制系統(tǒng)多采用的是SIEMENS低壓和自動化產(chǎn)品,所以在模擬演示系統(tǒng)PLC選型時考慮了程序開發(fā)周期問題,同時根據(jù)性價比選擇了VIPA PLC和SIEMENS PLC軟硬件完全兼容,所以程序開發(fā)軟件仍使用STEP 7.
2.3.3 PC組態(tài)開發(fā)軟件
本文所論述的模擬演示系統(tǒng)對應PC組態(tài)軟件為杰控的Fameview 7.0
2.3.4 HMI組態(tài)開發(fā)軟件
模擬演示系統(tǒng)HMI產(chǎn)品選用的施奈德XBTGT 5000產(chǎn)品,對應組態(tài)開發(fā)軟件為Vijeo-Designer
3 程序設計
3.1硬件組態(tài)
如圖2所示,該組態(tài)是通過STEP 7組態(tài)實現(xiàn)的.從圖中可以看出硬件組態(tài)只添加了CPU 318-2和組件CP343-1.其中總線上掛接的DP300通訊模塊在該項目中沒有應用.從圖中可以看到VIPA 500硬件組態(tài)和普通西門子硬件組態(tài)存在一定的區(qū)別,下面分項加以解釋.
VIPA PLC和西門子PLC軟硬件兼容是相對來說的.就I/O模塊同系列的VIPA 和西門子可以互換互通.但是就軟件組態(tài)來說還需要一定的規(guī)則.因為PLC硬件設計原因VIPA 500S系列PLC CPU在硬件組態(tài)時對應西門子S7-300系列的 CPU 318-2.雙擊MPI/DP項設置MPI地址為2.此地址可以隨意設定,但是不能和MPI通訊伙伴的地址一樣.
VIPA 500S板卡式CPU在概念上我們可以把它當作一塊以太網(wǎng)卡,上位機組態(tài)和500S的通訊是通過以太網(wǎng)通訊協(xié)議聯(lián)通.作為一個網(wǎng)絡,各個站點的網(wǎng)址就必須要設定.雙擊硬件組態(tài)畫面中的CP343-1組件彈出如圖3 的網(wǎng)絡設置畫面.我們需要做的只是在子網(wǎng)區(qū)域添加一個”ETHERNET”,然后將IP地址和子網(wǎng)掩碼填寫上即可.圖中IP地址設定為
PLC的IP地址設定后電腦IP地址同樣需要設定.設定方法為雙擊本地連接,進入本地連接屬性對話框如圖4所示.雙擊”internet 協(xié)議(TCP/IP),在彈出的對話框中選擇手動輸入IP地址和子網(wǎng)掩碼.在本系統(tǒng)中IP地址設定為到此硬件組態(tài)基本完成.
3.2模擬演示程序設計
帶有冗余控制的瀝青混凝土攪拌設備的PLC程序設計一般分為兩部分，相對應與本文論述的模擬演示系統(tǒng)分為電腦控制和自動控制。這里我們以自動控制為例說明程序設計過程。
3.2.1 電機啟動模擬程序設計
電機啟動程序設計中一般要加入接觸器觸點聯(lián)鎖條件，而VIPA 500沒有I/O模塊配置，所以外部輸入點無法接入。為了實現(xiàn)電機的模擬啟動，程序設計可采用內(nèi)部M繼電器來與原接觸器觸點并接實現(xiàn).如工業(yè)現(xiàn)場應用空壓機啟動對應輸入變量為I20.0,其對應數(shù)據(jù)塊為0.0.在模擬演示S7程序中空壓機機啟動部分增加了內(nèi)部繼電器M100.0,那么只需將M100.0和I20.0并接即可實現(xiàn)M100.0與0.0的對應,如下圖所示.
3.2.2 生產(chǎn)計量模擬程序設計
生產(chǎn)計量的模擬是整個模擬演示系統(tǒng)的關(guān)鍵。該部分程序無法在源程序上修改完成，所以需要重新編程。為了保持原有程序結(jié)構(gòu)的清晰可以考慮在原有項目程序中新增一FC功能，在主程序OB1中調(diào)用該功能以實現(xiàn)模擬稱重信號的輸出。
稱重模擬信號的輸出在演示系統(tǒng)共分為四種，包括：骨料秤信號，粉料秤信號，瀝青秤信號，添加劑秤信號。其中骨料又細分為6種，粉料細分為3種，瀝青分為2種，添加劑分為一種。隨著公路施工的要求的不斷提高，有可能還會出現(xiàn)五個秤甚至更多秤的模擬。
稱重模擬信號可以根據(jù)稱重時間，卸料時間，稱重誤差等生產(chǎn)參數(shù)來調(diào)整，要避免生產(chǎn)中頻繁出現(xiàn)某種物料計量超差或計量超時現(xiàn)象。
緊急停機時會出現(xiàn)秤里存料現(xiàn)象，所以秤的清空需要由HMI組態(tài)按鈕來實現(xiàn)。按鈕的配置是根據(jù)按鈕觸發(fā)的變量在程序中的調(diào)用來決定的。按鈕對應變量可以對整個計量程序復位，也可以單獨對某一種物料復位，如骨料秤。本文所述模擬演示系統(tǒng)在HMI組態(tài)時新增了”PLC復位”按鈕,該鈕對真?zhèn)€PLC計量復位.
