西門(mén)子PLC DO模塊SM422 

siemens WinAC在自動(dòng)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(dòng)化控制系統(tǒng)兼具PC強(qiáng)大的計(jì)算功能數(shù)
據(jù)處理能力和PLC邏輯測(cè)控與運(yùn)行可靠性特點(diǎn)本文介紹了WinAC在千層酥自動(dòng)化生產(chǎn)線中的
成功應(yīng)用及其獨(dú)具的特點(diǎn)
關(guān)鍵詞：千層酥 烘爐 基于PC自動(dòng)化 分布式控制系統(tǒng) 過(guò)程控制系統(tǒng)
一、概述
千層酥生產(chǎn)線總長(zhǎng)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(lái)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(dòng)化控制系統(tǒng)滿足如下要求：
傳動(dòng)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制操作簡(jiǎn)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(dòng)調(diào)節(jié)與自動(dòng)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(lái)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(dòng)檢測(cè)張緊裝置等組成要求自動(dòng)化控制系統(tǒng)達(dá)到如下功能：
生產(chǎn)線工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
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(dòng)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(dòng)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(tái)軋面機(jī)與傳動(dòng)單元組成相互之間無(wú)機(jī)械傳動(dòng)聯(lián)鎖無(wú)張力檢測(cè)單元要求整條生產(chǎn)線通過(guò)電器控制線速度同步運(yùn)行控制難度較大對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能要求較高。
二、控制系統(tǒng)特點(diǎn)
綜上所述千層酥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是一個(gè)集運(yùn)動(dòng)控制與過(guò)程控制的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)歸納起來(lái)應(yīng)有如下特點(diǎn)：
分布式：生產(chǎn)線總長(zhǎng)度約200米，控制點(diǎn)多而且分散，因此選用分布式測(cè)控系統(tǒng)最為適宜，分布式測(cè)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(xiǎn)降到最低的優(yōu)點(diǎn)。
總線網(wǎng)：全線采用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制，排除大量模擬信號(hào)的干擾因素，實(shí)現(xiàn)精確的速度協(xié)調(diào)控制與高精度溫度測(cè)控，檢測(cè)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(dòng)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(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，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(bào)警功能。
運(yùn)動(dòng)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(guò)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(dòng)化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司最新推出的基于PC的自動(dòng)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(jì)算功能、數(shù)據(jù)處理能力和PLC無(wú)法比擬的計(jì)算速度，更兼顧了PLC的運(yùn)行可靠性特點(diǎn)。其海量?jī)?nèi)存貯器特別適合于大數(shù)據(jù)量計(jì)算、大量配方存貯與管理。其計(jì)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(tái)下的PLC控制器，梯形圖編程，因此有獨(dú)立而嚴(yán)格的時(shí)序�？刂铺貏e滿足對(duì)于高速、精確、復(fù)雜計(jì)算及嚴(yán)格時(shí)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(kāi)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(kāi)發(fā)平臺(tái)，包括通信組態(tài)、編程、測(cè)試和啟動(dòng)以及系統(tǒng)文件的編制，對(duì)于熟悉STEP7的工程師，不需占用額外的培訓(xùn)時(shí)間。

系統(tǒng)組態(tài)界面

開(kāi)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(duì)于我們的應(yīng)用提供了極大的方便。
OPC 過(guò)程控制OLE 是一種通過(guò)Windows NT應(yīng)用程序自動(dòng)存取數(shù)據(jù)的國(guó)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(wèn)控制驅(qū)動(dòng)程序中的過(guò)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(wèn)過(guò)程數(shù)據(jù)。這種功能使得我們可以在軟件開(kāi)發(fā)中借助于高級(jí)語(yǔ)言Visual Basic進(jìn)行更復(fù)雜的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
計(jì)算功能
WinAC提供強(qiáng)大的計(jì)算功能，與工業(yè)過(guò)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(jì)算機(jī)能夠?qū)崟r(shí)處理過(guò)程數(shù)據(jù)，完成復(fù)雜的測(cè)量控制與故障分析計(jì)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(jì)分析。在過(guò)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(jiǎn)便地訪問(wèn)并能顯示和修改過(guò)程數(shù)據(jù)。對(duì)于數(shù)據(jù)處理量大，要求內(nèi)存高的過(guò)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(gè)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(mén)子代理商-上海隆彥，庫(kù)存大量西門(mén)子PLC，產(chǎn)品種類、型號(hào)齊全，涵蓋了西門(mén)子200系列PLC、西門(mén)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(jià)格低，交貨速度快。

