摘要:系統采用DOP作為人機界面，S7 300-PLC完成過程控制，程控制程序對過程變量實時采集、數字整定、優化控制對象、實施在線控制、應用系統功能塊完成洗梗水溫恒溫控制，保證洗梗機控制系統可靠工作。
關鍵詞：人機界面，PLC，洗梗，過程控制
在煙草制品中，除煙葉可以加工煙絲外，加工過程中產生大量煙梗也可以利用，煙梗加工過程中需要去雜質，恢復柔韌性，才能利于煙梗切片加工，處理過程就需要煙?；爻?。水槽式煙?；爻睓C是梗處理線上的一臺主要設備，它利用循環恒水溫介質將煙梗進行凈化處理。設備主要由洗梗箱體、管路系統、輸送網帶和水分控制四部分。整個水分過程控制主要由水溫、煙梗水中停留時間、壓縮空氣吹水量來控制水分達到工藝要求。
根據設備工作的需要，我們設計基于DOP人機界面的PLC洗梗機控制系統必須保證洗梗機水份達到工藝要求，本系統DOP人機界面作為觸摸顯示屏，采用S7-300 PLC作為控制主機，組成控制系統，構成系統可以完成水溫的模擬量閉環控制，水位的數字量閉環控制，循環水流速度可調節開環控制，上下游水位的聯鎖控制。系統工作穩定控制精度高，滿足系統工藝要求。
1 控制系統的硬件組成
洗梗機硬件系統主要由四部分組成，第一部分是人機界面，系統選用中達電通公司的DOP—AE80THTD觸摸屏，AE80觸摸屏有65536色，32位RISC微處理器，32M存儲器，512K斷電保持，USB編程。有3個串行通訊口，RS232/RS422/RS485三種通訊接口可供選擇，考慮我們用S7-312C直接通訊，我們用RS485接口，觸摸屏完成系統顯示和控制以及系統控制參數調整，溫度變化趨勢圖、故障報警等任務。第二部分過程控制部分的PLC由S7-312-5BOO-OABO完成，它有1O個數字量輸入，個數字量輸出，可以滿足本系統的數字量需要，除CPU312C外需要通過硬件組態配置一個模擬量輸入模塊6ES7331-7KFO2-OABO，它是8路12bit擬量A/D轉換模塊，12位控制精度可以滿足本系統要求，8路輸入可以可以配置成3路溫度鉑電阻PT100輸入,0～10V電壓輸入供變頻器輸入速度信號，經轉化量顯示水流速度。一個模擬量輸出模塊6ES7332-5HB01-OABO,它是4路12位模擬輸出模塊系統一路輸出4～20mA控制氣動薄膜調節閥，通過閥門開度控制水箱溫度恒定。第三部分是系統輸入檢測器，數字量輸入完成基本起停聯鎖以及水位控制。模擬量輸入溫度檢測，由pTl00傳感器完成3路溫度信號檢測，供水箱溫度閉環控制。一路電壓輸入，輸入變頻器輸出頻率，經系統轉化為數字信號供觸摸屏顯示水流速度。第四部分是執行器，主要控制系統上下游聯鎖輸出信號，水流變頻器起停。加水電磁閥控制水位，入水加溫電磁閥控制入水溫度。保溫氣動薄膜調節閥，完成水箱溫度的恒溫控制。具體組成見圖1。
2 DOP觸摸屏與西門子PLC通訊
西門子S7-312C PLC通訊口只有MPI接口，不具有標準的RS232和RS485接口，通常觸摸屏只連接西門子自己的觸摸屏，用自己的MPI接口，但西門子觸摸屏價格較高，有時考系統性價比，選用其它品牌，這樣通訊協議設定就需要多一些技術，通常采用西門子公司PC-MPI轉接電纜連接，這樣簡單可靠但成本較高，硬件安裝多個轉換盒，安裝不方便。本系統采用直接連接，協議設定就尤其重要，具體設置過程如下：首先通訊速率：19200，8,EVEN,1.（RS485）；然后PLC站號：最后是控制區/狀態區：DBWO/DBW20。需要注意事項的有此驅動只能用于1臺DOP人機界面連1臺PLC；PLC通訊速率需改為19200，（8,EVEN,1.）；不可使用2個通訊口都用；DOP站號需設為O～15，若超過此范圍，則通訊協議自動改為15；沒有接連接電纜時，DOP人機界面約5s后，會顯示Error message。若接上連接電纜時，DOP人機界面需重新送電，才能連上通訊成功；送電后，因DOP需接受PLC通知后方可連上。故第1次聯機所需時間較長，正常情況下，應在5s內連上；此協議為多段來回的通訊（1個命令需DOP HMI與PLC通訊多次，方可完成）。故通訊速度較一般控制器慢。但與S7-300使用PC adapter速度基本相同。具體DOP觸摸屏與PLC硬件接線如圖2。
3 模擬量模塊的設計
3.1 模擬量模塊的設置
在洗梗機水分控制部分中，選用SM331，模擬量輸入模塊是將模擬信號轉換為CPU內部處理用的數字信號，其主要組成是A/D轉換器。一般模擬由變送器輸出標準直流電壓、直流電流信號。SM331可以直接連接不帶變送器的溫度傳感器，這樣不用溫度變送器，不但節約硬件成本，而且減少故障點。但直接連接傳感器需要對測量范圍進行設置。S7331-7KFO2-OABO模擬量模塊的輸入類型用模塊側面的量程卡來設置。量程卡安裝在模擬模塊側面，每2個通道一組，8個通道4個量程卡，當設定為溫度時，2個通道為1路輸入。供貨時通常設置在默認的B位置（±10V）。需要設定3路溫度檢測，根據資料A為溫度傳感器輸入。所以使用改錐，將量程卡從模擬量輸入模塊中松開，再將量程卡選好位置A指向模塊標記點，插入量程卡。系統將3塊量程卡設為A，第四塊不變仍為B，這樣完成3路溫度、2路電壓輸入的量程卡設置。硬件設置完后要進行聯機進入STEP7中硬件設置中選擇模擬量量程，具體STEP7中模擬量輸入模塊量程設置如圖3。
