1系統(tǒng)組成

　　某電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備具有良好的可控性，利用PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，系統(tǒng)基本組成如圖1所示,。

　　采用3臺(tái)西門(mén)子公司的SIMATIC S5—115U可編程序控制器控制現(xiàn)場(chǎng)的一次設(shè)備,，程控系統(tǒng)分為3套，依次為＃1補(bǔ)給水處理單元,、＃2補(bǔ)給水處理單元、＃3凝結(jié)水處理單元。

　　操作員站選用兩臺(tái)研華586工控機(jī),，軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用美國(guó)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(bào)警,、圖形數(shù)據(jù)顯示等功能的完整工業(yè)自動(dòng)化軟件，該版本在WINDOWS或WINDOWSNT環(huán)境下運(yùn)行,，采用了圖形用戶界面,，相應(yīng)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(jī)連成網(wǎng)絡(luò),。SNEC L2是令牌總線網(wǎng),，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是雙絞線或光纜。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)總線連接器連到總線網(wǎng)上,，在本系統(tǒng)中,，三臺(tái)PLC之間以及與兩臺(tái)工控機(jī)之間都實(shí)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(diǎn),，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(shí)時(shí)響應(yīng)快和系統(tǒng)危險(xiǎn)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(shè)計(jì)

　　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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)數(shù)增加擴(kuò)展母板，輸入,、輸出模件和存儲(chǔ)器的精細(xì)分級(jí),，使得這種裝置具有較強(qiáng)的配置適應(yīng)能力；通過(guò)通訊處理器和局部網(wǎng),，可方便地實(shí)現(xiàn)PLC之間及與計(jì)算機(jī)的通訊,。

　　SIMATIC S5-115U的編程語(yǔ)言是STEP5，有3種表達(dá)方法,，即控制系統(tǒng)流程圖CSF,，梯形圖LAD和語(yǔ)句表STL.其中語(yǔ)句表STL最接近于機(jī)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(shí)際編程應(yīng)用中全部采用語(yǔ)句表STL.

　　STEP5的最大特點(diǎn)是采用了結(jié)構(gòu)化編程方法,，并提供大量標(biāo)準(zhǔn)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(jiǎn)化,，而且所編程序條理清晰，易于讀懂,、修改和測(cè)試,，這一優(yōu)點(diǎn)尤其在編制大型復(fù)雜程序時(shí)更能顯現(xiàn)出來(lái)。

　　要完成復(fù)雜任務(wù),，可以把整個(gè)程序分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的程序塊,，STEP5有5種塊類(lèi)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(lèi)型塊在此被調(diào)用執(zhí)行。功能塊（FB）用于實(shí)現(xiàn)反復(fù)調(diào)用或者特別復(fù)雜的程序功能,，這些功能塊可以是系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)功能塊的形式提供的,，也可以由用戶自己編制。例如標(biāo)準(zhǔn)功能塊FB242就可以實(shí)現(xiàn)16位二進(jìn)制乘法功能,、FB244可以實(shí)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(shí)可以直接調(diào)用這些功能塊。

　　2.2 SIMATIC S5-115U大型程序的設(shè)計(jì)

　　以本系統(tǒng)＃1補(bǔ)給水處理單元的控制程序?yàn)槔?，在組織塊OB1內(nèi)主要有下面幾條語(yǔ)句,，完成各功能塊的無(wú)條件調(diào)用。

　　JU FB1 （定義PLC1向兩臺(tái)工控機(jī)傳送的數(shù)據(jù)）

　　JU FB2 （定義兩臺(tái)工控機(jī)向PLC1傳送的數(shù)據(jù)）

　　JU FB231 （完成PLC1與兩臺(tái)工控機(jī)之間通訊的基本設(shè)置）

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

　　JU FB4 （實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及無(wú)擾切換功能）

　　JU FB3 （氣動(dòng)門(mén)及電動(dòng)門(mén)控制）

　　JU FB10 （實(shí)現(xiàn)模擬量處理功能）

　　JU FB11 （報(bào)警處理）

　　在FB1,、FB2內(nèi)主要將需要通訊的數(shù)據(jù)分別寫(xiě)入某數(shù)據(jù)塊如DB10的相應(yīng)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(gè)STEP5本身提供的標(biāo)準(zhǔn)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(xiě)一些必要的參數(shù)如接口,、作業(yè)號(hào)等，從而實(shí)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(tái)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制及無(wú)擾切換功能；針對(duì)多個(gè)被控對(duì)象相似的特點(diǎn),，分別編制了幾個(gè)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(shí)間和工控機(jī)畫(huà)面顯示時(shí)間保持一致的問(wèn)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(dòng)程序步指令去控制氣動(dòng)門(mén)、電動(dòng)門(mén)及泵等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,。FB10負(fù)責(zé)所有模擬量的處理,，在此調(diào)用了開(kāi)方功能塊FB5.FB11根據(jù)FB10轉(zhuǎn)換出來(lái)的數(shù)據(jù),，對(duì)模擬量進(jìn)行報(bào)警處理，在此一定要注意模擬量和PLC內(nèi)部數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,，以保證模擬量顯示和報(bào)警的準(zhǔn)確性,。

