西門子PLC DO模塊SM422 

siemens WinAC在自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用舉例

WinAC是SIEMENS最新推出的基于PC的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)兼具PC強(qiáng)大的計算功能數(shù)
據(jù)處理能力和PLC邏輯測控與運(yùn)行可靠性特點本文介紹了WinAC在千層酥自動化生產(chǎn)線中的
成功應(yīng)用及其獨具的特點
關(guān)鍵詞：千層酥 烘爐 基于PC自動化 分布式控制系統(tǒng) 過程控制系統(tǒng)
一、概述
千層酥生產(chǎn)線總長度約200米主要由如下單元組成
1、疊層起酥機(jī)

疊酥機(jī)是生產(chǎn)餅干的第一道重要工序可根據(jù)廠房的不同來選擇立式或臥式其包括七道軋輥三次軋制配備撒酥機(jī)要求自動化控制系統(tǒng)滿足如下要求：
傳動控制采用矢量型變頻器調(diào)速線速度同步工作穩(wěn)定性高。
軋輥間隙采用數(shù)字化閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)控制操作簡單方便快捷高效。
人機(jī)界面操控能與其它成型主機(jī)的相關(guān)部分實現(xiàn)聯(lián)動控制操作簡單方便。
疊層次數(shù)、寬度在范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。
疊層寬度560-1000MM
疊層次數(shù)4-12層
壓片厚度0.1-10MM
2、送料機(jī)
送料機(jī)將攪拌好的韌性餅干胚料進(jìn)行初步軋制后輸送到后一工序的雙軋軋面機(jī)電控系統(tǒng)要求能夠同步調(diào)速控制手動調(diào)節(jié)與自動運(yùn)行控制。
3、雙軋軋面機(jī)
該設(shè)備是將疊酥機(jī)或送料機(jī)輸送來的面胚進(jìn)行多次軋制使面胚由厚變薄電控系統(tǒng)要求；
軋輥采用變頻調(diào)速控制,速度同步性能穩(wěn)定；
精確控制面皮厚度采用智能數(shù)字表設(shè)定與顯示。
4、烘爐
有熱風(fēng)循環(huán)烘爐遠(yuǎn)紅外線烘爐導(dǎo)熱油爐等
餅干烘烤爐是餅干生產(chǎn)線的重要組成部份由電器控制系統(tǒng)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)加熱系統(tǒng)排煙
系統(tǒng)爐網(wǎng)輸送裝置爐網(wǎng)自動檢測張緊裝置等組成要求自動化控制系統(tǒng)達(dá)到如下功能：
生產(chǎn)線工作狀態(tài)的實時監(jiān)測
溫度坐標(biāo)升溫曲線等顯示
溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)在線修正 
歷史工作狀態(tài)記錄保存
溫度控制精度高操作方便工作穩(wěn)定高效可靠
熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)采用自動控制熱風(fēng)量，閉環(huán)控制，可選擇自然與強(qiáng)制性排煙等自動功能
燃?xì)鉅t欠壓、超壓、漏氣、超溫等多種安全保護(hù)功能
5、成型機(jī)
成型機(jī)由多臺軋面機(jī)與傳動單元組成相互之間無機(jī)械傳動聯(lián)鎖無張力檢測單元要求整條生產(chǎn)線通過電器控制線速度同步運(yùn)行控制難度較大對自動化系統(tǒng)的功能要求較高。
二、控制系統(tǒng)特點
綜上所述千層酥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是一個集運(yùn)動控制與過程控制的綜合自動化控制系統(tǒng)歸納起來應(yīng)有如下特點：
分布式：生產(chǎn)線總長度約200米，控制點多而且分散，因此選用分布式測控系統(tǒng)最為適宜，分布式測控系統(tǒng)具有布線量少，搞干擾能力強(qiáng)，擴(kuò)展維護(hù)方便，運(yùn)行安全可靠，故障風(fēng)險降到最低的優(yōu)點。
總線網(wǎng)：全線采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制，排除大量模擬信號的干擾因素，實現(xiàn)精確的速度協(xié)調(diào)控制與高精度溫度測控，檢測與控制協(xié)調(diào)一致。
大量配方存貯：一條生產(chǎn)線可生產(chǎn)上百種產(chǎn)品，因此有大量的配方存貯與調(diào)用，普通的PLC控制器由于受內(nèi)存的影響，很難做到大量配方的存貯與調(diào)用，因此基于PC自動化是本系統(tǒng)的首選方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是現(xiàn)代過程控制系統(tǒng)的特點，本系統(tǒng)配備完善的人機(jī)界面操作系統(tǒng)，全面的系統(tǒng)監(jiān)控與異常報警功能。
運(yùn)動控制：速度同步也是本控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，采用矢量型變頻器通，過網(wǎng)絡(luò)主令控制，達(dá)到全線速度的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。
三、基于PC 的自動化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司最新推出的基于PC的自動化控制系統(tǒng)，WinAC具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有強(qiáng)大的計算功能、數(shù)據(jù)處理能力和PLC無法比擬的計算速度，更兼顧了PLC的運(yùn)行可靠性特點。其海量內(nèi)存貯器特別適合于大數(shù)據(jù)量計算、大量配方存貯與管理。其計算功能與PC機(jī)相同，可靠性與功能更可與PLC-S7-400系統(tǒng)比美，是千層酥成型機(jī)與烘爐機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)最理想的選擇：
先進(jìn)性
WinAC是基于標(biāo)準(zhǔn)的Windows操作平臺下的PLC控制器，梯形圖編程，因此有獨立而嚴(yán)格的時序。控制特別滿足對于高速、精確、復(fù)雜計算及嚴(yán)格時間要求的控制任務(wù)。
WinAC支持標(biāo)準(zhǔn)的Windows NT 下的OPC、Active X 和DCOM 技術(shù)�？刂坪屯ㄓ崈�(nèi)核與標(biāo)準(zhǔn)的Windows NT任務(wù)的通訊由其內(nèi)置的代理服務(wù)器完成，因此相比普通的PLC控制器功能更強(qiáng)。
應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境
SIEMENS統(tǒng)一的組態(tài)軟件STEP 7 是WinAC控制器的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)平臺，包括通信組態(tài)、編程、測試和啟動以及系統(tǒng)文件的編制，對于熟悉STEP7的工程師，不需占用額外的培訓(xùn)時間。

