1系統(tǒng)組成

　　某電廠化學水處理系統(tǒng)基礎設備具有良好的可控性,，利用PLC和工業(yè)控制計算機對其進行實時監(jiān)控管理,，系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

　　采用3臺西門子公司的SIMATIC S5—115U可編程序控制器控制現(xiàn)場的一次設備,，程控系統(tǒng)分為3套,，依次為＃1補給水處理單元,、＃2補給水處理單元、＃3凝結(jié)水處理單元,。

　　操作員站選用兩臺研華586工控機,，軟件開發(fā)平臺選用美國Intellution公司的FIX5.5組態(tài)軟件。FIX5.5是一種能完成數(shù)據(jù)采集及控制,、報警,、圖形數(shù)據(jù)顯示等功能的完整工業(yè)自動化軟件，該版本在WINDOWS或WINDOWSNT環(huán)境下運行，采用了圖形用戶界面,，相應其內(nèi)部的圖形處理是基于第三代圖形技術(shù),。

　　數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用SINEC L2網(wǎng)，它把SIMATIC系列可編程序控制器以及工控機連成網(wǎng)絡,。SNEC L2是令牌總線網(wǎng),，網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)是雙絞線或光纜。每個節(jié)點通過總線連接器連到總線網(wǎng)上,，在本系統(tǒng)中,，三臺PLC之間以及與兩臺工控機之間都實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通訊。

　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點,，即控制功能分散,，操作管理集中?？刂乒δ芊稚⒁馕吨到y(tǒng)實時響應快和系統(tǒng)危險分散,，操作管理集中便于集中管理，方案配置還具有冗余特性,。

　　2 PLC及其程序設計

　　2.1 SIMATIC S5-115U硬件組成及編程概要

　　可編程序控制器SIMATIC S5-115U采用標準的模塊式結(jié)構(gòu),，電源、CPU,、各種I/O模件都插在一塊母板上,，并可以根據(jù)不同的I/O點數(shù)增加擴展母板，輸入,、輸出模件和存儲器的精細分級,，使得這種裝置具有較強的配置適應能力；通過通訊處理器和局部網(wǎng),，可方便地實現(xiàn)PLC之間及與計算機的通訊,。

　　SIMATIC S5-115U的編程語言是STEP5，有3種表達方法,，即控制系統(tǒng)流程圖CSF,，梯形圖LAD和語句表STL.其中語句表STL最接近于機器內(nèi)部的控制程序，功能也比前兩種方法豐富得多,，因此在本系統(tǒng)實際編程應用中全部采用語句表STL.

　　STEP5的最大特點是采用了結(jié)構(gòu)化編程方法,，并提供大量標準功能塊如乘法功能塊FB242、通訊功能塊FB244等,，使得編程工作大大簡化,，而且所編程序條理清晰，易于讀懂,、修改和測試,，這一優(yōu)點尤其在編制大型復雜程序時更能顯現(xiàn)出來,。

　　要完成復雜任務，可以把整個程序分成一個個獨立的程序塊,，STEP5有5種塊類型,，即組織塊（OB）、程序塊（PB）,、順序塊（SB）,、功能塊（FB）和數(shù)據(jù)塊（DB），其中組織塊（OB）用以管理用戶程序,，形成了操作系統(tǒng)和控制程序之間的接口,，所有其它類型塊在此被調(diào)用執(zhí)行。功能塊（FB）用于實現(xiàn)反復調(diào)用或者特別復雜的程序功能,，這些功能塊可以是系統(tǒng)以標準功能塊的形式提供的,，也可以由用戶自己編制。例如標準功能塊FB242就可以實現(xiàn)16位二進制乘法功能,、FB244可以實現(xiàn)CPU與通訊處理器之間的數(shù)據(jù)傳送,，用到這些功能時可以直接調(diào)用這些功能塊。

　　2.2 SIMATIC S5-115U大型程序的設計

　　以本系統(tǒng)＃1補給水處理單元的控制程序為例,，在組織塊OB1內(nèi)主要有下面幾條語句,，完成各功能塊的無條件調(diào)用。

　　JU FB1 （定義PLC1向兩臺工控機傳送的數(shù)據(jù)）

　　JU FB2 （定義兩臺工控機向PLC1傳送的數(shù)據(jù)）

　　JU FB231 （完成PLC1與兩臺工控機之間通訊的基本設置）

　　JU FB232 （完成PLC1與PLC2,、PLC3之間通訊的基本設置）

　　JU FB4 （實現(xiàn)自動控制及無擾切換功能）

　　JU FB3 （氣動門及電動門控制）

　　JU FB10 （實現(xiàn)模擬量處理功能）

　　JU FB11 （報警處理）

　　在FB1,、FB2內(nèi)主要將需要通訊的數(shù)據(jù)分別寫入某數(shù)據(jù)塊如DB10的相應位，由此才能與通訊處理器中的變量取得一致,。在FB231中調(diào)用兩個STEP5本身提供的標準功能塊FB244（發(fā)送數(shù)據(jù)）,、FB245（接收數(shù)據(jù)），再根據(jù)通訊處理器填寫一些必要的參數(shù)如接口,、作業(yè)號等,，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。在FB232內(nèi)按照通訊處理器分配的數(shù)據(jù)位,，定義3臺PLC之間需要傳送的數(shù)據(jù)。在FB4內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程要求及操作規(guī)范,，充分利用其它功能塊及I/O模塊傳送的數(shù)據(jù),，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制及無擾切換功能；針對多個被控對象相似的特點,，分別編制了幾個有代表性的功能塊FB20,、FB30、FB40,，例如在FB4內(nèi)多次調(diào)用了FB20以便解決PLC內(nèi)某程序步時間和工控機畫面顯示時間保持一致的問題,，而且FB20內(nèi)又調(diào)用了乘法功能塊FB244.FB3根據(jù)FB4發(fā)出的自動程序步指令去控制氣動門、電動門及泵等現(xiàn)場設備。FB10負責所有模擬量的處理,，在此調(diào)用了開方功能塊FB5.FB11根據(jù)FB10轉(zhuǎn)換出來的數(shù)據(jù),，對模擬量進行報警處理，在此一定要注意模擬量和PLC內(nèi)部數(shù)字量的對應關(guān)系,，以保證模擬量顯示和報警的準確性,。

