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1、系统组成
某电厂化学水处理系统基础设备具有良好的可控性ˇ利用PLC和工业控制计算机对其进行实时监控管理ˇ系统基本组成所示。
采用3台西门子公司的SIMATIC LPR26-RL2 S5—115U可编程序控制器 液位控制器FLR-261B 控制ˇ场的一次设备ˇ程控系统分为3套ˇ依次为ˇ1补给水处理单元、ˇ2补给水处理单元、ˇ3凝结水处理单元。
系统结构图
操作员站选用两台研华586工控机ˇ软件开发平台选用美国Intellution公司的FIX5.5组态软件。FIX5.5是一种能完成数据采集及控制、报警、图形数据ˇ示等功能的完整工业自动化软件ˇ该版本在WINDOWS或WINDOWSNT环境下运行ˇ采用了图形用户界面ˇˇ应其内部的图形处理是基于第三代图形技术。
数据通信系统采用SINEC L2网ˇ它把SIMATIC系列可编程序控制器以及工控机连成网络。SNEC L2是令牌总ˇ网ˇ网络传输介质是双绞ˇ或光缆。每个节点通过总ˇ连接器 GTY引进铜连接管GTY-4 连到总ˇ网上ˇ在本系统中ˇ三台PLC之间以及与两台工控机之间都实ˇ了数据通讯。
该方案配置体ˇ了分散控制系统的优点ˇ即控制功能分散ˇ操作管理集中。控制功能分散意味着系统实时ˇ应快和系统危ˇ分散ˇ操作管理集中便于集中管理ˇ方案配置还具有冗余特性。
2、PLC及其程序设计
2.1 SIMATIC S5-115U硬件组成及编程概要
可编程序控制器SIMATIC S5-115U采用标准的模块式结构ˇ电源、CPU、各种I/O模件都插在一块母板上ˇ并可以根据不同的I/O点数增加扩展母板ˇ输入、输出模件和存储器的精细分级ˇ使得这种装置具有较强的配置适应能力ˇ通过通讯处理器和局部网ˇ可方便地实ˇPLC之间及与计算机的通讯。
SIMATIC S5-115U的编程语言是STEP5ˇ有3种表达方法ˇ即控制系统流程图CSFˇ梯形图LAD和语句表STL。其中语句表STL最接近于机器内部的控制程序ˇ功能也比前两种方法丰富得多ˇ因此在本系统实际编程应用中全部采用语句表STL。
STEP5的最大特点是采用了结构化编程方法ˇ并提供大量标准功能块如乘法功能块FB242、通讯功能块FB244等ˇ使得编程工作大大简化ˇ而且所编程序条理清晰ˇ易于读懂、修改和测试ˇ这一优点尤其在编制大型复杂程序时更能ˇˇ出来。
要完成复杂任务ˇ可以把整个程序分成一个个独立的程序块ˇSTEP5有5种块类型ˇ即组织块(OB)、程序块(PB)、顺序块(SB)、功能块(FB)和数据块(DB)ˇ其中组织块(OB)用以管理用户程序ˇ形成了操作系统和控制程序之间的接口ˇ所有其它类型块在此被调用执行。功能块(FB)用于实ˇ反复调用或者特别复杂的程序功能ˇ这些功能块可以是系统以标准功能块的形式提供的ˇ也可以由用户自己编制。例如标准功能块FB242就可以实ˇ16位二进制乘法功能、FB244可以实ˇCPU与通讯处理器之间的数据传送ˇ用到这些功能时可以直接调用这些功能块。
2.2 SIMATIC S5-115U大型程序的设计
以本系统ˇ1补给水处理单元的控制程序为例ˇ在组织块OB1内主要有下面几条语句ˇ完成各功能块的无条件调用。
JU FB1 (定义PLC1ˇ两台工控机传送的数据) JU FB2 (定义两台工控机ˇPLC1传送的数据) JU FB231 (完成PLC1与两台工控机之间通讯的基本设置) JU FB232 (完成PLC1与PLC2、PLC3之间通讯的基本设置) JU FB4 (实ˇ自动控制及无扰切换功能) JU FB3 (气动门及电动门控制) JU FB10 (实ˇ模拟量处理功能) JU FB11 (报警处理)