系統(tǒng)組態(tài)界面

開放式接口
WinAC提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC控件接口及Active X控件接口,對于我們的應(yīng)用提供了極大的方便。
OPC 過程控制OLE 是一種通過Windows NT應(yīng)用程序自動存取數(shù)據(jù)的國際標(biāo)準(zhǔn)，也是WinAC的標(biāo)準(zhǔn)特性。使用OPC服務(wù)器可以訪問控制驅(qū)動程序中的過程數(shù)據(jù)：Active X 控件接口，不用編程直接從OLE 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序訪問過程數(shù)據(jù)。這種功能使得我們可以在軟件開發(fā)中借助于高級語言Visual Basic進(jìn)行更復(fù)雜的應(yīng)用開發(fā)。
計算功能
WinAC提供強(qiáng)大的計算功能，與工業(yè)過程數(shù)據(jù)，之間建立起一條工作數(shù)據(jù)鏈路。使得上位計算機(jī)能夠?qū)崟r處理過程數(shù)據(jù)，完成復(fù)雜的測量控制與故障分析計算，并能夠在Visual Basic中創(chuàng)建自己的HMI 前端或在大家熟知Excel 中做統(tǒng)計分析。在過程控制和PC 應(yīng)用程序之間管理數(shù)據(jù)信息流量。允許高效、簡便地訪問并能顯示和修改過程數(shù)據(jù)。對于數(shù)據(jù)處理量大，要求內(nèi)存高的過程控制系統(tǒng)，一般的PLC控制器難以勝任的工作，用WinAC則可以輕松解決，這是我們選用WinAC的理由，也是SIEMENS給我們提供了一個合適而且經(jīng)濟(jì)的解決方案。
四、系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)

