基于PLC和INTOUCH的廠務監控系統設計

　　摘 要：本設計是根據某大型工廠的工藝要求，設計的使用PLC和INTOUCH相結合的廠務監控系統。整套系統用PLC進行控制，INTOUCH編輯圖控軟件進行監控。介紹了系統總體結構，PLC硬件的選擇，下位程序的各個功能模塊。上位程序使用INTOUCH編輯，描述了圖控軟件的主要功能。該系統功能齊全，運行高效準確，操作方便，提高了該廠自動化水平。
　　關鍵詞：PLC INTOUCH 廠務監控系統
　　中圖分類號：F326.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(b)-0000-00
　　
　　引言
　　現代化的大型工廠工藝復雜，設備繁多。要保證這樣的工廠正常生產，單靠人工操作很難滿足其可靠而高效的要求。因此，采用計算機進行監視和控制，對保證工廠的正常生產起著十分重要的作用。在PLC和INTOUCH的支持下，龐大而復雜的生產流程被形象的放到計算機上。管理人員可以一目了然的看到，生產相關的各個關鍵環節。重要的數據被圖形畫面顯示出來，管理人員可以據此判斷，該工藝段是否運轉正常。也可以遠程操作設備，方便高效。更重要的是，某些關鍵的生產環節，計算機可以實時追蹤變化，精準而快捷。
　　下面以一個食品工廠為實例，說明如何使用PLC和INTOUCH設計該廠的廠務監控系統。
　　
　　1系統概述
　　以該工廠一個車間為說明對象。按照功能分為以下幾個系統：蒸汽、水、空壓、棕油、油清洗、空調系統等。整套系統工藝復雜，儀器儀表眾多，因此硬件選用西門子公司的S7-300系列，上位組態選用INTOUCH完成。S7-300系列適合中小規模系統，模塊種類豐富，分布式結構和多界面網絡能力，使其應用十分靈活，擴展和集成功能強大，易于操作、編程和維護[1]。
　　
　　2系統總體結構
　　本系統由上位工控機和下位機PLC為核心進行遠程集中監測、控制、自動報警、短信報警等。該廠務監控系統，主要由兩臺裝有西門子S7-300可編程控制模塊的控制柜組成，它們集中安放在監控點位密集的車間內，之間通過profibus總線連接。主控制柜裝有以太網模塊，通過轉換由光纖與控制室的交換機相連，并由此與工控機相連接。
　　各個系統所配置的儀器儀表進行現場數據采集。它們通過電纜與PLC控制柜相連接。PLC控制柜的位置應盡量靠近各個采樣點的儀表，取在距離折中的位置，以保證模擬信號盡量少的損失。使用step-7編寫PLC的下位程序，用INTOUCH編譯圖控界面。PLC模塊就可以進行數據轉換和處理，而管理人員則可以通過圖控界面監視各個點位的數據，控制現場的各執行裝置，保證工藝穩定可靠的完成[2]。
　　
　　3儀表的選用
　　測量連續數據的儀表，溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、浮球式液位變送器、射頻導納液位計，渦輪流量計，渦街流量計等。這些儀表的輸出信號除空調溫度傳感器是NI1000熱電阻輸出，其余采用4-20mA兩線制輸出。
　　采集限位值的各種開關，差壓開關、流量開關、浮球式液位開關等。還有氣動/電動式比例控制閥、氣動/電動開關閥等。
　　傳感器將這些采集轉換來的物理量和電氣量參數，以模擬量或者數字量的形式送給 PLC 進行處理和運算，將運算結果轉化成控制量進行輸出或者直接輸出報警信號[3]。
　　各儀表和閥門的電源，由所屬PLC控制柜集中提供。
　　
　　4PLC硬件系統設計
　　按照設計要求統計所需的儀表，并對其分類，確定模塊種類和數量。編寫儀表統計點位表，表中包括信號類型、工位號、控制說明、信號類型、PIW地址、數據存儲地址等，可以隨著設計深入根據需要擴充。
　　PLC控制柜分為主從兩個，通過Profibus總線連接。CPU選擇帶Profibus接口的315-2DP，放在主控柜內。
　　需接入主控柜的模擬輸入點共64個，按照預留20%冗余計算，應該配置77個點。儀表的輸出類型也有兩種，Ni1000和4-20mA信號，因此選用通用型AI模塊，每個模塊可以提供8個點位，因此需要配置10個模塊才能滿足設計要求。
