基于 S7-400的玻璃涂層在線數據檢測系統

（成都理工大學,成都,610059）

基于 S7-400的玻璃涂層在線數據檢測系統

石 維,任家富,郭蘭芳,王曉帆,張俊文

（成都理工大學,成都,610059）

本文設計了基于s7-400控制器模塊的在線玻璃涂層監測系統，通過Wincc組態在上位機開發人機交互界面，并下載到配套觸摸屏，采用梯形圖設計程序，完成數據采集和實時監控，并保存歷史記錄。該系統適用于工業環境，且方便擴展，已將該系統成功運用在西安某公司玻璃涂層在線檢測系統中。

plc;工控機;s7-400控制器;WinCC組態;數據采集

0 引言

PLC是一種用于工業控制的裝置，它系統構成靈活，可靠性高，擴展性好，編程簡單，具有較強的抗干擾能力，在惡劣的環境下也能正常工作。本文選用PLC SIMATIC S7-400作為控制器模塊，模塊化免風扇的設計，結實可靠，具有強大的通信能力，良好的用戶操作讓s7-400在解決中高檔性能控制方面的問題上起著突出作用。作為人機交互界面發展的主導趨勢，觸摸屏能長時間在惡劣的環境下正常工作，和觸摸屏配套使用，能夠彌補PLC在人機交互接口方面的缺陷，實現二者優勢互補。本文提出的玻璃涂層在線檢測系統正是在此基礎上設計完成的。

1 系統總體設計

玻璃涂層在線檢測系統主要由工控機和西門子公司S7-400 PLC作為中央控制部分，選用研華工控機結合西門子10.4寸觸摸屏作為中控室和現場人機界面，通過傳感器捕捉信號，PLC將采集信號進行處理，傳輸到計算機系統，用戶可通過工控機設備完成參數的設置及修改，工控機和現場的觸摸屏均可以顯示當前檢測的數據，并且可以操作。

1.1 系統構成

系統主要包括：電源模板(PS): 將SIMATIC S7-400連接到120/230VAC或24DC電源上；中央處理單元(CPU)；數字量輸入/輸出(DI/DO)模塊和模擬量輸入/輸出(AI/AO)模塊；通訊處理器(CP)：用于總線連接和點到點連接；安裝機柜、存儲卡、備用電池等。

上位機與下位機通過以太網網口連接。現場的4~20mA和24VDC開關量標準信號進入S7-400，上位機通過以太網網口通信方式從S7-400獲得數據。

1.2 工控機及觸摸屏選型

選用研華IPC-610H系列工業控制計算機系統，其特點是防塵、防沖擊、高防磁、連續長時間工作能力[3]。研華工業計算機，存儲容量大，擴展能力強，方便做歷史數據存儲，以及報表打印等功能。觸摸屏選用西門子TP1200 Comfort,該系列多功能面板觸摸屏操作簡單，全圖形化10.4寸TFT顯示屏，真彩、分辨率高，內置以太網接口，6MB的用戶存儲空間，具有組合插槽和USB接口。

2 在線數據檢測系統軟件設計

在線數據檢測系統軟件部分是整個控制系統的核心，工控機依據現場生產流水線和工件的實際需求來進行控制。主要通過對不同型號涂料的溫度測量、比重檢測，黏度檢測、噴涂后涂層的厚度、硬度測量等參數的測量數據進行采集，并根據現場生產工藝的需要進行編程來驅動各個執行設備控制，從而達到全程在線控制。

2.1 軟件主要功能

（1）數據采集: PLC系統完成硬度、厚度、溫度、比重、粘度等數據的采集。

（2）數據處理：完成4-20mA模擬信號的處理，將采集各參數的信號轉換為數字信號傳送到中央計算機中，中央計算機根據各參數指標的修正系數完成計算，并在工控機和觸摸屏的監控畫面實時顯示檢測到的厚度、溫度、比重、粘度等參數的值。通過對測量參數的分析、處理，根據所規定的工件噴涂前涂料的溫度、粘度以及噴涂后涂層厚度的參數范圍，計算得到控制參數和設備的控制量。