西門子代理商-上海隆彥，庫存大量西門子PLC，產(chǎn)品種類、型號齊全，涵蓋了西門子200系列PLC、西門子300系列PLC及其EM221模塊、EM222模塊、EM223模塊、EM231模塊、EM232模塊、EM235模塊、PPI電纜、MPI電纜、5611卡、SM321、SM322、SM323、SM331、EM332模塊等，S7-200系列主機(jī)包括CPU224CN、CPU226CN、CPU224XP，S7-300系列主機(jī)包括CPU312、CPU313、CPU314、CPU315-2DP等，價格低，交貨速度快。

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PLC與計算機(jī)技術(shù)和繼電器-接觸器控制技術(shù)的關(guān)系

著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以后，特別是進(jìn)入80年代以來，PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，使PLC在概念、設(shè)計、性能價格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這時的PLC已不僅僅是邏輯判斷功能，還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，稱之為可編程序控制器（Programmable Controller）更為合適，簡稱為PC，但為了與個人計算機(jī)（Persona1 Computer）的簡稱PC相區(qū)別，一般仍將它簡稱為PLC（Programmable Logic Controller）。
         PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本設(shè)計思想是把計算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實際應(yīng)用對象，將控制內(nèi)容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內(nèi)。繼電器控制系統(tǒng)已有上百年歷史，它是用弱電信號控制強(qiáng)電系統(tǒng)的控制方法，在復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除困難，花費(fèi)時間長，嚴(yán)重地影響工業(yè)生產(chǎn)。在工藝要求發(fā)生變化的情況下，控制柜內(nèi)的元件和接線需要作相應(yīng)的變動，改造工期長、費(fèi)用高，以至于用戶寧愿另外制作一臺新的控制柜。而PLC克服了繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用微處理器的優(yōu)點，并將控制器和被控對象方便的連接起來。由于PLC是由微處理器、存儲器和外圍器件組成，所以應(yīng)屬于工業(yè)控制計算機(jī)中的一類。
        對用戶來說，可編程控制器是一種無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此如果在初步設(shè)計階段就選用可編程控制器，可以使得設(shè)計和調(diào)試變得簡單容易。從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。

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STEP7—Micro/WIN4.0編程軟件新建一個工程示例

  STEP7—Micro/WIN4.0編程軟件具有編程和程序調(diào)試等多種功能，下面通過一個簡單程序示例，介紹編程軟件的基本使用。

  STEP7—Micro/WIN4.0編程軟件的基本使用示例如圖1所示。

圖1    編程軟件使用示例的梯形圖

   編程的準(zhǔn)備 
   1）、創(chuàng)建一個項目或打開一個已有的項目

    在進(jìn)行控制程序編程之前，首先應(yīng)創(chuàng)建一個項目。執(zhí)行菜單【文件】→【新建】選項或單擊工具欄的新建按鈕，可以生成一個新的項目。執(zhí)行菜單【文件】→【打開】選項或單擊工具欄的打開按鈕，可以打開已有的項目。項目以擴(kuò)展名為 . mwp 的文件格式保存。

   2）、設(shè)置與讀取PLC的型號

  在對PLC編程之前，應(yīng)正確地設(shè)置其型號，以防止創(chuàng)建程序時發(fā)生編輯錯誤。如果指定了型號，指令樹用紅色標(biāo)記“Ｘ”表示對當(dāng)前選擇的PLC無效的指令。設(shè)置與讀取PLC的型號可以有兩種方法：①執(zhí)行菜單【PLC】→【類型】選項，在出現(xiàn)的對話框中，可以選擇PLC型號和CPU版本如圖2所示。②雙擊指令樹的【項目1】，然后雙擊PLC型號和CPU版本選項，在彈出的對話框中進(jìn)行設(shè)置即可。如果已經(jīng)成功地建立通信連接，單擊對話框中的【讀取PLC】按鈕，可以通過通信讀出PLC的信號與硬件版本號。

圖2 設(shè)置PLC的型號

    3）、 選擇編程語言和指令集 
   S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3兩種。SIMATIC編程模式選擇，可以執(zhí)行菜單【工具】→【選項】→【常規(guī)】→【SIMATIC】選項來確定。