　　除了AI模塊，主PLC控制柜還需要配置8通道的AO模塊2個，32位DI模塊2個，16位DI模塊1個，32位DO模塊1個。帶以太網接口的CP343-1模塊1個，IM-153-1模塊2個，PS307-5A電源模塊3個。各種模塊共計23個， 因為530mm的導軌長度有限，所以將所有模塊分為3個模組，通過profibus總線相連。
　　從控制柜有PS307-5A電源模塊2個，IM-153-1模塊2個，AI模塊5個，AO模塊2個，32位DI模塊2個，16位DI模塊1個，32位DO模塊1個，共分為2個模組，通過IM153-1與主控制柜CPU連接。
　　系統軟件
　　
　　5PLC控制系統軟件
　　 本系統采用Siemens的SIMATIC Manager STEP7對進行下位機的編程
　　5.1配置硬件
　　 PLC控制柜組裝完成后，首先需要通過軟件配置其硬件構成，即HW Config。根據模塊的實際位置，配置應該與之對應。在這里，設置各個模塊的基本參數。
　　5.2PLC控制軟件
　　控制軟件根據工藝要求設計以下功能： 4-20mA模擬量信號轉換；熱電阻信號轉換；馬達的啟停；，比例控制閥的PID 調節；流量計的累計等。程序代碼采用梯形圖（LAD）。梯形圖編程比較直觀，邏輯規則也容易梳理[4]。
　　
　　6上位圖控軟件
　　圖控軟件采用Intouch編輯。軟件按照各個建筑物分類，各建筑物內又按照系統功能分類，用戶可以很方便地監視和控制。
　　各個建筑物的系統參數實時監控。各系統內的溫度、濕度、壓力、流量、供電參數等直觀動態的顯示在畫面上。用戶可以方便的查到所需數據。實現了生產過程的實時管理和系統的可視化[5] 。圖1為蒸汽系統界面圖。
　　軟件設計了流量累計程序。對每個流量計進行時累計、天累計和總累計的記錄。同時設置了手動清零功能。方便用戶記錄資源的消耗情況。
　　
　　
　　參量超限報警及故障診斷。軟件對該工程的各個系統參量都設置了超限報警。包括溫度、壓力、液位、差壓和各個設備的運行狀態等。系統運行過程中一旦參量值超限，Intouch可實現聲音報警和動態畫面提示，即時產生報警報表。報表包含報警時間、日期、名稱、類型、報警參量值、報警時的值、報警組等信息，方便查找。對關鍵部位設置了短信報警，可以及時通知相關管理人員，從而保證生產的安全可靠。
　　保存歷史數據?？梢圆檎页鏊羞B接儀表的歷史參數和各個設備的運行狀態。也可以顯示人工操作的歷史記錄。歷史曲線反映了它們的運行狀態和變化趨勢。以備工作人員隨時查閱、分析。也可以將歷史數據提取，通過Excel報表腳本輸出制作數據報表。
　　實現對各執行裝置的遠程控制。包括風機、空壓機、各種泵的啟停和閥門的開關、。通過現場電氣控制柜的轉換開關，實現現場和遠程控制。其狀態反映在圖控界面中。遠程控制狀態下，可在上位機實現設備的遠程手動與自動運行控制。
　　對精確控制點位，用PID控制比例調節閥自動追蹤。
　　本程序還根據氣候變化設置了冬夏季兩套預制程序，實現一鍵切換。對環境變化影響生產環境的變化，可以迅速而有效地作出反應。
　　監控程序設置了操作人員的使用權限。系統由專人負責，保證了生產安全可靠的進行。
　　
　　結論
　　本監控系統通過PLC和Intouch結合完成系統設計。具體總結為以下幾個方面：
　?。?）該工程系統較龐大，點位眾多，確定了使用Siemens的S7-300系列。描述了系統的總體結構。
　?。?）簡述了現場所用儀表和閥門的種類。
　?。?）詳細介紹了PLC硬件系統的選型，模塊數量和種類，及配置方式。
　?。?）PLC的軟件部分，包含硬件配置和各個功能模塊。
　　（5）詳細描述了使用Intouch編寫的上位圖控軟件所包含的功能。
　　通過強大的Siemens S7-300系統，使用STEP7編寫的軟件實現各個系統功能。Intouch編寫的圖控軟件，使用戶方便的監視和控制各個系統的運轉狀況。該廠務監控系統功能齊全，運行穩定，工作人員可以對各個工藝系統的變化迅速反應，提高了工廠的自動化水平，大大節省了人力物力，使生產可以更加高效和可靠的進行。
　　
　　參考文獻
　　[1] 廖常初。S7-300/400 PLC應用技術。機械工業出版社， 2005。
　　[2] 李駪。自動化控制工程設計。電子工業