摘要:系統(tǒng)采用DOP作為人機界面,，S7 300-PLC完成過程控制，程控制程序對過程變量實時采集,、數(shù)字整定,、優(yōu)化控制對象、實施在線控制,、應用系統(tǒng)功能塊完成洗梗水溫恒溫控制,，保證洗梗機控制系統(tǒng)可靠工作。

關鍵詞：人機界面,，PLC,，洗梗，過程控制

在煙草制品中,，除煙葉可以加工煙絲外,，加工過程中產生大量煙梗也可以利用，煙梗加工過程中需要去雜質,，恢復柔韌性,，才能利于煙梗切片加工,，處理過程就需要煙梗回潮,。水槽式煙?；爻睓C是梗處理線上的一臺主要設備，它利用循環(huán)恒水溫介質將煙梗進行凈化處理,。設備主要由洗梗箱體,、管路系統(tǒng)、輸送網(wǎng)帶和水分控制四部分,。整個水分過程控制主要由水溫,、煙梗水中停留時間、壓縮空氣吹水量來控制水分達到工藝要求,。

根據(jù)設備工作的需要,，我們設計基于DOP人機界面的PLC洗梗機控制系統(tǒng)必須保證洗梗機水份達到工藝要求，本系統(tǒng)DOP人機界面作為觸摸顯示屏,，采用S7-300 PLC作為控制主機,，組成控制系統(tǒng)，構成系統(tǒng)可以完成水溫的模擬量閉環(huán)控制,，水位的數(shù)字量閉環(huán)控制,，循環(huán)水流速度可調節(jié)開環(huán)控制，上下游水位的聯(lián)鎖控制,。系統(tǒng)工作穩(wěn)定控制精度高,，滿足系統(tǒng)工藝要求。

1 控制系統(tǒng)的硬件組成

洗梗機硬件系統(tǒng)主要由四部分組成,，第一部分是人機界面,，系統(tǒng)選用中達電通公司的DOP—AE80THTD觸摸屏，AE80觸摸屏有65536色,，32位RISC微處理器,，32M存儲器，512K斷電保持,，USB編程,。有3個串行通訊口，RS232/RS422/RS485三種通訊接口可供選擇,，考慮我們用S7-312C直接通訊，我們用RS485接口,，觸摸屏完成系統(tǒng)顯示和控制以及系統(tǒng)控制參數(shù)調整,，溫度變化趨勢圖、故障報警等任務,。第二部分過程控制部分的PLC由S7-312-5BOO-OABO完成,，它有1O個數(shù)字量輸入,，個數(shù)字量輸出，可以滿足本系統(tǒng)的數(shù)字量需要,，除CPU312C外需要通過硬件組態(tài)配置一個模擬量輸入模塊6ES7331-7KFO2-OABO,，它是8路12bit擬量A/D轉換模塊，12位控制精度可以滿足本系統(tǒng)要求,，8路輸入可以可以配置成3路溫度鉑電阻PT100輸入,0～10V電壓輸入供變頻器輸入速度信號,，經(jīng)轉化量顯示水流速度。一個模擬量輸出模塊6ES7332-5HB01-OABO,它是4路12位模擬輸出模塊系統(tǒng)一路輸出4～20mA控制氣動薄膜調節(jié)閥,，通過閥門開度控制水箱溫度恒定,。第三部分是系統(tǒng)輸入檢測器，數(shù)字量輸入完成基本起停聯(lián)鎖以及水位控制,。模擬量輸入溫度檢測,，由pTl00傳感器完成3路溫度信號檢測，供水箱溫度閉環(huán)控制,。一路電壓輸入,，輸入變頻器輸出頻率，經(jīng)系統(tǒng)轉化為數(shù)字信號供觸摸屏顯示水流速度,。第四部分是執(zhí)行器,，主要控制系統(tǒng)上下游聯(lián)鎖輸出信號，水流變頻器起停,。加水電磁閥控制水位,，入水加溫電磁閥控制入水溫度。保溫氣動薄膜調節(jié)閥,，完成水箱溫度的恒溫控制,。具體組成見圖1。