  編程軟件可實現(xiàn)3種編程語言（編程器）之間的任意切換，執(zhí)行菜單【查看】→【梯形圖】或【STL】或【FBD】選項便可進(jìn)入相應(yīng)的編程環(huán)境。
  4）、確定程序的結(jié)構(gòu)

  簡單的數(shù)字量控制程序一般只有主程序，系統(tǒng)較大、功能復(fù)雜的程序除了主程序外，可能還有子程序、中斷程序。編程時可以點擊編輯窗口下方的選項來實現(xiàn)切換以完成不同程序結(jié)構(gòu)的程序編輯。用戶程序結(jié)構(gòu)選擇編輯窗口如圖3所示。

圖3    用戶程序結(jié)構(gòu)選擇編輯窗口

 主程序在每個掃描周期內(nèi)均被順序執(zhí)行一次。子程序的指令放在獨立的程序塊中，僅在被程序調(diào)用時才執(zhí)行。中斷程序的指令也放在獨立的程序塊中，用來處理預(yù)先規(guī)定的中斷事件，在中斷事件發(fā)生時操作系統(tǒng)調(diào)用中斷程序。

用經(jīng)驗法和計算機(jī)輔助設(shè)計的方法進(jìn)行PLC編程

1)  經(jīng)驗法編程

經(jīng)驗法是運(yùn)用自己的或別人的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。多數(shù)是設(shè)計前先選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗程序”。結(jié)合自己工程的情況，對這些“試驗程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。這里所說的經(jīng)驗，有的是來自自己的經(jīng)驗總結(jié)，有的可能是別人的設(shè)計經(jīng)驗，就需要日積月累，善于總結(jié)。

2)  計算機(jī)輔助設(shè)計編程

計算機(jī)輔助設(shè)計是通過 PLC 編程軟件在計算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等。使用編程軟件可以十分方便地在計算機(jī)上離線或在線編程、在線調(diào)試，使用編程軟件可以十分方便地在計算機(jī)上進(jìn)行程序的存取、加密以及形成 EXE 運(yùn)行文件

1）MT→PLC地址表。該表又稱“輸入信號地址表”。它由8位15字節(jié)地址構(gòu)成（即：X00，X02，X04，X06，X08，X10，X12，X14，X16，X17－X22），字節(jié)的每位對應(yīng)一個輸入信號接口，并附有該信號的連接器名稱和插腳編號。輸入信號由MT側(cè)傳送至PMC側(cè)，信號地址用XOO．O表示。輸入信號中，除*ESP，SKIP，*DECX，*DECY，*DECZ等少數(shù)信號已由CNC廠家確定了地址外，其他地址的信號名稱由設(shè)計者定義，并用縮寫英文字母表示。如“急�！庇谩�*EMG．M”，“進(jìn)給保持”用“SP．M”等。所有輸入信號均應(yīng)據(jù)此表選定地址。

    2）PLC→MT地址表。該表又稱“輸出信號地址表”。它由8位10字節(jié)地址構(gòu)成（即：Y48～53，YS0，Y82，Y84，Y86），字節(jié)的每位對應(yīng)一個輸出信號接口，并附有該信號的連接器名稱和插腳編號。輸出信號由PMC側(cè)傳送至MT側(cè)，信號地址用YOO．O表示。所有輸出信號名稱由設(shè)計者定義，并用縮寫英文字母表示。

    輸入和輸出信號地址一經(jīng)確定，信號所用連接器，插腳編號亦隨之確定。安裝時，各信號線即按指定連接器和插腳連接。

    3）PLC→NC地址表。該表為PMC側(cè)向NC側(cè)傳送信號的接口地址表。由8位27字節(jié)地址構(gòu)成（即：G100～G111，G116～G122，G124～G131）。信號地址用GOOO．O表示。這些信號已由CNC廠家定義，名稱和含義均已固定，用戶不能增刪和改變。 

    4）NC→PLC地址表。該表為NC側(cè)向PMC側(cè)傳送信號的接口地址表。由8位27字節(jié)地址構(gòu)成（即：P14～8F156,F160～F163，F(xiàn)171～P178）。信號地址用FOOO．O表示。這些信號也已由CNC廠家定義，用戶不能增刪和改變。

各信號傳送方向如圖2所示。

 圖2  信號傳送方向