現(xiàn)場總線技術在玻璃配料系統(tǒng)中的應用研究
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該系統(tǒng)具有手動工作方式、自動工作方式(PLC控制)、和在計算機監(jiān)控狀態(tài)下的全自動工作方式三種。自動配料時，現(xiàn)場秤量站對料倉中的物料重量進行秤量，系統(tǒng)根據(jù)配方要求使用“減量法”控制排料，減量法排料值為配方值，采用兩次秤量的方式，當滿足排料值時停止排料。排料同時啟動傳輸皮帶機，將物料送到混合倉混合，混合時啟動自動加水系統(tǒng)進行定時加水。混合達到要求后由原熔皮帶機將混合料送到窯頭料倉。系統(tǒng)經(jīng)過這樣一次次循環(huán)來完成配料任務。
3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡控制組成
以S7-300 PLC為中心，上位機與 PLC之間采用MPI網(wǎng)絡連接，PLC與高精度稱重儀表之間由PROFIBUS-DP網(wǎng)絡連接，稱重儀表是系統(tǒng)中的一個從站，PANTHER儀表將通過專用的PROFIBUS現(xiàn)場總線接口完成與SIEMENS的PLC的網(wǎng)絡化連接。自動配料系統(tǒng)的網(wǎng)絡組成如圖3所示:
圖3 自動配料系統(tǒng)的網(wǎng)絡構成
系統(tǒng)采用STEP V5.2進行硬件組態(tài)，實現(xiàn)系統(tǒng)設備的監(jiān)控、配方管理以及數(shù)據(jù)的采集和記錄等功能。PLC的邏輯處理器選用西門子公司的S7-315 2DP的CPU，該CPU本身帶一個MPI通信接口和一個PROFIBUS-DP接口。上位機對下位機進行統(tǒng)一管理，對配方、打印和統(tǒng)計，傳送稱量配方給下位機，啟動稱量操作，用監(jiān)控軟件監(jiān)視下位機的各運行狀態(tài)，下位機分別對配料系統(tǒng)進行現(xiàn)場控制。
安裝在PC上的STEP7編程軟件通過MPI與PLC通信，但是這些通信協(xié)議并未公開，因此需采用西門子公司提供的PRODAVE工具箱。PRODAVE的動態(tài)鏈接數(shù)據(jù)庫(DLL)提供了大量的基于windows操作系統(tǒng)的DDL函數(shù)，供用戶解決PLC與PC間的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理問題。上位機用通信函數(shù)直接讀寫PLC中的數(shù)據(jù)，而不用編寫PLC一側的通信程序。
PROFIBUS-DP接口負責與稱重儀表通訊，將稱重數(shù)據(jù)和相關參數(shù)及時的輸送到主控制站。稱重儀表采用應用較廣的PANTHER稱重終端，此儀表通過現(xiàn)場接線盒采集稱重數(shù)據(jù)，其自帶的PROFIBUS-DP接口可方便的完成與PLC的通訊。
3.4 系統(tǒng)控制軟件設計
控制系統(tǒng)的開關量輸入模塊，接收控制現(xiàn)場和操作按鈕信號以及馬達狀態(tài)反饋信號，開關量輸出模塊實現(xiàn)對馬達、氣缸、電磁閥、指示燈的啟停控制，模擬量輸出模塊控制現(xiàn)場秤量站給料機喂排料的速度。稱重儀表的稱量結果通過PROFIBUS-DP總線傳送至處理器。處理器根據(jù)接收到的按鈕信號、狀態(tài)反饋信號、稱量值信號，經(jīng)過運算，發(fā)出對現(xiàn)場設備的控制信號，整個系統(tǒng)即以預定的程序自動運行。系統(tǒng)控制軟件流程如圖4所示:
圖4 配料控制系統(tǒng)軟件流程
3.5 系統(tǒng)特點分析
(1) 由于控制結構上采用了FCS，與傳統(tǒng)的DCS相比節(jié)約了許多硬件設備。使用FCS可以減少1/2~2/3的隔離器、端子柜、I/O終端、I/O卡件、I/O文件及I/O機柜，這樣就節(jié)省了I/O裝置及裝置室的空間;同時減少大量電纜，使施工、調試大大簡化。
(2) 現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿足工廠自動化及CIMS系統(tǒng)的信息集成要求。現(xiàn)場總線是數(shù)字化通信網(wǎng)絡，它不單純取代4-20mA信號，還可實現(xiàn)設備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠程控制，還可完成遠程參數(shù)化工作。因此提高了控制系統(tǒng)的精度和可靠性。
(3) 由于現(xiàn)場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護停工時間，同時由于系統(tǒng)結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量。
(4) 系統(tǒng)采用STEP7軟件統(tǒng)一編程和組態(tài)，使系統(tǒng)的調試更為簡單方便，同時大大降低了系統(tǒng)維護的工作強度。
4 結束語
本系統(tǒng)采用了現(xiàn)場總線這一開放的，具有可互操作的網(wǎng)絡將現(xiàn)場各控制器及儀表設備互連起來，構成了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，同時控制功能徹底下放到現(xiàn)場，降低了調試、安裝和維護費用。該系統(tǒng)在梅特勒－托利多稱重配料諸多項目上投入使用，其運行狀況良好，通訊和控制穩(wěn)定可靠，因此在工業(yè)控制領域中有很大的推廣價值。
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