2 DOP觸摸屏與西門子PLC通訊

西門子S7-312C PLC通訊口只有MPI接口,，不具有標準的RS232和RS485接口,，通常觸摸屏只連接西門子自己的觸摸屏，用自己的MPI接口,，但西門子觸摸屏價格較高,，有時考系統(tǒng)性價比，選用其它品牌,，這樣通訊協(xié)議設定就需要多一些技術,，通常采用西門子公司PC-MPI轉接電纜連接，這樣簡單可靠但成本較高,，硬件安裝多個轉換盒,，安裝不方便。本系統(tǒng)采用直接連接,，協(xié)議設定就尤其重要,，具體設置過程如下：首先通訊速率：19200,，8,EVEN,1.（RS485）；然后PLC站號：最后是控制區(qū)/狀態(tài)區(qū)：DBWO/DBW20,。需要注意事項的有此驅動只能用于1臺DOP人機界面連1臺PLC,；PLC通訊速率需改為19200，（8,EVEN,1.）,；不可使用2個通訊口都用,；DOP站號需設為O～15，若超過此范圍,，則通訊協(xié)議自動改為15,；沒有接連接電纜時，DOP人機界面約5s后,，會顯示Error message,。若接上連接電纜時，DOP人機界面需重新送電,，才能連上通訊成功,；送電后，因DOP需接受PLC通知后方可連上,。故第1次聯(lián)機所需時間較長,，正常情況下，應在5s內連上,；此協(xié)議為多段來回的通訊（1個命令需DOP HMI與PLC通訊多次,，方可完成）。故通訊速度較一般控制器慢,。但與S7-300使用PC adapter速度基本相同,。具體DOP觸摸屏與PLC硬件接線如圖2。

3 模擬量模塊的設計

3.1 模擬量模塊的設置

在洗梗機水分控制部分中,，選用SM331,，模擬量輸入模塊是將模擬信號轉換為CPU內部處理用的數(shù)字信號，其主要組成是A/D轉換器,。一般模擬由變送器輸出標準直流電壓,、直流電流信號。SM331可以直接連接不帶變送器的溫度傳感器,，這樣不用溫度變送器,，不但節(jié)約硬件成本，而且減少故障點,。但直接連接傳感器需要對測量范圍進行設置,。S7331-7KFO2-OABO模擬量模塊的輸入類型用模塊側面的量程卡來設置。量程卡安裝在模擬模塊側面，每2個通道一組,，8個通道4個量程卡，當設定為溫度時,，2個通道為1路輸入,。供貨時通常設置在默認的B位置（±10V）。需要設定3路溫度檢測,，根據(jù)資料A為溫度傳感器輸入,。所以使用改錐，將量程卡從模擬量輸入模塊中松開,，再將量程卡選好位置A指向模塊標記點,，插入量程卡。系統(tǒng)將3塊量程卡設為A,，第四塊不變仍為B,，這樣完成3路溫度、2路電壓輸入的量程卡設置,。硬件設置完后要進行聯(lián)機進入STEP7中硬件設置中選擇模擬量量程,，具體STEP7中模擬量輸入模塊量程設置如圖3。

3.2 模擬值模塊轉換,、循環(huán)和響應時間

轉換時間由基本轉換時問和模塊的測試及監(jiān)控處理時間組成,。基本轉換時間直接取決于模擬量輸入模塊的轉換方法（積分方法,，瞬時值轉換）,。模擬量輸入通道的掃描時間，即模擬量輸入值本次轉換到下一次轉換時所經(jīng)歷的時間,，是指模擬量輸入模塊的所有激活模擬量輸入通道的轉換時間總和,。模擬量輸出通道的轉換時間由兩部分組成：數(shù)字量數(shù)值從CPU存儲器傳送到輸出模塊的時問和模擬量模塊的數(shù)一模轉換時間。模擬量輸出通道也是順序轉換,，即模擬量輸出通道依次轉換,。掃描時間，即模擬量輸出值本次轉換到再次轉換時所經(jīng)歷的時間,，是指模擬量輸出模塊的所有激活的模擬量輸出通道的轉換時間總和,，所以可以通過在STEP7中禁用所有沒有使用的模擬量通道，來降低I/O掃描時間,。

3.3 連接傳感器至模擬量輸入

根據(jù)測量方法的不同,，我們可以將電壓或電阻等不同類型的傳感器連接到模擬量輸入模塊。為了減少電磁干擾,，對于模擬信號應使用屏蔽雙絞電纜,，并且模擬信號電纜的屏蔽層應該兩端接地。如果電纜兩端存在電位差,，將會在屏蔽層中產生等電勢耦合電流,，造成對模擬信號的干擾,。在這種情況下，應該讓電纜的屏蔽層一端接地,。對于帶隔離的模擬量輸入模塊,，在CPU的M端和測量電路參考點MANA（一般是端子10和11）之間沒有電氣連接。如果參考電壓UN和CPU的M端存在一個電位差UISO,必須選用隔離模擬輸入模塊,。通過在MANA端子和CPU的M端子之間使用一根等電位連接導線,，可以確保UISO不會超過允許值。如果使用的傳感器是非隔離傳感器,，在輸入通道的測量線M-和測量電路的參考點MAA之間會發(fā)生有限電位差UCM（共模電壓）,。為了防止超過允許值，在測量點之間必須使用等電勢連接導線,。

