1.引言

    瀝青混凝土攪拌設備是筑路行業(yè)重要配套施工設備,該設備工藝復雜,體積龐大,無(wú)論從對生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員的技能培訓講還是從施工單位對設備的認知方面考慮,單純的幻燈演示和文字說(shuō)明已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求,瀝青混凝土攪拌設備模擬演示系統就是在這樣的背景下產(chǎn)生的.不同的瀝青混凝土攪拌設備生產(chǎn)企業(yè)由于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)理念的不同對模擬演示系統的設計要求也會(huì )有所區別,但是所要實(shí)現的主要功能還是一樣的,建立模擬演示系統所依賴(lài)的自動(dòng)化技術(shù)和產(chǎn)品還是相通的.目前用來(lái)實(shí)現模擬演示系統的自動(dòng)化產(chǎn)品主要有可編程控制器,觸摸屏(HMI),電腦和相關(guān)配套編程與組態(tài)軟件.基于VIPA 500S PLC的瀝青混凝土攪拌設備模擬演示系統所依賴(lài)的PLC實(shí)現了和電腦的一體化,使整個(gè)硬件系統更集成,這種集成化設計是模擬演示系統的第一次嘗試,也是VIPA 500S PLC在推出市場(chǎng)后的首次應用.

    2系統工作原理與硬件組成

    2.1 系統工作原理

    模擬演示系統是在不通過(guò)其它低壓電器搭建控制電路的前提下,主要由電腦、HMI、PLC三部分通過(guò)MPI、串口、以太網(wǎng)通訊協(xié)議互相聯(lián)通,交換數據來(lái)實(shí)現模擬演示工業(yè)生產(chǎn)現場(chǎng)操作.

    2.2 硬件組成

    根據目前瀝青混凝土攪拌設備行業(yè)控制系統組成現狀,模擬演示系統硬件組成基本可由下圖表達,新功能的擴展只要在總線(xiàn)上掛接就可以了.該圖是以北京德基瀝青攪拌設備控制系統為藍本做出的模擬演示系統硬件組成圖.

          
   
    2.2.1 電腦系統

    包括電腦主機,顯示器,打印機.其中電腦主機可采用商業(yè)機,也可為工業(yè)控制計算機.鑒于工控機具有較強的防護等級,如較高的抗震,抗干擾等功能,工業(yè)現場(chǎng)多采用.因為模擬演示系統系統是在實(shí)驗室放置,所以也可考慮商用品牌機. 根據模擬演示系統資源占用實(shí)際情況,電腦核心配置如CPU等一般與市場(chǎng)主流配置接軌,其中留有較大擴展空間,如引入視頻控制,遠程監控等功能,這些功能的加入對CPU和內存都有較高的要求.

    顯示器按工業(yè)現場(chǎng)實(shí)際需要配置,目前流行單顯和雙顯兩種模式.多顯示器模式在瀝青攪拌設備行業(yè)還不多件.雙顯配置直觀(guān),簡(jiǎn)潔,該配置模式在行業(yè)應用廣泛,本文所述模擬演示系統即采用雙顯模式.

    2.2.2 人機界面(HMI)系統

    HMI最初是作為替代傳統按鈕,指示燈而使用的,到現在已經(jīng)擴展了打印,報警,報表等功能.其在工業(yè)自動(dòng)化控制中正在起著(zhù)不可替代的作用.在瀝青混凝土攪拌設備控制系統中,HMI更多的是作為冗語(yǔ)控制系統.也就是HMI系統相對獨立,它是電腦控制系統的備用系統.根據瀝青攪拌工藝控制要求的不同,HMI選型標準也不一樣,行業(yè)控制需求不外乎生產(chǎn)操作,狀態(tài)顯示,數據設定等.隨著(zhù)瀝青攪拌設備控制系統的智能化和人性化發(fā)展,視頻和數據處理功能也開(kāi)始應用到現場(chǎng)控制中.