3.2 模擬值模塊轉換、循環和響應時間
轉換時間由基本轉換時問和模塊的測試及監控處理時間組成。基本轉換時間直接取決于模擬量輸入模塊的轉換方法（積分方法，瞬時值轉換）。模擬量輸入通道的掃描時間，即模擬量輸入值本次轉換到下一次轉換時所經歷的時間，是指模擬量輸入模塊的所有激活模擬量輸入通道的轉換時間總和。模擬量輸出通道的轉換時間由兩部分組成：數字量數值從CPU存儲器傳送到輸出模塊的時問和模擬量模塊的數一模轉換時間。模擬量輸出通道也是順序轉換，即模擬量輸出通道依次轉換。掃描時間，即模擬量輸出值本次轉換到再次轉換時所經歷的時間，是指模擬量輸出模塊的所有激活的模擬量輸出通道的轉換時間總和，所以可以通過在STEP7中禁用所有沒有使用的模擬量通道，來降低I/O掃描時間。
3.3 連接傳感器至模擬量輸入
根據測量方法的不同，我們可以將電壓或電阻等不同類型的傳感器連接到模擬量輸入模塊。為了減少電磁干擾，對于模擬信號應使用屏蔽雙絞電纜，并且模擬信號電纜的屏蔽層應該兩端接地。如果電纜兩端存在電位差，將會在屏蔽層中產生等電勢耦合電流，造成對模擬信號的干擾。在這種情況下，應該讓電纜的屏蔽層一端接地。對于帶隔離的模擬量輸入模塊，在CPU的M端和測量電路參考點MANA（一般是端子10和11）之間沒有電氣連接。如果參考電壓UN和CPU的M端存在一個電位差UISO,必須選用隔離模擬輸入模塊。通過在MANA端子和CPU的M端子之間使用一根等電位連接導線，可以確保UISO不會超過允許值。如果使用的傳感器是非隔離傳感器，在輸入通道的測量線M-和測量電路的參考點MAA之間會發生有限電位差UCM（共模電壓）。為了防止超過允許值，在測量點之間必須使用等電勢連接導線。
4 溫度控制程序功能塊設計
STEP7程序允許在線和離線編輯程序，首先創建OB1系統組織塊，然后創建定時中斷組織塊OB35,在OB35中調用溫度控制功能塊FB58，調用FB58前提是在STEP7中安裝標準庫（Standard Library）,調用過程是打開OB35→點擊View→點擊Overview→點擊右側Library→點擊Standard Librar→點擊PID Control Blocks→點擊FB58溫度控制功能塊，在輸入參數時，輸入背景數據庫DB1。DB1作為OB35背景數據庫，背景數據庫中的數據結構是由系統自動生成，用戶不能修改，必須按標準庫中的數據格式要求輸入數據，在背景數據庫中還有一些系統控制參數設定，有些控制參數也可以在背景數據庫中修改，打開背景數據庫DB1,選擇參數視圖，就可以修改參數如：采樣周期、PID參數、上下限、脈沖輸出等。
在OB35中調用FB58功能，輸入響應控制量、數字量及模擬量等，當參數輸入完成，系統就可以運行程序。在程序調用LAD顯示當中有十幾個輸入中可以選擇必須的輸入，有些必須輸入，有些可以用系統默認值，在本系統啟動后輸出M6.0,啟動FB58。設定值用變量SP＿INT是浮點數格式必需輸入，通過觸摸屏輸人數據MW2,MW2轉化成浮點數MD6中，MD6作為SP＿INT；過程變量輸入用PV＿PER（外圍過程控制變量）輸入外圍設備（I/O）格式過程變量，即用S7—331—7KF02模擬量輸入模塊的PIW258的數字值作為過程變量，如果將此數據轉化為浮點數，即可輸入PV＿IN，梯形圖中程序PV＿IN和PV＿PER輸入1個即可，輸入PV＿PER即簡單又減少轉化控制程序的編寫，在控制功能塊中，一般常輸入PV＿PER在功能塊中將PV＿PER轉化為浮點數PV＿IN，用設定值SP＿INT減去PV＿IN就是誤差。在系統中參與PID控制。功能塊還有手動功能，當外界條件不滿足自動工作條件可以用手動控制工作，具體是將其中MAN＿ON設置為M1.O,當M1.0為1時，可以將設定觸摸屏設定手動輸出數據MD10,設定MAM為MD10中，LMN＿PER過程輸出直接輸出控制值?！?br />
控制器有7個輸出可以作為系統控制的控制輸出和顯示用輸出，其中主要利用PV格式化過程變量，可以作為蒸氣調節閥閥開度顯示。LMN＿PER是I/O格式的控制量輸出值，這里直接輸出到PQW272，在模擬量輸出端輸出4～10mA控制氣動薄膜調節閥。功能模塊還有QLMN＿HLM、QLMN＿LLM上下限報警。這樣功能塊程序設計基本完成。溫度控制功能塊編程界面如圖4。
5 結束語
DOP人機界面美觀大方、具有直觀的圖形化界面、操作簡單、使用方便，把復雜生產線監控變得簡單明了，大大減少了勞動強度，在洗梗機控制系統的生產實踐表明，該系統各項功能滿足生產需要，提高了生產效率。應用DOP人機界面完成的梗絲水溫自動控制系統，從而保證梗絲的水份在合格范圍內。
參考文獻
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