4 溫度控制程序功能塊設計

STEP7程序允許在線和離線編輯程序,，首先創(chuàng)建OB1系統(tǒng)組織塊，然后創(chuàng)建定時中斷組織塊OB35,在OB35中調用溫度控制功能塊FB58,，調用FB58前提是在STEP7中安裝標準庫（Standard Library）,調用過程是打開OB35→點擊View→點擊Overview→點擊右側Library→點擊Standard Librar→點擊PID Control Blocks→點擊FB58溫度控制功能塊,，在輸入?yún)?shù)時，輸入背景數(shù)據(jù)庫DB1,。DB1作為OB35背景數(shù)據(jù)庫,，背景數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)結構是由系統(tǒng)自動生成，用戶不能修改,，必須按標準庫中的數(shù)據(jù)格式要求輸入數(shù)據(jù),，在背景數(shù)據(jù)庫中還有一些系統(tǒng)控制參數(shù)設定，有些控制參數(shù)也可以在背景數(shù)據(jù)庫中修改,，打開背景數(shù)據(jù)庫DB1,選擇參數(shù)視圖,，就可以修改參數(shù)如：采樣周期、PID參數(shù),、上下限,、脈沖輸出等。

在OB35中調用FB58功能,，輸入響應控制量,、數(shù)字量及模擬量等，當參數(shù)輸入完成,，系統(tǒng)就可以運行程序,。在程序調用LAD顯示當中有十幾個輸入中可以選擇必須的輸入，有些必須輸入,，有些可以用系統(tǒng)默認值,，在本系統(tǒng)啟動后輸出M6.0,啟動FB58。設定值用變量SP＿INT是浮點數(shù)格式必需輸入，通過觸摸屏輸人數(shù)據(jù)MW2,MW2轉化成浮點數(shù)MD6中,，MD6作為SP＿INT,；過程變量輸入用PV＿PER（外圍過程控制變量）輸入外圍設備（I/O）格式過程變量，即用S7—331—7KF02模擬量輸入模塊的PIW258的數(shù)字值作為過程變量,，如果將此數(shù)據(jù)轉化為浮點數(shù),，即可輸入PV＿IN，梯形圖中程序PV＿IN和PV＿PER輸入1個即可,，輸入PV＿PER即簡單又減少轉化控制程序的編寫，在控制功能塊中,，一般常輸入PV＿PER在功能塊中將PV＿PER轉化為浮點數(shù)PV＿IN,，用設定值SP＿INT減去PV＿IN就是誤差。在系統(tǒng)中參與PID控制,。功能塊還有手動功能,，當外界條件不滿足自動工作條件可以用手動控制工作，具體是將其中MAN＿ON設置為M1.O,當M1.0為1時,，可以將設定觸摸屏設定手動輸出數(shù)據(jù)MD10,設定MAM為MD10中,，LMN＿PER過程輸出直接輸出控制值?！?br />
控制器有7個輸出可以作為系統(tǒng)控制的控制輸出和顯示用輸出,，其中主要利用PV格式化過程變量，可以作為蒸氣調節(jié)閥閥開度顯示,。LMN＿PER是I/O格式的控制量輸出值,，這里直接輸出到PQW272，在模擬量輸出端輸出4～10mA控制氣動薄膜調節(jié)閥,。功能模塊還有QLMN＿HLM,、QLMN＿LLM上下限報警。這樣功能塊程序設計基本完成,。溫度控制功能塊編程界面如圖4,。

5 結束語　

DOP人機界面美觀大方、具有直觀的圖形化界面,、操作簡單,、使用方便，把復雜生產線監(jiān)控變得簡單明了,，大大減少了勞動強度,，在洗梗機控制系統(tǒng)的生產實踐表明，該系統(tǒng)各項功能滿足生產需要,，提高了生產效率,。應用DOP人機界面完成的梗絲水溫自動控制系統(tǒng)，從而保證梗絲的水份在合格范圍內。
　
參考文獻

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