現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在玻璃配料系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
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該系統(tǒng)具有手動(dòng)工作方式、自動(dòng)工作方式(PLC控制)、和在計(jì)算機(jī)監(jiān)控狀態(tài)下的全自動(dòng)工作方式三種。自動(dòng)配料時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)秤量站對(duì)料倉(cāng)中的物料重量進(jìn)行秤量，系統(tǒng)根據(jù)配方要求使用“減量法”控制排料，減量法排料值為配方值，采用兩次秤量的方式，當(dāng)滿足排料值時(shí)停止排料。排料同時(shí)啟動(dòng)傳輸皮帶機(jī)，將物料送到混合倉(cāng)混合，混合時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)加水系統(tǒng)進(jìn)行定時(shí)加水。混合達(dá)到要求后由原熔皮帶機(jī)將混合料送到窯頭料倉(cāng)。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)這樣一次次循環(huán)來(lái)完成配料任務(wù)。
3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制組成
以S7-300 PLC為中心，上位機(jī)與 PLC之間采用MPI網(wǎng)絡(luò)連接，PLC與高精度稱重儀表之間由PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接，稱重儀表是系統(tǒng)中的一個(gè)從站，PANTHER儀表將通過(guò)專用的PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口完成與SIEMENS的PLC的網(wǎng)絡(luò)化連接。自動(dòng)配料系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成如圖3所示:
圖3 自動(dòng)配料系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
系統(tǒng)采用STEP V5.2進(jìn)行硬件組態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控、配方管理以及數(shù)據(jù)的采集和記錄等功能。PLC的邏輯處理器選用西門子公司的S7-315 2DP的CPU，該CPU本身帶一個(gè)MPI通信接口和一個(gè)PROFIBUS-DP接口。上位機(jī)對(duì)下位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理，對(duì)配方、打印和統(tǒng)計(jì)，傳送稱量配方給下位機(jī)，啟動(dòng)稱量操作，用監(jiān)控軟件監(jiān)視下位機(jī)的各運(yùn)行狀態(tài)，下位機(jī)分別對(duì)配料系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制。
安裝在PC上的STEP7編程軟件通過(guò)MPI與PLC通信，但是這些通信協(xié)議并未公開，因此需采用西門子公司提供的PRODAVE工具箱。PRODAVE的動(dòng)態(tài)鏈接數(shù)據(jù)庫(kù)(DLL)提供了大量的基于windows操作系統(tǒng)的DDL函數(shù)，供用戶解決PLC與PC間的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理問(wèn)題。上位機(jī)用通信函數(shù)直接讀寫PLC中的數(shù)據(jù)，而不用編寫PLC一側(cè)的通信程序。
PROFIBUS-DP接口負(fù)責(zé)與稱重儀表通訊，將稱重?cái)?shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)及時(shí)的輸送到主控制站。稱重儀表采用應(yīng)用較廣的PANTHER稱重終端，此儀表通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)接線盒采集稱重?cái)?shù)據(jù)，其自帶的PROFIBUS-DP接口可方便的完成與PLC的通訊。
3.4 系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸入模塊，接收控制現(xiàn)場(chǎng)和操作按鈕信號(hào)以及馬達(dá)狀態(tài)反饋信號(hào)，開關(guān)量輸出模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)馬達(dá)、氣缸、電磁閥、指示燈的啟停控制，模擬量輸出模塊控制現(xiàn)場(chǎng)秤量站給料機(jī)喂排料的速度。稱重儀表的稱量結(jié)果通過(guò)PROFIBUS-DP總線傳送至處理器。處理器根據(jù)接收到的按鈕信號(hào)、狀態(tài)反饋信號(hào)、稱量值信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算，發(fā)出對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制信號(hào)，整個(gè)系統(tǒng)即以預(yù)定的程序自動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)控制軟件流程如圖4所示:
圖4 配料控制系統(tǒng)軟件流程
3.5 系統(tǒng)特點(diǎn)分析
(1) 由于控制結(jié)構(gòu)上采用了FCS，與傳統(tǒng)的DCS相比節(jié)約了許多硬件設(shè)備。使用FCS可以減少1/2~2/3的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O機(jī)柜，這樣就節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間;同時(shí)減少大量電纜，使施工、調(diào)試大大簡(jiǎn)化。
(2) 現(xiàn)場(chǎng)總線可從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿足工廠自動(dòng)化及CIMS系統(tǒng)的信息集成要求。現(xiàn)場(chǎng)總線是數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，它不單純?nèi)〈?-20mA信號(hào)，還可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。因此提高了控制系統(tǒng)的精度和可靠性。
(3) 由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力，并通過(guò)數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，連線簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量。
(4) 系統(tǒng)采用STEP7軟件統(tǒng)一編程和組態(tài)，使系統(tǒng)的調(diào)試更為簡(jiǎn)單方便，同時(shí)大大降低了系統(tǒng)維護(hù)的工作強(qiáng)度。
4 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)采用了現(xiàn)場(chǎng)總線這一開放的，具有可互操作的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)各控制器及儀表設(shè)備互連起來(lái)，構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，同時(shí)控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，降低了調(diào)試、安裝和維護(hù)費(fèi)用。該系統(tǒng)在梅特勒－托利多稱重配料諸多項(xiàng)目上投入使用，其運(yùn)行狀況良好，通訊和控制穩(wěn)定可靠，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域中有很大的推廣價(jià)值。
評(píng)論