基于S71200PLC和力控組態(tài)軟件的井式爐控制系統設計論文
1 引言
佛山市某企業(yè)熱處理車(chē)間有5套4加熱層的井式爐用于對長(cháng)軸類(lèi)產(chǎn)品的熱處理加工，為了滿(mǎn)足企業(yè)對產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的參數指標分析及加強生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量管理和產(chǎn)品溯源的要求，現有井式爐的控制系統已不能完全滿(mǎn)足企業(yè)更高質(zhì)量定位需求，需要對現有的5套井式爐進(jìn)行自動(dòng)化升級改造和對生產(chǎn)過(guò)程數據進(jìn)行實(shí)時(shí)集中監控。本文將介紹在保留現有相關(guān)硬件的前提下，如何利用SIMATIC S7-1200基于力控組態(tài)軟件完成井式控制系統設計。
2 系統網(wǎng)絡(luò )架構
SIMATIC S7-1200（以下簡(jiǎn)稱(chēng)S7-1200PLC）是西門(mén)子公司為充分滿(mǎn)足于中小型自動(dòng)化的系統需求，面向離散自動(dòng)化系統和獨立自動(dòng)化系統所開(kāi)發(fā)使用的小型控制器模塊。通過(guò)TIA Portal V13軟件進(jìn)行工程組態(tài)，使其具有強大的集成工藝功能和靈活的可擴展性，為各種工藝任務(wù)提供了簡(jiǎn)單的通訊和有效的解決方案，尤其滿(mǎn)足多種應用中完全不同的自動(dòng)化需求。同時(shí)集成PROFINET接口用于編程、HMI通訊和PLC間的通訊。在本系統中現場(chǎng)的S7-1200PLC、觸摸屏及工控機利用PROFINET線(xiàn)集中連接到工業(yè)交換機中，力控組態(tài)軟件和現場(chǎng)觸摸屏與S7-1200PLC之間通過(guò)S7-1200PLC（TCP/IP）以太網(wǎng)協(xié)議來(lái)進(jìn)行通信架構的搭建，完成對現場(chǎng)的5套井式爐的各類(lèi)數據進(jìn)行采集及對應控制，系統網(wǎng)絡(luò )架構如圖1所示。
3 系統電氣組成
現場(chǎng)單臺設備在電氣控制系統中，電氣拓撲圖如圖2所示。由一臺由西門(mén)子S7-1200PLC（CPU 1214C AC/DC/Rly）、一臺模擬量輸入擴展模塊（SM 1231 AI4 x RTD）、一臺模擬量輸出擴展模塊（SM 1232 AQ4）、4臺可控硅功率調節器（T6-SCR）、4套溫度傳感器及一臺威綸通觸摸屏（MT8070）及爐門(mén)、供電、報警等輔助系統構成。其中S7-1200PLC為控制系統核心，4路擴展模擬量輸入模塊用于處理4套溫度傳感器采集到的井式爐4層位置實(shí)時(shí)溫度值，4路擴展模擬量輸出模塊用于同時(shí)對4臺可控硅功率進(jìn)行驅動(dòng)進(jìn)而調節器對井式爐內部上4層加熱電阻進(jìn)行電能控制，現場(chǎng)觸摸屏實(shí)現操作人員在產(chǎn)品生產(chǎn)現場(chǎng)的登陸及完成對生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝選擇。
4 系統工作原理
在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，操作人員在現場(chǎng)使用觸摸屏進(jìn)行本次生產(chǎn)工藝數據的選擇，然后通過(guò)現場(chǎng)電氣控制柜上的啟動(dòng)按鈕進(jìn)行系統啟動(dòng)。S7-1200PLC接收到該啟動(dòng)信號后程序進(jìn)行動(dòng)作輸出，控制對應的接觸器或中間繼電器接通分別給功率調節器、爐門(mén)等相關(guān)設備供電�？刂葡到y工作時(shí)，程序根據操作人員在觸摸屏上選擇設置的工藝參數，結合采集回的井式爐內溫度數據進(jìn)行PID運算，結果以模擬信號輸出到功率調節器。功率調節器根據S7-1200PLC給定的模擬信號對流入井式爐內發(fā)熱電阻的電能進(jìn)行控制，實(shí)現溫度的自動(dòng)調節。