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PLC與計(jì)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(jì)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(lái)，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(jì)、性能價(jià)格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破。這時(shí)的PLC已不僅僅是邏輯判斷功能，還同時(shí)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(jiǎn)稱為PC，但為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Persona1 Computer）的簡(jiǎn)稱PC相區(qū)別，一般仍將它簡(jiǎn)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(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫(xiě)入控制器的用戶程序存儲(chǔ)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(hào)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(shí)間長(zhǎng)，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(dòng)，改造工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，以至于用戶寧愿另外制作一臺(tái)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(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)，并將控制器和被控對(duì)象方便的連接起來(lái)。由于PLC是由微處理器、存儲(chǔ)器和外圍器件組成，所以應(yīng)屬于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的一類。
        對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，可編程控制器是一種無(wú)觸點(diǎn)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(jì)階段就選用可編程控制器，可以使得設(shè)計(jì)和調(diào)試變得簡(jiǎn)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(mén)設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問(wèn)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(dòng)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(gè)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(guò)一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)項(xiàng)目或打開(kāi)一個(gè)已有的項(xiàng)目

    在進(jìn)行控制程序編程之前，首先應(yīng)創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目。執(zhí)行菜單【文件】→【新建】選項(xiàng)或單擊工具欄的新建按鈕，可以生成一個(gè)新的項(xiàng)目。執(zhí)行菜單【文件】→【打開(kāi)】選項(xiàng)或單擊工具欄的打開(kāi)按鈕，可以打開(kāi)已有的項(xiàng)目。項(xiàng)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(hào)

  在對(duì)PLC編程之前，應(yīng)正確地設(shè)置其型號(hào)，以防止創(chuàng)建程序時(shí)發(fā)生編輯錯(cuò)誤。如果指定了型號(hào)，指令樹(shù)用紅色標(biāo)記“Ｘ”表示對(duì)當(dāng)前選擇的PLC無(wú)效的指令。設(shè)置與讀取PLC的型號(hào)可以有兩種方法：①執(zhí)行菜單【PLC】→【類型】選項(xiàng)，在出現(xiàn)的對(duì)話框中，可以選擇PLC型號(hào)和CPU版本如圖2所示。②雙擊指令樹(shù)的【項(xiàng)目1】，然后雙擊PLC型號(hào)和CPU版本選項(xiàng)，在彈出的對(duì)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(duì)話框中的【讀取PLC】按鈕，可以通過(guò)通信讀出PLC的信號(hào)與硬件版本號(hào)。

圖2 設(shè)置PLC的型號(hào)

    3）、 選擇編程語(yǔ)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(xiàng)】→【常規(guī)】→【SIMATIC】選項(xiàng)來(lái)確定。

  編程軟件可實(shí)現(xiàn)3種編程語(yǔ)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(xiàng)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(jiǎn)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(shí)可以點(diǎn)擊編輯窗口下方的選項(xiàng)來(lái)實(shí)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(gè)掃描周期內(nèi)均被順序執(zhí)行一次。子程序的指令放在獨(dú)立的程序塊中，僅在被程序調(diào)用時(shí)才執(zhí)行。中斷程序的指令也放在獨(dú)立的程序塊中，用來(lái)處理預(yù)先規(guī)定的中斷事件，在中斷事件發(fā)生時(shí)操作系統(tǒng)調(diào)用中斷程序。

用經(jīng)驗(yàn)法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行PLC編程

1)  經(jīng)驗(yàn)法編程

經(jīng)驗(yàn)法是運(yùn)用自己的或別人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。多數(shù)是設(shè)計(jì)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(yàn)程序”。結(jié)合自己工程的情況，對(duì)這些“試驗(yàn)程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。這里所說(shuō)的經(jīng)驗(yàn)，有的是來(lái)自自己的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，有的可能是別人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，就需要日積月累，善于總結(jié)。

2)  計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)編程

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是通過(guò) PLC 編程軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、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(jì)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(jì)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(hào)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(duì)應(yīng)一個(gè)輸入信號(hào)接口，并附有該信號(hào)的連接器名稱和插腳編號(hào)。輸入信號(hào)由MT側(cè)傳送至PMC側(cè)，信號(hào)地址用XOO．O表示。輸入信號(hào)中，除*ESP，SKIP，*DECX，*DECY，*DECZ等少數(shù)信號(hào)已由CNC廠家確定了地址外，其他地址的信號(hào)名稱由設(shè)計(jì)者定義，并用縮寫(xiě)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(hào)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(hào)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(duì)應(yīng)一個(gè)輸出信號(hào)接口，并附有該信號(hào)的連接器名稱和插腳編號(hào)。輸出信號(hào)由PMC側(cè)傳送至MT側(cè)，信號(hào)地址用YOO．O表示。所有輸出信號(hào)名稱由設(shè)計(jì)者定義，并用縮寫(xiě)英文字母表示。

    輸入和輸出信號(hào)地址一經(jīng)確定，信號(hào)所用連接器，插腳編號(hào)亦隨之確定。安裝時(shí)，各信號(hào)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(hào)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(hào)地址用GOOO．O表示。這些信號(hào)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(hào)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(hào)地址用FOOO．O表示。這些信號(hào)也已由CNC廠家定義，用戶不能增刪和改變。

各信號(hào)傳送方向如圖2所示。

 圖2  信號(hào)傳送方向