基于PLC和INTOUCH的厂务监控系统设计

基于PLC和INTOUCH的厂务监控系统设计摘要:本设计是根据某大型工厂的工艺要求,设计的使用PLC和INTOUCH相结合的厂务监控系统。整套系统用PLC进行控制,INTOUCH编辑图控软件进行监控。介绍了系统总体结构,PLC硬件的选择,下位程序的各个功能模块。上位程序使用INTOUCH编辑,描述了图控软件的主要功能。该系统功能齐全,运行高效准确,操作方便,提高了该厂自动化水平。

关键词:PLC INTOUCH 厂务监控系统

现代化的大型工厂工艺复杂,设备繁多。要保证这样的工厂正常生产,单靠人工操作很难满足其可靠而高效的要求。因此,采用计算机进行监视和控制,对保证工厂的正常生产起着十分重要的作用。在PLC和INTOUCH的支持下,庞大而复杂的生产流程被形象的放到计算机上。管理人员可以一目了然的看到,生产相关的各个关键环节。重要的数据被图形画面显示出来,管理人员可以据此判断,该工艺段是否运转正常。也可以远程操作设备,方便高效。更重要的是,某些关键的生产环节,计算机可以实时追踪变化,精准而快捷。

下面以一个食品工厂为实例,说明如何使用PLC和INTOUCH设计该厂的厂务监控系统。

1 系统概述

以该工厂一个车间为说明对象。按照功能分为以下几个系统:蒸汽、水、空压、棕油、油清洗、空调系统等。整套系统工艺复杂,仪器仪表众多,因此硬件选用西门子公司的S7-300系列,上位组态选用INTOUCH完成。S7-300系列适合中小规模系统,模块种类丰富,分布式结构和多界面网络能力,使其应用十分灵活,扩展和集成功能强大,易于操作、编程和维护[1]。

2 系统总体结构

本系统由上位工控机和下位机PLC为核心进行远程集中监测、控制、自动报警、短信报警等。该厂务监控系统,主要由两台装有西门子S7-300可编程控制模块的控制柜组成,它们集中安放在监控点位密集的车间内,之间通过profibus总线连接。主控制柜装有以太网模块,通过转换由光纤与控制室的交换机相连,并由此与工控机相连接。

各个系统所配置的仪器仪表进行现场数据采集。它们通过电缆与PLC控制柜相连接。PLC控制柜的位置应尽量靠近各个采样点的仪表,取在距离折中的位置,以保证模拟信号尽量少的损失。使用step-7编写PLC的下位程序,用INTOUCH编译图控界面。PLC模块就可以进行数据转换和处理,而管理人员则可以通过图控界面监视各个点位的数据,控制现场的各执行装置,保证工艺稳定可靠的完成[2]。

3 仪表的选用

测量连续数据的仪表,温度变送器、压力变送器、差压变送器、

浮球式液位变送器、射频导纳液位计,涡轮流量计,涡街流量计等。这些仪表的输出信号除空调温度传感器是NI1000热电阻输出,其余采用4mA～20mA两线制输出。

采集限位值的各种开关,差压开关、流量开关、浮球式液位开关等。还有气动/电动式比例控制阀、气动/电动开关阀等。

传感器将这些采集转换来的物理量和电气量参数,以模拟量或者数字量的形式送给PLC进行处理和运算,将运算结果转化成控制量进行输出或者直接输出报警信号[3]。

各仪表和阀门的电源,由所属PLC控制柜集中提供。

4 PLC硬件系统设计

按照设计要求统计所需的仪表,并对其分类,确定模块种类和数量。编写仪表统计点位表,表中包括信号类型、工位号、控制说明、信号类型、PIW地址、数据存储地址等,可以随着设计深入根据需要扩充。

PLC控制柜分为主从两个,通过Profibus总线连接。CPU选择带Profibus接口的315-2DP,放在主控柜内。

需接入主控柜的模拟输入点共64个,按照预留20%冗余计算,应该配置77个点。仪表的输出类型也有两种,Ni1000和4mA～20mA信号,因此选用通用型AI模块,每个模块可以提供8个点位,因此需要配

置10个模块才能满足设计要求。

除了AI模块,主PLC控制柜还需要配置8通道的AO模块2个,32位DI模块2个,16位DI模块1个,32位DO模块1个。带以太网接口的CP343-1模块1个,IM-153-1模块2个,PS307-pPLC控制柜组装完成后,首先需要通过软件配置其硬件构成,即HW Config。根据模块的实际位置,配置应该与之对应。在这里,设置各个模块的基本参数。

5.2 PLC控制软件

控制软件根据工艺要求设计以下功能:4mA～20mA模拟量信号转换;热电阻信号转换;马达的启停;比例控制阀的PID调节;流量计的累计等。程序代码采用梯形图(LAD)。梯形图编程比较直观,逻辑规则也容易梳理[4]。

6 上位图控软件

图控软件采用Intouch编辑。软件按照各个建筑物分类,各建筑物内又按照系统功能分类,用户可以很方便地监视和控制。

各个建筑物的系统参数实时监控。各系统内的温度、湿度、压力、流量、供电参数等直观动态的显示在画面上。用户可以方便的查到所需数据。实现了生产过程的实时管理和系统的可视化[5]。图1为蒸汽系统界面图。

软件设计了流量累计程序。对每个流量计进行时累计、天累计和总累计的记录。同时设置了手动清零功能。方便用户记录资源的消耗情况。(如图1)

参量超限报警及故障诊断。软件对该工程的各个系统参量都设置了超限报警。包括温度、压力、液位、差压和各个设备的运行状态等。系统运行过程中一旦参量值超限,Intouch可实现声音报警和动态画面提示,即时产生报警报表。报表包含报警时间、日期、名称、类型、报警参量值、报警时的值、报警组等信息,方便查找。对关键部位设置了短信报警,可以及时通知相关管理人员,从而保证生产的安全可靠。

保存历史数据。可以查找出所有连接仪表的历史参数和各个设备的运行状态。也可以显示人工操作的历史记录。历史曲线反映了它们的运行状态和变化趋势。以备工作人员随时查阅、分析。也可以将历史数据提取,通过Excel报表脚本输出制作数据报表。

实现对各执行装置的远程控制。包括风机、空压机、各种泵的启停和阀门的开关。通过现场电气控制柜的转换开关,实现现场和远程控制。其状态反映在图控界面中。远程控制状态下,可在上位机实现设备的远程手动与自动运行控制。

对精确控制点位,用PID控制比例调节阀自动追踪。

本程序还根据气候变化设置了冬夏季两套预制程序,实现一键切