　　3工控機監(jiān)控管理軟件的設計

　　工控機監(jiān)控管理軟件在FIX5.5軟件平臺下完成，F(xiàn)IX55是一個高精度模塊化的軟件系統(tǒng),，包括十幾種軟件模塊,，在此主要介紹開發(fā)本應用軟件時所用到的幾種軟件模塊。

　?。?）系統(tǒng)配置模塊（SCU）：它主要完成網(wǎng)絡,、I/O驅(qū)動程序、數(shù)據(jù)庫名稱,、系統(tǒng)啟動參數(shù)及初始啟動任務等配置,。Intellution公司和第三方廠商為PLC、I/O卡編寫了300多種I/O驅(qū)動程序,，如SIEMENS,、OMRON、MODICON,、ABB等公司產(chǎn)品的驅(qū)動程序,，并提供I/O驅(qū)動程序開發(fā)工具包，供用戶開發(fā)自己的I/O驅(qū)動程序,。

　?。?）數(shù)據(jù)掃描、報警和控制模塊（SAC）：它用來實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的掃描,、信號調(diào)理,、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換，報警條件判別及實現(xiàn)遙控輸出等功能,，SAC將處理的現(xiàn)場數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫,，或?qū)⑦b控輸出的數(shù)據(jù)送到I/O驅(qū)動程序，以便實現(xiàn)遙控輸出功能,。

　?。?）實時數(shù)據(jù)庫管理模塊（DATABASE BUILDER）：它提供以交互方式建立實時數(shù)據(jù)庫和在線顯示/修改實時數(shù)據(jù)庫的功能，它是系統(tǒng)運行的主要數(shù)據(jù)來源,。用戶需要在此做很大一部分工作,，最主要的是填寫變量的標簽名，從而將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的變量標簽一一對應起來,，以便在其它模塊中調(diào)用此數(shù)據(jù),。在填寫變量標簽名時既要講究規(guī)范性又要有技巧性,，首先需要遵循FIX軟件的語法要求，其次按照一定的分類標準定義標簽名,，以便在以后的數(shù)據(jù)查詢及應用中提高效率,。

　　（4）繪圖模塊（DRAW）：FIX擁有一個直觀的,、基于對象的圖形化用戶接口（GUI）,，它簡化了圖形開發(fā)過程。為了建立畫面,，可以用DRAW提供的工具箱（TOOL BOX）生成某些對象如閥門,、泵、記錄表等,，并定義其動態(tài)特性,，即對象基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)改變狀態(tài)、大小,、顏色,、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)、移動等,，例如閥門的開或關(guān),、泵的轉(zhuǎn)或停，這些工作可以在一個對話框內(nèi)完成,，主要是將實時數(shù)據(jù)庫中的變量標簽與相應對象聯(lián)系起來,，從而使對象狀態(tài)隨著現(xiàn)場數(shù)據(jù)改變。為了減少圖形開發(fā)時間,，Intellution公司還提供了一個常用設備對象的圖形庫,，其中有多種國際標準圖形，可隨時粘貼到用戶畫面中,，同時用戶可以把自己畫好的常用圖形保存到圖形庫中,，以方便以后使用。

　?。?）顯示模塊（VIEW）：它的主要功能是動態(tài)顯示由DRAW建立的畫面,，可以在多幅畫面間切換、改變畫面形態(tài),、輸入數(shù)據(jù),、實現(xiàn)監(jiān)控等，這就是提供給用戶的實際操作畫面,。

　　4系統(tǒng)功能

　　系統(tǒng)具有上位機監(jiān)控功能和模擬盤監(jiān)控功能，兩者互為熱備用方式并列運行,。在上位機畫面上設有上位機手動,、上位機自動,、上位機監(jiān)視3種工作方式，方式之間的切換是無擾動的,。

　　當系統(tǒng)需要由模擬盤監(jiān)控時,，上位機畫面選擇上位機監(jiān)視工作方式。此時系統(tǒng)狀態(tài)由模擬盤M/A轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)決定,，M/A置手動,，可利用模擬盤按鍵在模擬盤上進行一對一手動操作。當M/A置自動時,，系統(tǒng)可由自動程序?qū)崿F(xiàn)水處理的自動控制,。

　　當系統(tǒng)需要由上位機監(jiān)控時，可在上位機畫面上選擇上位機手動和上位機自動功能,。選擇上位機手動時,，可在上位機畫面上實現(xiàn)就地設備的一對一手操。選擇上位機自動時,，可在上位機畫面上進行自動啟?？刂疲詣涌刂瞥绦蚺c模擬盤自動控制功能相同,。

　　5結(jié)束語

　　在大中型生產(chǎn)系統(tǒng)中,，單機使用可編程控制器的時代已經(jīng)過去，其與工控機的有機結(jié)合以及計算機網(wǎng)絡的應用,，大大提高了生產(chǎn)現(xiàn)場的自動化控制水平和管理水平,，這是必然的趨勢。