    2.2.3 可編程控制器(PLC)

    模擬演示系統使用的PLC和工業(yè)現場(chǎng)設備中應用的PLC有所不同,主要是從控制功能考慮選型.本文所述模擬演示系統選用的是德國VIPA 500S PLC. 確切的講VIPA 500 是一種新型的板卡式的CPU,它需要插接在電腦主板上,通過(guò)DP/MPI通訊協(xié)議和外掛通訊模塊如DP353連接,實(shí)現整機組態(tài).因為模擬演示系統不需要實(shí)現對外部設備的實(shí)際控制,所以我們只選用VIPA 500 CPU,而不外掛任何其它模塊.這種設計模式大大簡(jiǎn)化了模擬演示系統外部硬件電路.

    2.2.4 其它

    短信模塊和視頻模塊是作為新的事物引入到瀝青混凝土攪拌設備控制系統的.短信模塊包括短信交換器模塊和移動(dòng)通訊卡(手機號碼卡);視頻模塊很簡(jiǎn)單,根據視頻采集要求選用普通的視頻攝像頭即可.

    2.3 軟件組成

    2.3.1 電腦操作系統

     根據組態(tài)軟件安裝和編程軟件安裝要求選用中文WIN 2000操作系統.版本為WIN2000  professional SP2以上版本

    2.3.2 PLC程序設計軟件

    因為本文模擬演示系統所對應的主機控制系統多采用的是SIEMENS低壓和自動(dòng)化產(chǎn)品,所以在模擬演示系統PLC選型時(shí)考慮了程序開(kāi)發(fā)周期問(wèn)題,同時(shí)根據性?xún)r(jià)比選擇了VIPA PLC.VIPA PLC和SIEMENS PLC軟硬件完全兼容,所以程序開(kāi)發(fā)軟件仍使用STEP 7.

    2.3.3 PC組態(tài)開(kāi)發(fā)軟件

    本文所論述的模擬演示系統對應PC組態(tài)軟件為杰控的Fameview 7.0

2.3.4 HMI組態(tài)開(kāi)發(fā)軟件

    模擬演示系統HMI產(chǎn)品選用的施奈德XBTGT 5000產(chǎn)品,對應組態(tài)開(kāi)發(fā)軟件為Vijeo-Designer

3 程序設計

3.1硬件組態(tài)

         
 
    如圖2所示,該組態(tài)是通過(guò)STEP 7組態(tài)實(shí)現的.從圖中可以看出硬件組態(tài)只添加了CPU 318-2和組件CP343-1.其中總線(xiàn)上掛接的DP300通訊模塊在該項目中沒(méi)有應用.從圖中可以看到VIPA 500硬件組態(tài)和普通西門(mén)子硬件組態(tài)存在一定的區別,下面分項加以解釋.

    VIPA PLC和西門(mén)子PLC軟硬件兼容是相對來(lái)說(shuō)的.就I/O模塊同系列的VIPA 和西門(mén)子可以互換互通.但是就軟件組態(tài)來(lái)說(shuō)還需要一定的規則.因為PLC硬件設計原因VIPA 500S系列PLC CPU在硬件組 態(tài)時(shí)對應西門(mén)子S7-300系列的 CPU 318-2.雙擊MPI/DP項設置MPI地址為2.此地址可以隨意設定,但是不能和MPI通訊伙伴的地址一樣.

    VIPA 500S板卡式CPU在概念上我們可以把它當作一塊以太網(wǎng)卡,上位機組態(tài)和500S的通訊是通過(guò)以太網(wǎng)通訊協(xié)議聯(lián)通.作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò ),各個(gè)站點(diǎn)的網(wǎng)址就必須要設定.雙擊硬件組態(tài)畫(huà)面中的CP343-1組件彈出如圖3 的網(wǎng)絡(luò )設置畫(huà)面.我們需要做的只是在子網(wǎng)區域添加一個(gè)”ETHERNET”,然后將IP地址和子網(wǎng)掩碼填寫(xiě)上即可.圖中IP地址設定為192.168.201.3

    PLC的IP地址設定后電腦IP地址同樣需要設定.設定方法為雙擊本地連接,進(jìn)入本地連接屬性對話(huà)框如圖4所示.雙擊”internet 協(xié)議(TCP/IP),在彈出的對話(huà)框中選擇手動(dòng)輸入IP地址和子網(wǎng)掩碼.在本系統中IP地址設定為192.168.201.2

              

                

    到此硬件組態(tài)基本完成.

