配料监控组态系统的设计研究.pdf

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1、技改与创新化工自动化及仪表，2010，37(12)：115—116ControlandInstrumentsinChemicalIndustry配料监控组态系统的设计研究印文达，刘红霞(南京工业大学电子与信息工程学院，南京210009)摘要：根据现实的工程应用，探讨和设计了新的配料加工生产线的自动监控系统。将PLC和工业控制计算机系统相结合，采用现场总线，形成新的控制系统。根据工艺要求，提出了新的控制方法，设计了系统软硬件。系统采用$7-300系列PLC、WinCC6．0，采用PROFIBUS—DP现场总线协议组成PLC控制系统，改进PID算法，实现

2、数字化信号传输，扩展了集散控制系统的功能。实际运行表明该系统运行稳定、用户界面友好。实现了对配料系统的监控。关键词：配料系统；组态软件；PLC；现场总线中图分类号：TF272文献标识码：B文章编号：1000-3932(2010)12-0115-021引言本系统为一大型配料工厂设计了自动监控系统，采用现场总线技术，满足生产工艺的要求，全面实现了自动生产，满足高精度的生产要求。设计一套有针对性的、生产质量和产量有保证的电气控制系统。本文在配料厂现有的DCS系统基础上，结合WinCC6．0监控组态软件，在关键部分使用了基于现场总线的FCS技术，结合新型电气

3、设备、经典的PID控制算法操作PLC，不但降低了成本，而且提高了控制质量n3。系统提供了友好的人机界面和增加了报警组，极大地减少了现场工作人员的工作。在工序中，以配料工序为关键环节，在系统的电器硬件和软件两方面进行设计，改进了PID控制算法，达到了客户提出的标准。2配料系统总体设计可编程控制器((ProgrammableLogicController，PLC)，是一种通用的工业自动控制设备，以微处理器为基础，结合计算机通信技术和自动控制技术发展而来。PLC控制系统有：(1)集中式控制系统；(2)远程式控制系统；(3)分布式控制系统。本文研究的配料加工

4、自动控制系统属于分布式控制系统。该分布式控制系统采用了几台PLC设备和仪表控制器及被控设备。通过通信电缆，将上位机和PLC或仪表控制器连接起来，进行管理。该系统可连接多个设备，设备之间有数据通讯的场合拉J。分布式控制系统结构如图1所示。PROFIBUS是一种不依赖于设备生产商的现场总线标准，具有国际化、开放式等特点。PROFIBUS由三个部分组成：PROFIBUS—DP、PROFIBUS．PA、PROFIBUS—FMS。它们主要使用主一从方式进行通讯，周期性地与传动装置交换数据。其中PROFI．BUS．DP总线应用最广泛。总体系统设计方案如图2所示。

5、核心现场控制层为$7-300PLC，利用PRO—FIBUS．DP现场总线连接称蘑仪表和远程通讯模块，实现系统的设备控制、通讯功能。通过通信处理器CP5611卡建立监控层和控制层的通道单元，完成现场生产的控制和监控旧’。图1分布式控制系统结构箍叫粉雌机电流f々感器I鼍《—怔圈《=-—侄塑卜恒一图2接口原理图系统根据现场的情况和客户的要求，总体功能如下：(1)界面显示：监控系统实时显示设备的运行情况、工艺流程和状态参数等情况。(2)操作功能：监控系统对设备可进行在线实时控制，如设置PLC启停设备、调节模拟量输出大小等。(3)管理数据：系统按照设置，将参数

6、存储在历史数据库中，通过对存储数据的分析，有针对性地，有目的地检修、维护设备。(4)系统报警：根据现场情况，设备出现故障、收稿日期：2010—10-2．0(修改稿)·1】6·化工自动化及仪表第37卷测量值超过预定范围，监控系统根据情况给出不同等级的报警。3控制系统硬件设计硬件系统是整个配料加工系统的设计平台，下面对系统的硬件部分进行了具体的分析。PLC主控制器为系统的核心部件，还包括系统模块和上位机配置、硬件电路设计、安装和调试等。该配料加工控制系统使用研华工控计算机(IPC)610H实现对系统的监控，作为用户界面。运行WindowsXP操作系统。上

7、位机通过主板上的CP561l通讯卡，采用PROFIBUS-DP通讯方式实现与PLC的通讯。采用不问断电源供电，保证数据记录的完整。“。控制系统由电源柜、PLC柜、变频控制柜、设备控制柜、电子计量秤和若干现场控制操作箱组成。电源电路为低压元件生成DC24V和AC220V电源。系统使用DC24V电源较多，主要供指示灯和继电器使用。采用三相检测技术保护电路，防止电源缺相，造成设备的损坏。为防止电压波动，在机柜中加入隔离变压器和AC220V电源。设备控制模块选用西门子中型PLC系列CPU314C-2DP，包含CPU模块、电源模块、DP通讯模块、模拟量输入输出

8、端。CPU314能适应中等规模系统，满足高速处理系统要求。s7-300系列PLC比其他PLC有很多优点，如重