（3）控制功能：根據分析計算得到控制參數和設備控制量，閉環控制工件生產線；輸出控制命令給PLC系統驅動聲光報警；當檢測參數超出數據范圍值自動調節供給量；可以設置各工作參數值

（4）自檢功能: 對系統的主要部分進行自我檢測和診斷，檢測系統通信，保證系統正常工作。

（5）其它功能: 系統可實時保存數據，生成曲線圖，查看歷史生產信息，生成每個班次的報表（合格率、優良率、不合格率）并打印，實時判斷各值超標和報警處理等。

2.2 Wincc上位機組態軟件與PLC通信

工控組態軟件是一種專門用來進行實時數據采集和系統控制的軟件，采用靈活方便的組態方式，創造了監控系統層一級的軟件平臺和開發環境，方便用戶端迅速創建工業自動化控制系統并提供監控功能，是一種通用層次的軟件包。選用SIMATIC WinCC組態軟件有兩大因素，一是因為Wincc強大的功能，在目前市場上占據一定地位，二是因為WinCC與下位機采用的s7-400PLC以及Step7 V12編程工具有同樣的業界規范，SIMATICWinCC自身提供驅動S7-400PLC的軟件，易形成人機交互，建立完整監控方案。運用SIMATIC WinCC組態軟件方便了工控機和PLC的連接。

西門子PLC模塊與上位機通信方式主要有以下幾種：串口通信：包括PC/PPI通信，MODBUS通信，現場總線通信：PROFIBUS，多主站通信：MPI，網口通信：以太網。結合工業現場實際需要本文通過以太網實現PLC與WinCC的通訊，這種方式適用于傳輸距離大，實時性強的工業控制系統。本系統整體網絡結構分為三個部分，又上往下以依次為：工控機部分，10 Base-5以太網部分，西門子S7-400 PLC。

該系統采用Step7 V12開發工具對PLC、觸摸屏以及PC站進行軟件組態，使三者相互連接并進行通信。與PLC系統建立通訊的過程：1、SEPT 7硬件組態，包括添加PLC硬件模塊（如圖2所示）及網絡參數設置，2、設置IP地址；3、設置系統參數；4、設置通訊接口；5、增加通道及設置驅動連接；6、測試通訊，建立完成。

2.3 程序設計

玻璃涂層數據檢測系統采用模塊化編程，程序分成不同的塊，每個塊包含了一些設備和任務的邏輯指令。采用step7 v12開發工具，選擇梯形圖語言進行具體編程和設計，PLC主程序主要完成對I/O端口的控制，對檢測數據的采集，模擬信號和數字信號的轉換及處理，以及設置報警等。整個系統中，S7-40PLC實現保護、控制和數據采集的功能，工控機及觸摸屏執行顯示、報警、存儲等功能。

[1] 蘇姍姍，蘇小光.基于PLC的信號采集系統[J].國外電子測量技術，2012,31(9)：51-53.

[2] 白冰，潘真，朱宇，靳繼紅.基于plc現場數據采集與分析[J].科技情報開發與經濟,2007,17(21):198-199.

[3] 高彥軍， 賈永峰，基于PLC與上位機的動態數據采集系統[J].機電產品開發與創新,2009,22(3):161-162.

石維，女，成都理工大學碩士研究生在讀，主要研究方向：自動化測控技術。

任家富，男，教授，碩士研究生導師，主要研究領域方向：測量控制技術、核技術、通信技術、電子信息技術應用。

Online data detection system of glass coating based on S7-400

Shi Wei,Ren Jiafu,Guo Lanfang,Wang Xiaofan,Zhang Junwen
(Chengdu University of Technology,Chengdu,610059)

This paper designs an on-line monitoring system for glass coating based on S7-400 controller module.Through the Wincc configuration,the PC interface is developed and downloaded to the complete data acquisition and real time monitoring.The system is suitable for the industrial environment,and it is easy to extend, has been successfully used in a company in Xi'an,a company in the glass coating online detection system.

PLC;S7-400 controller;WinCC controller;data collection