    3.2模擬演示程序設計

    帶有冗余控制的瀝青混凝土攪拌設備的PLC程序設計一般分為兩部分，相對應與本文論述的模擬演示系統分為電腦控制和自動(dòng)控制。這里我們以自動(dòng)控制為例說(shuō)明程序設計過(guò)程。

    3.2.1 電機啟動(dòng)模擬程序設計

    電機啟動(dòng)程序設計中一般要加入接觸器觸點(diǎn)聯(lián)鎖條件，而VIPA 500沒(méi)有I/O模塊配置，所以外部輸入點(diǎn)無(wú)法接入。為了實(shí)現電機的模擬啟動(dòng)，程序設計可采用內部M繼電器來(lái)與原接觸器觸點(diǎn)并接實(shí)現.如工業(yè)現場(chǎng)應用空壓機啟動(dòng)對應輸入變量為I20.0,其對應數據塊為DB10.DBX0.0.在模擬演示S7程序中空壓機機啟動(dòng)部分增加了內部繼電器M100.0,那么只需將M100.0和I20.0并接即可實(shí)現M100.0與DB10.DBX0.0的對應.

              

    3.2.2 生產(chǎn)計量模擬程序設計

    生產(chǎn)計量的模擬是整個(gè)模擬演示系統的關(guān)鍵。該部分程序無(wú)法在源程序上修改完成，所以需要重新編程。為了保持原有程序結構的清晰可以考慮在原有項目程序中新增一FC功能，在主程序OB1中調用該功能以實(shí)現模擬稱(chēng)重信號的輸出。

    稱(chēng)重模擬信號的輸出在演示系統共分為四種，包括：骨料秤信號，粉料秤信號，瀝青秤信號，添加劑秤信號。其中骨料又細分為6種，粉料細分為3種，瀝青分為2種，添加劑分為一種。隨著(zhù)公路施工的要求的不斷提高，有可能還會(huì )出現五個(gè)秤甚至更多秤的模擬。

    稱(chēng)重模擬信號可以根據稱(chēng)重時(shí)間，卸料時(shí)間，稱(chēng)重誤差等生產(chǎn)參數來(lái)調整，要避免生產(chǎn)中頻繁出現某種物料計量超差或計量超時(shí)現象。

    緊急停機時(shí)會(huì )出現秤里存料現象，所以秤的清空需要由HMI組態(tài)按鈕來(lái)實(shí)現。按鈕的配置是根據按鈕觸發(fā)的變量在程序中的調用來(lái)決定的。按鈕對應變量可以對整個(gè)計量程序復位，也可以單獨對某一種物料復位，如骨料秤。本文所述模擬演示系統在HMI組態(tài)時(shí)新增了”P(pán)LC復位”按鈕,該鈕對真個(gè)PLC計量復位.

    3.2.3 燃燒器控制的模擬設計

    基于VIPA 500 PLC的模擬演示系統在模擬燃燒器控制時(shí)能夠實(shí)現風(fēng)門(mén)的開(kāi)度控制如鼓風(fēng)門(mén)，引風(fēng)門(mén)開(kāi)和閉，開(kāi)度百分比值隨風(fēng)門(mén)開(kāi)閉而增加減小。除塵器出入口溫度值，溜槽溫度值隨風(fēng)門(mén)開(kāi)度而程比例變化。同時(shí)，干燥筒負壓和除塵器壓差也按一定函數關(guān)系發(fā)生變化。

