基于PLC和組態王的料位監控系統

袁佳楠

河北港口集團通信信息工程分公司，河北石家莊 050081

0 引言

可編程控制器（Programmable Logic Controllor 簡稱PLC）是將計算機技術、自動控制技術和通信技術融為一體而迅速發展起來的。由于具有可靠性高、功能強大、組合靈活、維護方便等特點而廣泛應用于工業控制領域。

組態（Configuration）是指通過專用軟件定義系統的過程。組態軟件是利用系統軟件提供的工具，通過簡單形象的組態工作，構成系統所需的軟件。是工業自動化軟件的一個重要分支。組態軟件促使自動化技術走出工業應用的狹小范圍，在樓宇自動化、農業自動化等領域得到應用。

組態王是國內第一家較有影響的組態軟件開發公司。組態王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關鍵字的腳本語言支持。組態王也提供多種硬件驅動程序。

采用組態王軟件編制的上位監控系統是控制系統的數據收集和處理中心、遠程監視中心和數據轉發中心，它與外圍設備PLC，智能儀表等相連接構成控制中心。

針對港口干散貨的裝卸儲運生產的實際，采用西門子PLC為現場控制核心，以組態王軟件作為上位監控組態軟件，設計一套料位自動監控系統。實現卸料小車的實時監控、現場料位的數據采集和顯示、料位超限報警等功能。

1 卸料生產工藝流程

本系統包括6 個料倉，這些料倉主要用來儲備和緩沖物料，由卸料小車向各個料倉送入物料。卸料小車安裝在傳送帶支架上，物料由傳送帶送到卸料小車上，隨著小車的移動，卸料點隨著移動，當卸料小車停在某料倉處則向該料倉注入物料。卸料小車的卸料點由接近開關決定，根據料倉料位決定是否向某一料倉卸料，若該料倉料位達到控制要求，則卸料小車啟動向下一料倉運動。當到達首末兩個料倉時，卸料小車進行方向切換，如此不斷進行循環。

2 硬件系統結構

本系統硬件系統主要由工控機、PLC、網絡卡組成，還包括現場的接近開關、料位計等。硬件結構圖如圖1 所示。

2.1 工控機

上位機采用研華機架式工業控制計算機，主要完成系統的組態，軟件編程，工業現場動態顯示以及運行參數給定，報警顯示等主要功能。

2.2 PLC 控制器

采用Siemens 公司的S7-300 系列PLC 控制器，中央處理單元為CPU314；數字量輸入模塊SM321 進行現場接近開關位置的檢測和現場手動/自動信號的檢測；數字量輸出模塊采用SM322，進行控制信號的輸出；模擬量輸入模塊采用SM331，進行6 個料倉料位數據的采集；采用24VDC、20A SIEMENS工業開關電源SITOP 作為輸入輸出信號電源。

2.3 網絡卡

S7-300 和上位監控計算機的通信可以采用多點接口網絡（MPI）或PROFIBUS-DP 接口等多種通信方式。本監控系統中S7-300 的中央處理單元選用CPU 314，因此在上位機中安裝CP5611 卡，通過MPI 電纜進行連接，這樣就在上位機和S7-300PLC 之間建立了通訊硬件聯系。

3 監控系統功能實現

本自動監控系統主要完成6 個料倉料位的自動檢測和實時顯示、料位報警顯示、卸料小車實現現場手動控制和中控室自動控制、友好的人機交互界面顯示。

3.1 料位的檢測

監控系統通過料位計的實時數據分別對6 個料倉的料位進行檢測并在上位監控畫面中實時顯示狀態。

3.2 料位超限報警

每個料倉的料位一旦超過系統所設置的上下限則系統進行自動報警顯示和報警自動記錄。

3.3 卸料小車手動/自動控制

手動控制指由現場操作人員通過安裝在卸料小車上的按鈕直接進行控制；自動控制是指中控室操作人員通過上位機對現場設備進行遠程控制。

3.4 友好的人機交互界面

在上位機的監控界面中實時顯示卸料小車運行情況、料位顯示、料位報警顯示等。

4 信號采集與控制

4.1 卸料小車位置檢測與控制

對卸料小車的控制是本系統的核心內容，卸料小車的位置由接近開關進行檢測。每個料倉兩邊分別安裝1 個接近開關，在首末兩端再分別安裝1 個接近開關，從而形成小車的行程控制。當小車靠近某一接近開關時，該接近開關動作并將信號傳送至PLC 的數字量輸入模塊，由PLC 再傳至上位監控計算機，上位監控界面中表示該接近開關的圖像發生反應，顯示為該接近開關信號有效。這時，系統對該接近開關對應的料倉料位進行判斷，與系統設定的上下限進行比較。若該料位值滿足要求則小車繼續運行；若不滿足要求，則卸料小車進行卸料，直到料位值滿足要求，小車繼續運行。

4.2 料位信號的采集

本系統中包含6 個料倉，為了保證檢測的準確度，每個料倉中安裝4 個重錘式料位計，共有24 路模擬量輸入信號傳送至PLC 的模擬量輸入模板。再由PLC 將這些信號傳送至上位監控機，在上位監控界面中通過圖像分別予以表示，實時顯示各個料位計的數值。

5 監控組態軟件

“組態王”是在流行的PC 機上建立工業控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以Windows98/Windows2000/Windows NT4.0 中文操作系統作為其操作平臺，充分利用了Windows 圖形功能完備，界面一致性好，易學易用的特點。它使采用PC機開發的系統工程比以往使用專用機開發的工業控制系統更有通用性，大大減少了工控軟件開發者的重復性工作，并可運用PC 機豐富的軟件資源進行二次開發。

“組態王”軟件包由工程管理器（ProjManager）、工程瀏覽器（TouchExplorer）、畫面運行系統（TouchVew）三部分組成。其中，工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程瀏覽器內嵌畫面開發系統，即組態王開發系統。工程瀏覽器和畫面運行系統是各自獨立的Windows 應用程序，均可單獨使用；兩者又相互依存，在工程瀏覽器的畫面開發系統中設計開發的畫面應用程序必須在畫面運行環境中才能運行。

上位監控系統用于現場設備的監視與控制。當上位機與PLC 處于聯機狀態時，可以進行流程選擇、啟動、停止、故障復位等操作，通過PLC 對現場設備進行控制。監視畫面以圖形方式顯示工藝流程設備，并通過顏色變化來反映流程設備狀態。可以通過鍵盤設定料倉料位的上下界限以及給定值，當實際值超過界限時，監控系統產生報警并打印記錄，同時PLC將控制現場設備進行相應的響應。

上位監控軟件的編制根據物料處理工藝和管理要求，結合實際工藝流程，充分考慮操作員工作中的要求。為了避免因操作員疏漏而造成生產事故，軟件設計出了“操作管理”功能，利用“操作記錄”、“事件記錄”、“報警”、“連鎖”這些功能有效地防止了這類事故的發生。屏幕是操作人員與工況之間最主要的聯絡界面，生動形象的畫面效果和方便的操作方法，構成友好的人機界面。

6 結論

結合了PLC 技術、組態軟件而編制的自動監控系統具有強大的數據處理能力和圖形表現能力，實現工業控制現場的數據集中管理和顯示、歷史報表打印、報警畫面生成等功能。極大地提高了系統的穩定性、可維護性和可擴展性，實現了作業現場生產過程的實時監控。

[1]組態王用戶手冊[Z].北京：北京亞控科技發展有限公司，2002.

[2]基于PLC和組態軟件的物流輸送監控系統設計[J].福建電腦，2009(8).