基于 P C和组态软件的在线监控 系统 L

((冶金自动化》2004年增刊 基于PLC和组态软件的在线监控系统 陈四华，陈新元，罗国超，李 芳 (武汉科技大学机械自动化学院，湖北 武汉430081) 〔摘 要〕在武钢热轧厂加热炉生产线改造中，我们设计了一种基于PLC和组态软件的在线监控系统。文中详细介绍了采 用PLC和PROFIBUS-DP网络组成生产线监控系统的网络体系结构;并使用组态软件WinCC开发了在线监控程序。实 践证明该监控系统应用方便，实现容易，具有较高可靠性。 〔关扭词〕在线监控;PLC;组态软件 0 概述 钢厂热轧加热炉生产线采用步进式加热炉对冷态或热态钢坯进行炉内步进式运送并加热。钢坯由 人炉辊道间断地送人炉内，炉底步进梁托着钢坯做上升、前进、下降、后退的周而复始的步进运动，钢坯在 炉内作了十几步的步进运动后，达到轧制所需要的温度，由出炉辊道将其送往轧机进行轧制。步进梁的 升降运动由升降缸驱动，前进和后退运动由平移缸驱动。步进梁各个动作的控制全部由PLC控制。在 对整个生产线的改造中，生产工艺控制和现场控制方案由厂方完成，作者主要负责设计生产线的监 控系统，内容包括构建监控通信网络;编制、组态监控程序，完成监控内容的设置。 1 PLC监控通信网络的整体框架 该生产线共采用了3台SIEMENS S5和S7系列的PLC，它们分别控制生产过程的各个生产工序。 各PLC之间通过PROFIBUS网络互连，完成整条生产线的控制。在PLC网络中，连人了两台PC机，作 为工作站。一台用于对整条生产线的工艺流程进行集中控制;另一台用于对生产线设备的运行状况和生 产工艺数据(如油缸的位移、压力等)进行监控。PLC网络采用基于PROFIBUS总线的DP网，连接整个 生产线上的所有PLC和两台PC机，构成现场控制网络，形成整个生产线的通信体系。监控系统的结构 如图1所示。 监控PC 工艺控制PC 终端电阻 终端电阻 1*' PLC S7-315-2DP 2# PLC S5-135U 3 a PLC S5-115U 图1 监控系统的结构简圈 (1)网络方案的选择 选择监控网络方案时，应考虑以下一些因素:整个网络需要连接的现场设备比较多;未来网络扩展的 需求;整个系统直接面向底层控制，需要对生产线的工艺数据和生产线运行状况进行实时监控，并及时做 出处理，因此对网络的通信功能有一定的实时性和可靠性要求;网络构建的简单性和可维护性;设备为同 一公司的产品。综合以上一些因素，方案采用SIEMENS公司的现场网络产品PROFIBUS网。PROFI- BUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设 备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提 供了可行的解决方案[lj。 〔收稿日期]2004-03-31;〔修改稿收到日期〕2004-05-10 「作者简介〕陈四华(1981-)，男，湖北武汉人，硕士，主要从事机一电一液一体化系统设计与仿真、智能控制研究。 238 《冶金自动化》2004年增刊 作为一个主要的自动控制设备供应厂商，SIEMENS公司为生产现场网络提供了完善的解决方案。 PROFIBUS网的通信协议定义中，要求连人网络的现场装置全部微机化，传输的信号为数字信号，其最 大传输速率为12 Mb/s。在数据链路层采用令牌控制和主从控制相结合的数据存取控制方式。总线上 的各控制器作为主站组成逻辑环，通过令牌在主站之间的浮动实现主站间的通信，而各智能传感器、执行 器等只能作为从站，当某主站要求时，才同主站按主从方式与自己交换信息[210 (2)PLC通信模块的选择 SIEMENS PLC装置的种类很多，当不同的PLC连人PROFIBUS网时，需要选择相应的通信模块 来完成通信功能。这些通信模块均内含微处理器，能单独处理通信任务，而无需PLC的CPU提供服务。 通信时，只需要PLC将数据送到通信模块中，即可由通信模块自行完成通信任务。在本生产线中，S5 - 115U,S5-135U选用的通信模块型号为IM308C;而S7-315-2DP中内置了DP通信口，可直接连人网 络。网络的连接电缆采用双绞屏蔽线。网络的末端要加终端电阻。 2 监控系统的软件设计 在监控软件的设计中，我们选用SIEMENS公司的WinCC5. 1作为主要开发工具。在用于监视和控 制的HMI(人机接口)产品中，WinCC具有控制自动化过程的强大功能，它提供成熟可靠的操作和高效 的组态性能。其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能很好地与 SIEMENS系列的PLC无缝连接。用其作为开发工具，具有开发周期短、灵活等优点。 (1)上位机与PLC系统的通信设置 上位机配置西门子通信卡CP5412A2;并安装组态软件WinCC5. 1，用于开发用户程序，建立人机接 口。监控软件要获得现场的数据和对现场发出指令，首先要进行通信组态。在WinCC的变量管理器中 添加PROFIBUS驱动程序，在其标签项下分别建立对应的变量，其地址与PLC的DB,I/O,M区等对应。 (2)人机接口(HMI)软件设计 人机接口主要用组态软件WinCC5. 1进行开发。包括操作监控主画面、泵站监控画面、步进梁动作 监控画面、通信模块、历史数据保存、读盘和打印等几个功能模块。系统操作人员通过HMI发出操作指 令，经由网络送到现场 PLC站，PLC的AO, D()模块与设备总线对液压系统中相关元件进行调节与控制，同时液压系统运 行过程中的状态参数通过设备总线与现场PLC站AI,DI模块经过网络送到监视站。工程技术人员可以 通过工程师站对系统运行环境、参数进行设定、修改和维护。本监控系统可以通过扩展，将运行信息保存 和发送到厂信息中心，供厂级监视诊断中心和远程监视诊断中心使用。 3 结束语 上述系统在武钢热轧厂加热炉生产线上投人应用后，将原来单一分散的系统实现联网集中监控，自 动化程度、管理质量和可靠性大大提高，故障诊断和处理直观，便于维护和使用，减轻了劳动强度，提高了 劳动生产率，取得了良好的经济效果。 〔参 考 文 献〕 [1]黄 俊.PROFIBUS现场总线技术及其应用〔JJ.制造业自动化，2003,25(2);41-44. 「幻张卫东，屠 强.PLC网络及监控系统的应用[Jl.电气传动，2000,(4):58-60. ’ [编辑:耿秀梅] 239