    4 上位機監控組態(tài)設計

    上位機監控組態(tài)設計分為PC監控組態(tài)設計和HMI監控組態(tài)設計。

    4.1 PC監控組態(tài)設計

    PC監控組態(tài)設計可以有兩種方式實(shí)現，第一種，獨立的監控組態(tài)設計。即充分利用組態(tài)軟件所提供的函數功能，實(shí)現二次開(kāi)發(fā)，以達到模擬演示效果。Fameview組態(tài)軟件支持Vbscript腳本函數，Vbscript腳本函數支持71種以上功能的實(shí)現,包括畫(huà)面表現,數據庫操作,報表輸出等等.能夠最大限度的的模擬工業(yè)現場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程，適合給客戶(hù)演示。

    第二種模式是基于VIPA 500 PLC，即上位機和PLC通過(guò)通訊實(shí)現監控組態(tài)模擬，前面第三章的程序設計即考慮了此組態(tài)方式。這種組態(tài)方式可以大量的借鑒瀝青混凝土攪拌設備在工業(yè)現場(chǎng)實(shí)際應用的組態(tài)設計，只做較少的修改即可。

    短信的組態(tài).短信息服務(wù)作為智能化生產(chǎn)的一部分,在瀝青攪拌控制行業(yè)開(kāi)始嶄露頭角.由模擬演示硬件組成圖可以看到,短信服務(wù)的原理是通過(guò)手機發(fā)送短信息給短信處理模塊(相當于另一部手機),短信處理模塊通過(guò)串口和上位PC機通訊,將需要處理的信息反饋回發(fā)送短消息的手機.

    短消息在上位機組態(tài)內容首先是選擇通信方式,傳送速率設定和短信服務(wù)中心號碼設定.如下圖所示,其中串口我們選擇COM1,波特率默認為38400,短信中心號碼不同地區有所不同,可咨詢(xún)當地運營(yíng)商.

                
      
    短信組態(tài)第二步就是組態(tài)短信息內容.短信內容可以是當前生產(chǎn)數據如,當前產(chǎn)量,當前瀝青溫度等;短信內容也可以是歷史生產(chǎn)數據,如過(guò)去某天的產(chǎn)量或溫度,電機電流值等.   
4.2 HMI組態(tài)設計
      HMI組態(tài)設計因HMI硬件性能而不同,這里以施奈德XBTGT為例,由于HMI組態(tài)軟件功能所限,該型號組態(tài)方式必須基于VIPA 500 PLC.相對與PC組態(tài)HMI組態(tài)更簡(jiǎn)單,只是增加了幾個(gè)外部生產(chǎn)控制按鈕,如”開(kāi)始生產(chǎn)”,”停止生產(chǎn)”,”P(pán)LC復位”等
       HMI視頻應用是比較新的事物,該應用打破了傳統視頻控制的模式.傳統視頻應用需要多臺監視器和視頻交換器,而HMI這些都不需要,所需要的只是多設定幾個(gè)視頻畫(huà)面即可.

          

    另外HMI視頻還可以錄制,拍照并保存.組態(tài)設計時(shí)首先添加視頻畫(huà)面,圖5所示視頻畫(huà)面為單窗口單畫(huà)面型,也可以在單窗口中顯示多個(gè)畫(huà)面,這可以根據需要來(lái)設置.

    視頻、圖象文件的保存路徑需要在組態(tài)設計時(shí)設定.支持視頻的XBTGT有外接存儲卡,視頻,圖象文件默認保存在存儲卡內.組態(tài)時(shí)鼠標雙擊項目的”數據定位”選項,

                  

    將數據文件選項對應的設置設為”第二驅動(dòng)器”即可.

    5 結論

    基于VIPA 500S PLC的模擬演示系統硬件配置簡(jiǎn)單,軟件編程和組態(tài)任務(wù)小,開(kāi)發(fā)周期短.能夠實(shí)現工業(yè)現場(chǎng)生產(chǎn)工藝流程和工況的模擬演示.該系統已經(jīng)在北京德基瀝青混凝土攪拌設備銷(xiāo)售演示和公司員工業(yè)務(wù)培訓中廣泛的應用.