3.2.3 燃燒器控制的模擬設計
基于VIPA 500 PLC的模擬演示系統(tǒng)在模擬燃燒器控制時能夠?qū)崿F(xiàn)風門的開度控制如鼓風門，引風門開和閉，開度百分比值隨風門開閉而增加減小。除塵器出入口溫度值，溜槽溫度值隨風門開度而程比例變化。同時，干燥筒負壓和除塵器壓差也按一定函數(shù)關(guān)系發(fā)生變化。
4 上位機監(jiān)控組態(tài)設計
上位機監(jiān)控組態(tài)設計分為PC監(jiān)控組態(tài)設計和HMI監(jiān)控組態(tài)設計。
4.1 PC監(jiān)控組態(tài)設計
PC監(jiān)控組態(tài)設計可以有兩種方式實現(xiàn)，第一種，獨立的監(jiān)控組態(tài)設計。即充分利用組態(tài)軟件所提供的函數(shù)功能，實現(xiàn)二次開發(fā)，以達到模擬演示效果。Fameview組態(tài)軟件支持Vbscript腳本函數(shù)，Vbscript腳本函數(shù)支持71種以上功能的實現(xiàn),包括畫面表現(xiàn),數(shù)據(jù)庫操作,報表輸出等等.能夠最大限度的的模擬工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)過程，適合給客戶演示。
第二種模式是基于VIPA 500 PLC，即上位機和PLC通過通訊實現(xiàn)監(jiān)控組態(tài)模擬，前面第三章的程序設計即考慮了此組態(tài)方式。這種組態(tài)方式可以大量的借鑒瀝青混凝土攪拌設備在工業(yè)現(xiàn)場實際應用的組態(tài)設計，只做較少的修改即可。
短信的組態(tài).短信息服務作為智能化生產(chǎn)的一部分,在瀝青攪拌控制行業(yè)開始嶄露頭角.由模擬演示硬件組成圖可以看到,短信服務的原理是通過手機發(fā)送短信息給短信處理模塊(相當于另一部手機),短信處理模塊通過串口和上位PC機通訊,將需要處理的信息反饋回發(fā)送短消息的手機.
短消息在上位機組態(tài)內(nèi)容首先是選擇通信方式,傳送速率設定和短信服務中心號碼設定.如下圖所示,其中串口我們選擇COM1,波特率默認為38400,短信中心號碼不同地區(qū)有所不同,可咨詢當?shù)剡\營商.
短信組態(tài)第二步就是組態(tài)短信息內(nèi)容.短信內(nèi)容可以是當前生產(chǎn)數(shù)據(jù)如,當前產(chǎn)量,當前瀝青溫度等;短信內(nèi)容也可以是歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù),如過去某天的產(chǎn)量或溫度,電機電流值等.
4.2 HMI組態(tài)設計
HMI組態(tài)設計因HMI硬件性能而不同,這里以施奈德XBTGT為例,由于HMI組態(tài)軟件功能所限,該型號組態(tài)方式必須基于VIPA 500 PLC.相對與PC組態(tài)HMI組態(tài)更簡單,只是增加了幾個外部生產(chǎn)控制按鈕,如”開始生產(chǎn)”,”停止生產(chǎn)”,”PLC復位”等
HMI視頻應用是比較新的事物,該應用打破了傳統(tǒng)視頻控制的模式.傳統(tǒng)視頻應用需要多臺監(jiān)視器和視頻交換器,而HMI這些都不需要,所需要的只是多設定幾個視頻畫面即可.
另外HMI視頻還可以錄制,拍照并保存.組態(tài)設計時首先添加視頻畫面,圖5所示視頻畫面為單窗口單畫面型,也可以在單窗口中顯示多個畫面,這可以根據(jù)需要來設置.
視頻、圖象文件的保存路徑需要在組態(tài)設計時設定.支持視頻的XBTGT有外接存儲卡,視頻,圖象文件默認保存在存儲卡內(nèi).組態(tài)時鼠標雙擊項目的”數(shù)據(jù)定位”選項,將數(shù)據(jù)文件選項對應的設置設為”第二驅(qū)動器”即可.
5 結(jié)論
基于VIPA 500S PLC的模擬演示系統(tǒng)硬件配置簡單,軟件編程和組態(tài)任務小,開發(fā)周期短.能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程和工況的模擬演示.該系統(tǒng)已經(jīng)在北京德基瀝青混凝土攪拌設備銷售演示和公司員工業(yè)務培訓中廣泛的應用.
（轉(zhuǎn)載）