　　3工控機(jī)監(jiān)控管理軟件的設(shè)計(jì)

　　工控機(jī)監(jiān)控管理軟件在FIX5.5軟件平臺(tái)下完成，F(xiàn)IX55是一個(gè)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(kāi)發(fā)本應(yīng)用軟件時(shí)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(luò),、I/O驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)庫(kù)名稱,、系統(tǒng)啟動(dòng)參數(shù)及初始啟動(dòng)任務(wù)等配置,。Intellution公司和第三方廠商為PLC、I/O卡編寫(xiě)了300多種I/O驅(qū)動(dòng)程序,，如SIEMENS,、OMRON、MODICON,、ABB等公司產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)程序,，并提供I/O驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)工具包，供用戶開(kāi)發(fā)自己的I/O驅(qū)動(dòng)程序,。

　?。?）數(shù)據(jù)掃描、報(bào)警和控制模塊（SAC）：它用來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的掃描,、信號(hào)調(diào)理,、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換，報(bào)警條件判別及實(shí)現(xiàn)遙控輸出等功能,，SAC將處理的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),，或?qū)⑦b控輸出的數(shù)據(jù)送到I/O驅(qū)動(dòng)程序，以便實(shí)現(xiàn)遙控輸出功能,。

　?。?）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊（DATABASE BUILDER）：它提供以交互方式建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和在線顯示/修改實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，它是系統(tǒng)運(yùn)行的主要數(shù)據(jù)來(lái)源,。用戶需要在此做很大一部分工作,，最主要的是填寫(xiě)變量的標(biāo)簽名，從而將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量標(biāo)簽一一對(duì)應(yīng)起來(lái),，以便在其它模塊中調(diào)用此數(shù)據(jù),。在填寫(xiě)變量標(biāo)簽名時(shí)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(yǔ)法要求,，其次按照一定的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)定義標(biāo)簽名,，以便在以后的數(shù)據(jù)查詢及應(yīng)用中提高效率,。

　　（4）繪圖模塊（DRAW）：FIX擁有一個(gè)直觀的,、基于對(duì)象的圖形化用戶接口（GUI）,，它簡(jiǎn)化了圖形開(kāi)發(fā)過(guò)程。為了建立畫(huà)面,，可以用DRAW提供的工具箱（TOOL BOX）生成某些對(duì)象如閥門(mén),、泵、記錄表等,，并定義其動(dòng)態(tài)特性,，即對(duì)象基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)改變狀態(tài)、大小,、顏色,、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等,，例如閥門(mén)的開(kāi)或關(guān),、泵的轉(zhuǎn)或停，這些工作可以在一個(gè)對(duì)話框內(nèi)完成,，主要是將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量標(biāo)簽與相應(yīng)對(duì)象聯(lián)系起來(lái),，從而使對(duì)象狀態(tài)隨著現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)改變。為了減少圖形開(kāi)發(fā)時(shí)間,，Intellution公司還提供了一個(gè)常用設(shè)備對(duì)象的圖形庫(kù),，其中有多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)圖形，可隨時(shí)粘貼到用戶畫(huà)面中,，同時(shí)用戶可以把自己畫(huà)好的常用圖形保存到圖形庫(kù)中,，以方便以后使用。

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

　　4系統(tǒng)功能

　　系統(tǒng)具有上位機(jī)監(jiān)控功能和模擬盤(pán)監(jiān)控功能，兩者互為熱備用方式并列運(yùn)行,。在上位機(jī)畫(huà)面上設(shè)有上位機(jī)手動(dòng),、上位機(jī)自動(dòng)、上位機(jī)監(jiān)視3種工作方式,，方式之間的切換是無(wú)擾動(dòng)的,。

　　當(dāng)系統(tǒng)需要由模擬盤(pán)監(jiān)控時(shí),，上位機(jī)畫(huà)面選擇上位機(jī)監(jiān)視工作方式。此時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)由模擬盤(pán)M/A轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)狀態(tài)決定,，M/A置手動(dòng),，可利用模擬盤(pán)按鍵在模擬盤(pán)上進(jìn)行一對(duì)一手動(dòng)操作。當(dāng)M/A置自動(dòng)時(shí),，系統(tǒng)可由自動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)水處理的自動(dòng)控制,。

　　當(dāng)系統(tǒng)需要由上位機(jī)監(jiān)控時(shí)，可在上位機(jī)畫(huà)面上選擇上位機(jī)手動(dòng)和上位機(jī)自動(dòng)功能,。選擇上位機(jī)手動(dòng)時(shí),，可在上位機(jī)畫(huà)面上實(shí)現(xiàn)就地設(shè)備的一對(duì)一手操。選擇上位機(jī)自動(dòng)時(shí),，可在上位機(jī)畫(huà)面上進(jìn)行自動(dòng)啟?？刂疲詣?dòng)控制程序與模擬盤(pán)自動(dòng)控制功能相同,。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　在大中型生產(chǎn)系統(tǒng)中,，單機(jī)使用可編程控制器的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去，其與工控機(jī)的有機(jī)結(jié)合以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,，大大提高了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制水平和管理水平,，這是必然的趨勢(shì)。