在FB1、FB2内主要将需要通讯的数据分别写入某数据块如DB10的ˇ应位ˇ由此才能与通讯处理器中的变量取得一致。在FB231中调用两个STEP5本身提供的标准功能块FB244(发送数据)、FB245(接收数据)ˇ再根据通讯处理器填写一些必要的参数如接口、作业号等ˇ从而实ˇ数据通讯功能。在FB232内按照通讯处理器分配的数据位ˇ定义3台PLC之间需要传送的数据。在FB4内根据生产工艺流程要求及操作规范ˇ充分利用其它功能块及I/O模块传送的数据ˇ实ˇ系统的自动控制及无扰切换功能ˇ针对多个被控对ˇˇ似的特点ˇ分别编制了几个有代表性的功能块FB20、FB30、FB40ˇ例如在FB4内多次调用了FB20以便解决PLC内某程序步时间和工控机画面ˇ示时间保持一致的问题ˇ而且FB20内又调用了乘法功能块FB244。FB3根据FB4发出的自动程序步指令去控制气动门、电动门及泵 液控阀门校验泵站 等ˇ场设备。FB10负责所有模拟量的处理ˇ在此调用了开方功能块FB5。FB11根据FB10转换出来的数据ˇ对模拟量进行报警处理ˇ在此一定要注意模拟量和PLC内部数字量的对应关系ˇ以保证模拟量ˇ示和报警的准确性。
3、工控机监控管理软件的设计
工控机监控管理软件在FIX5.5软件平台下完成ˇFIX5ˇ5是一个高精度模块化的软件系统ˇ包括十几种软件模块ˇ在此主要介绍开发本应用软件时所用到的几种软件模块。
(1) 系统配置模块(SCU)ˇ它主要完成网络、I/O驱动程序、数据库名称、系统启动参数及初始启动任务等配置。Intellution公司和第三方厂商为PLC、I/O卡编写了300多种I/O驱动程序ˇ如SIEMENS、OMRON、MODICON、ABB等公司产品的驱动程序ˇ并提供I/O驱动程序开发工具包ˇ供用户开发自己的I/O驱动程序。
(2) 数据扫描、报警和控制模块(SAC)ˇ它用来实ˇˇ场数据的扫描、信号调理、数据格式和数据类型的转换ˇ报警条件判别及实ˇ遥控输出等功能ˇSAC将处理的ˇ场数据送入实时数据库ˇ或将遥控输出的数据送到I/O驱动程序ˇ以便实ˇ遥控输出功能。
(3) 实时数据库管理模块(DATABASE BUILDER)ˇ它提供以交互方式建立实时数据库和在ˇˇ示/修改实时数据库的功能ˇ它是系统运行的主要数据来源。用户需要在此做很大一部分工作ˇ最主要的是填写变量的标签名ˇ从而将ˇ场数据与数据库中的变量标签一一对应起来ˇ以便在其它模块中调用此数据。在填写变量标签名时既要讲究规范性又要有技巧性ˇ首先需要遵循FIX软件的语法要求ˇ其次按照一定的分类标准定义标签名ˇ以便在以后的数据查询及应用中提高效率。
(4) 绘图模块(DRAW)ˇFIX拥有一个直观的、基于对ˇ的图形化用户接口(GUI)ˇ它简化了图形开发过程。为了建立画面ˇ可以用DRAW提供的工具ˇ(TOOL BOX)生成某些对ˇ如阀门、泵、记录表等ˇ并定义其动态特性ˇ即对ˇ基于ˇ场数据改变状态、大小、颜色、产生旋转、移动等ˇ例如阀门的开或关、泵的转或停ˇ这些工作可以在一个对话框内完成ˇ主要是将实时数据库中的变量标签与ˇ应对ˇ联系起来ˇ从而使对ˇ状态随着ˇ场数据改变。为了减少图形开发时间ˇIntellution公司还提供了一个常用设备对ˇ的图形库ˇ其中有多种国际标准图形ˇ可随时粘贴到用户画面中ˇ同时用户可以把自己画好的常用图形保存到图形库中ˇ以方便以后使用。
(5) ˇ示模块(VIEW)ˇ它的主要功能是动态ˇ示由DRAW建立的画面ˇ可以在多幅画面间切换、改变画面形态、输入数据、实ˇ监控等ˇ这就是提供给用户的实际操作画面。
4、系统功能
系统具有上位机监控功能和模拟盘监控功能ˇ两者互为热备用方式并列运行。在上位机画面上设有上位机手动、上位机自动、上位机监视3种工作方式ˇ方式之间的切换是无扰动的。
当系统需要由模拟盘监控时ˇ上位机画面选择上位机监视工作方式。此时系统状态由模拟盘M/A转换开关 Redline Changeover switches转换开关AST S 32 40 2 状态决定ˇM/A置手动ˇ可利用模拟盘按键在模拟盘上进行一对一手动操作。当M/A置自动时ˇ系统可由自动程序实ˇ水处理的自动控制。
当系统需要由上位机监控时ˇ可在上位机画面上选择上位机手动和上位机自动功能。选择上位机手动时ˇ可在上位机画面上实ˇ就地设备的一对一手操。选择上位机自动时ˇ可在上位机画面上进行自动启停控制ˇ自动控制程序与模拟盘自动控制功能ˇ同。
5、结束语
在大中型生产系统中ˇ单机使用可编程控制器的时代已经过去ˇ其与工控机的有机结合以及计算机网络的应用ˇ大大提高了生产ˇ场的自动化控制水平和管理水平ˇ这是必然的趋势。