5 系統程序實(shí)現
在該控制系統中S7-1200PLC的程序設計如圖3所示包括：主程序OB1，實(shí)現對本機的.各個(gè)功能的協(xié)調及調用控制；溫度采集FC1，內置AD轉換和濾波算法完成現場(chǎng)的溫度模擬信號轉為實(shí)時(shí)數字信號供各功能使用。PID調節控制FC2，根據工藝流程和設置的參數完成PID控制；輔助動(dòng)作FC3，實(shí)現對爐門(mén)升降、功率調節器供電、完成信號等進(jìn)行控制；工藝數據庫FC4，內置50組數據通道實(shí)現對50種不同產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝數據的長(cháng)期保存及調用。故障診斷FC5，實(shí)現對設備出現的過(guò)載故障、PLC主機和傳感器斷線(xiàn)故障、加熱超溫故障，加熱異常等進(jìn)行采集判斷保證設備的正常運行。
在系統程序中，使用前期主要的技術(shù)難點(diǎn)是程序中PID參數的現場(chǎng)調試。需要多次進(jìn)行現場(chǎng)測試及優(yōu)化，但一臺設備調試完畢后將可以拷貝到其余機組從而節省后續多臺的調試周期。同時(shí)在系統程序內置有專(zhuān)門(mén)的故障診斷程序塊，每當設備的使用過(guò)程中現場(chǎng)出現故障后可以及時(shí)的通過(guò)觸摸屏或中央監控系統實(shí)時(shí)的反饋顯示。方便現場(chǎng)的維護人員對故障判斷，提高維修速度減少維修周期。
6 中央監控實(shí)現
目前世面上有很多上位機監控系統軟件，如國外西門(mén)子的Wincc，國內的組態(tài)王，力控等。其中力控軟件具有良好的開(kāi)發(fā)培訓教程以及配置完善的各類(lèi)現場(chǎng)設備通信接口，具有較高的性?xún)r(jià)比。在本系統中將使用力控7.0軟件，通過(guò)PROFINET線(xiàn)對現場(chǎng)的5臺設備進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)來(lái)實(shí)現數據的整體監控。首先在工控機上安裝力控7.0軟件并完成軟件授權，隨后開(kāi)始進(jìn)行系統的組態(tài)。本系統具有以下功能：不同層的溫度的顯示和報警；現場(chǎng)設備的工藝參數選擇及設備啟動(dòng)；實(shí)時(shí)和歷史曲線(xiàn)顯示、查詢(xún)及保存；數據報表的打印。系統相關(guān)界面如圖4和5 所示，其中主界面的功能與現場(chǎng)的觸摸屏一致具有溫度數據的顯示也能完成對現場(chǎng)設備的遠程操作；操作人員能對歷史數據趨勢圖查詢(xún)和數據導出；數據報表能完成對產(chǎn)品按秒、按分、按時(shí)的時(shí)間定長(cháng)查詢(xún)并將查詢(xún)的結果進(jìn)行打印或導出SCV格式文件的功能。
7 結語(yǔ)
企業(yè)在使用S7-1200PLC與力控組態(tài)軟件進(jìn)行熱處理井式爐的溫度自動(dòng)控制系統。實(shí)現了對井式爐工作過(guò)程的自動(dòng)溫度控制。并可以對工作過(guò)程的數據進(jìn)行記錄，導出，打印。使生產(chǎn)工藝人員隨時(shí)掌握產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的工藝數據并根據生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量調整工藝數據，為提高產(chǎn)品質(zhì)量打下堅實(shí)基礎同時(shí)為后續的產(chǎn)品質(zhì)量溯源提供重要的佐證依據。
參考文獻
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