基于Modicon M238的控制系統的實現

王衛華，趙慶云，于寶青，祝蘇軍

WANG Wei-hua1, ZHAO Qing-yun2, YU Bao-qing1, ZHU Su-jun1

（1.天津金牛電源材料有限責任公司，天津 300400；2.中海油天津化工研究設計院，天津 300131）

0 引言

施耐德公司的電氣產品應用普及，PLC這幾年的發展也非常不錯，特別是硬件易于安裝和調試，性價比高。在軟件編程方面，線圈、中間繼電器以及模擬量的定義類似C語言變量的定義方式，可任意取名，只需要在I/O地址表中將各變量和I/O地址相關聯，這樣I/O地址的改變不影響程序，提高了編程的靈活性[1]。TM238LFDC24DT控制器可擴展7個TM2模塊，集成兩個串行接口，一個CANopen接口，一個USB編程接口，通信功能強，TM2擴展模塊緊湊，節省安裝空間。可以選擇的類型有32通道開關量輸入、32通道開關量輸出及8通道模擬量輸入等，提高了系統的集成規模[2]。本文將M238系列模塊應用于車間轉水、加水自動化操作，不但提高了工作效率，也避免了誤操作的發生，提升了本質安全性，系統已投入使用，運行穩定。

1 系統背景

某生產車間共有11個吸收罐，用于對反應后的尾氣進行吸收，轉化成一定濃度的鹽酸后，再轉到鹽酸儲罐里。A～K罐每個罐分為轉水、加水兩個操作，H罐、I罐的加水有直接加水和從J罐加水兩種，J罐、K罐的加水需經過一級、二級噴淋塔，工藝復雜，需要雙人操作。手動執行加水時，需要1個人時刻盯著吸收罐液位，一個人控制泵的開關，不能出現溢滿、打空等現象。加水管路用的是臨時軟管，哪個罐需要加水，把管子伸到那個罐里，員工勞動強度大，特別是在冬季，室外結冰，增加了加水、轉水作業難度。隨著產量的增大，車間員工對自動化生產要求越來越迫切。因而對轉水、加水進行自動化改造，實現只需旋動加水、轉水開關，即可完成整個加水、轉水操作，各加水操作之間進行互鎖，大大提高了生產的安全性。

2 系統硬件設計

2.1 系統拓撲設計

該系統I/O點數多，閥門互鎖邏輯復雜，根據工藝及設備布局將系統分為兩部分進行控制，A～G罐為一部分，H～K罐及兩個噴淋塔為一部分，每部分用一臺TM238LFDC24DT控制器及相應的擴展模塊進行控制，兩臺TM238LFDC24DT用MODBUS協議，通過SL2口進行通信，每個控制器連接一臺觸摸屏，做組態畫面實時監控，記錄報警、液位、閥門的開關等參數信息。電動閥門的執行電源均為220V交流電，所以PLC的開關量輸出需經過DC24V小型繼電器，控制各個電動頭的開、關電源。電動頭的全開、全關信號靠內部凸輪觸動限位開關來返回，返回信號的公共電源取DC24V，這樣開、關信號均為DC24V信號，直接輸入PLC當中。同樣泵的開、關電源也是通過DC24V繼電器來控制，用DC24V繼電器來充當開、關按鈕，“開”接繼電器的常開觸點，“關”接繼電器的常閉觸點。這里給出H～K罐的工藝流程圖如圖1所示。

圖1 H～K罐工藝流程圖

2.2 設備選型

控制器選用TM238LFDC24DT，觸摸屏選用北京昆侖通態公司的TPC1062K，觸摸屏與控制器之間用MODBUS協議通過SL1口進行通信。系統控制的主要變量是液位，在每個罐及噴淋塔內，安裝一個磁翻轉液位計，共計14臺液位計，液位計的材質均為聚丙材質，已達到防腐效果。系統的閥門主要用電動閥共計40臺，每臺閥門的開關狀態要求反饋，系統包括14臺泵，每臺泵的開關狀態通過輔助觸點進行反饋。這樣A～G罐與H～K罐分別需要用1臺TM238LFDC24DT，2臺32通道開關量輸出模塊TM2 DDO 32TK，2臺32通道開關量輸入模塊TM2 DDI 32DK，1臺8通道模擬量輸入模塊TM2 AMI 8HT，1臺TPC1062K觸摸屏。系統將加水管道改成固定管道，并用電伴熱帶伴熱，以解決冬季防凍問題，電伴熱帶選用自控溫型低溫防腐伴熱帶。

3 系統軟件設計

3.1 通信程序設計

系統軟件主要分為通信程序設計和控制程序設計。系統通信主要包括觸摸屏與控制器之間的MODBUS通信以及兩臺控制器之間的MODBUS通信。

3.1.1 觸摸屏與控制器之間的通信

觸摸屏與控制器的通信較為簡單，需在觸摸屏MCGS組態軟件中建立兩個MODBUS設備，用“設備0”讀取控制器中的開關量，用“設備1”讀寫控制器中的模擬量，“通用串口父設備”的通信參數如MODBUS地址，通信波特率、數據位位數，奇偶校驗等的設置應與控制器一致，然后將“設備0”、“設備1”的“32位整數校驗碼順序”設為“2-3412”，“32位浮點數解碼順序”設為“2-3412”，“設備地址”設為“1”，此地址便是M238的SL1口的MODBUS從機地址。M238的MODBUS地址只用到4區，在和MCSG通信時，位的地址加1，雙字的地址乘2加1。例如MCSG中的MODBUS地址40001.00～40001.15對應M238中的位地址%MX0.0～%MX1.7，40002.00對應%MX2.0，4DF0201對應%MD100，4DF0203對應%MD101。

3.1.2 M238之間的通信程序設計

圖2 “READ_VAR”功能塊參數設置

兩臺M238之間通過SL2口用MODBUS 協議進行通信，選H～K罐的控制器為主站，A～G罐的為從站，在主站里做通信程序，讀寫從站里的變量。程序主要用到“ADDM”功能塊，“READ_VAR”功能塊，“WRITE_VAR”功能塊以及“BLINK”功能塊等?，F以讀變量為例進行說明，首先用“ADDM”功能塊將從站地址轉化位地址變量格式，再用“BLINK”功能塊定時觸發“READ_VAR”功能塊，經調試M238只能讀取字類型變量，即參數Objtype只能選擇ObjectType.MW類型，參數FirstObject設置為300即讀取從站%MW300開始的變量，Quantity設置為2，即讀取%MW300，%MW301兩個變量。在從站里需要用“BIT_AS_WORD”功能塊將用到的各開關量轉換為字變量，然后將該值發送到地址為%MW300的變量當中。參數Buffer的值是存儲讀取變量的數組的地址，即將讀取到的兩個值存儲在v_wregister[0]和v_wregister[1]當中[3]?！癛EAD_VAR”功能塊的各參數設置如圖2所示。

3.2 控制程序設計

系統的控制程序主要內容是根據液位變化控制各轉水、加水閥門和泵，各個罐的加水之間進行互鎖，即同一時間只能有一個罐進行加水，一個罐不能同時進行加水、轉水操作。加水、轉水完畢后發出聲光報警信息，誤操作時發出誤操作報警信息。 現以J罐加水為例進行說明，J罐加水時首先判斷是否滿足加水條件，滿足則進入加水程序，由蓄水池向噴淋塔1加水，噴淋塔1向噴淋塔2加水，噴淋塔1向J罐加水，當噴淋塔1液位低于下限時，停止向噴淋塔2加水，高于上限時回復加水，同樣噴淋塔2低于下限時停止向J罐加水，高于上限時回復加水。J罐液位超過上限后，噴淋塔2停止向J罐加水，當噴淋塔1、噴淋塔2的液位分別滿足上限后，程序結束。程序流程圖如圖3所示。

4 組態軟件設計

觸摸屏的組態軟件是MCGS嵌入版7.2，該軟件功能強大，具有配方管理、歷史趨勢、數據存儲、報警存儲等功能。內置的圖庫種類齊全，方便用戶做出生動的組態畫面。軟件用類C語言進行編程，觸發事件，指定各種策略程序便于調用[4]。組態軟件程序主要是液位參數的在線修改及保存，其他的水流設置，數據存儲，報警存儲等主要參數設置。液位參數的置程序主要用到!SaveSi ngleDataInit()，!FlushDataInitValueToDisk()，兩個函數，兩個函數結合使用，實現的功能是將某變量的當前值設置為該變量的初始值，以便掉電重啟后，設置的參數值不會丟失，腳本程序如圖4所示。

5 結論

圖3 J罐加水程序流程圖

圖4 腳本程序圖

本控制系統已投入實際生產，運行穩定。系統充分利M238的MODBUS通信功能，實現TPC1062K與M238，以及兩個M238之間的通信，以較低的成本完成了較大的控制系統。對于系統的磁力泵，通過電路設計實現多地控制，并將泵與對應的閥門進行互鎖，避免串料現象發生。當轉水、打水的磁力泵啟動后，判斷30秒內液位是否變化，以便及時發現磁力泵是否打空等，自動化成產不但提高了生產效率也避免了誤操作的發生，大大提升了系統的本質安全。

[1]Modicon M218、M238、M258可編程邏輯控制器綜合選型指南[M].Schneider-Electric Pty Ltd.2012.1.

[2]SoMachine教程[M].Schneider-Electric Pty Ltd.2011.2.

[3]Modbus RTU Communications-Read/Write Variables[M].Schneider-Electric Pty Ltd.2012.4.

[4]MCGS嵌入版用戶指南[Z]. 北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司.2009.