摘 要： 設計了以西門子S7-300PLC為核心、以高壓風源為動力的電焊遠程集散控制系統（DCS），實現了電焊作業通風除塵的自動控制。
關鍵詞： DCS S7-300PLC 電焊除塵 Visual C++
電焊作業現場設置除塵器是環境保護工作中采取的一項必要的措施。通常使用的除塵系統是由風機和起過濾作用的除塵布袋組成，它具有以下幾個方面問題：
(1)在生產現場作業時，風機工作與電焊作業脫節，二者間缺乏互鎖，造成電能的大量浪費。(2)除塵器因布袋清灰不利而逐漸失效。(3)存在二次揚塵污染。清灰裝置為人工振打式。此結構要求操作者打開除塵器拉門，振動除塵器的手動振灰桿清灰，因此存在二次揚塵污染。(4)灰屜內積灰過多，不能及時清理。
DCS、PLC和工業控制計算機是當前工業控制領域內的主力軍，它們之間的緊密結合，大大推動了工業自動化的進程[1]。本文所討論的控制系統就是把DCS、PLC與工業控制計算機有機地結合在一起。在DCS系統中加入了工業控制計算機和PLC，從而集合了三者的優勢，既能實現邏輯及順序控制，又能很好地完成過程控制。
1 控制系統的組成
1.1 DCS系統的組成
某廠遠程監控DCS系統主要由主控室的監控主計算機(工程師站)、現場監測計算機(操作員站)和四臺西門子公司的S7-300系列的PLC組成。其系統組成如圖1所示。
其中的電焊排塵遠程監控為整個DCS系統的一部分。該電焊排塵控制系統采用四級集散控制結構，即現場控制系統、PLC程控系統、現場監測控制系統和遠程監控系統。電焊排塵控制系統的結構如圖2所示。
1.2 新型電焊排塵系統的組成
西門子公司的S7-300系列可編程控制器(PLC)具有極高的性能價格比，目前已經在許多領域得到廣泛的應用[3]。PLC將傳統的繼電器控制技術和計算機控制技術融為一體，改善了操作性能，減輕了操作人員的勞動強度，滿足了安全生產的要求。電焊排塵自動控制系統以S7-300為控制核心，其結構方塊圖如圖3所示。
2 系統的軟件設計
軟件系統由工程師站（主控PC）軟件、操作員站（現場PC）軟件和新型電焊排塵系統軟件組成。
2.1 工程師站軟件設計
工程師站（主控PC）功能主要是呼叫現場PC（操作員站），并向現場PC發送控制命令。其工作過程為主控PC發送需呼叫命令，等待接收從機的應答信號。若應答信號正確則發送控制命令；若應答信號不正確則再發送需呼叫的地址，并等待接收應答信號。若從機多次呼叫而在規定時間內無應答信號或應答信號不正確，則提示錯誤信息。圖4為主控機通信流程圖。
主控通信程序使用VC 6.0 提供的串行端口控件Microsoft Common control(MSComm)來為應用程序提供串行通信。該控件使用事件驅動或查詢方式解決通信中的問題，屏蔽了通信過程中的底層操作。程序員可以設置、監視MSComm控件的屬性和事件，結合Timer控件即可完成對串行口的初始化和數據的輸入、輸出工作，實現串行異步通信[4][5]。
2.2 操作員站軟件設計
操作員站（現場PC）的通信功能主要包括接收主站的命令，呼叫各從機、并向各從機發送控制命令。其工作過程為主控機發送需呼叫的從機的地址，等待接收從機的應答信號。若應答信號正確則發送控制命令；若應答信號不正確則再發送需呼叫的地址，并等待接收應答信號。對同一從機多次呼叫而在規定時間內無應答信號或應答信號不正確，則提示錯誤信息。此通信過程與主控計算機的通信功能相似。圖5為現場PC串行中斷處理流程圖。
操作員站的通信程序同樣使用VC6.0提供的串行端口控件MSComm實現。主控PC串行口與現場PC串行口的設置要一致，即數據格式一致，通信速率相同。
2.3 新型電焊排塵系統軟件設計
2.3.1 電焊排塵、清灰自動控制系統的工作原理
排塵、清灰氣控裝置原理如圖6所示。電焊工作時，煙敏元件響應并發出信號給PLC，實現風機隨電焊作業的同步啟動，排除電焊工場煙塵氣體，系統執行通風過濾過程。當風機工作的有效積累時間達到預定值后，PLC根據內部程序，首先控制主風路電磁閥啟動，然后各支路電磁閥順序啟動工作，實現對布袋的高壓噴吹清灰。清灰完畢后各支路電磁閥全部關閉，主風路電磁閥最后關閉。這時風機的有效工作時間重新累計。當灰屜內積灰過多時，壓力傳感器則反饋信號給PLC，由PLC控制語音報警器并提示徹底清除灰屜內積灰，打開除塵器箱，門上限位開關工作，所有動作皆停止，清除灰屜內積灰，這樣則完成一次工作過程。合上除塵器箱后，又重新累計風機工作的有效時間，重復上述過程。電焊排塵、清灰自動控制的主要步驟如圖7所示。
2.3.2 PLC通信程序軟件的設計
PLC的通信軟件程序流程框圖如圖8所示。PLC串行口通信與操作員站串行口通信的設置要一致，即數據格式一致，通信波特率相同。
3 應用效果
在新系統設計中，針對原除塵系統存在的主要問題，結合排塵器結構改造，對控制系統進行了集成化、自動化控制設計[3]。改造后的系統運行安全可靠，操作簡單。通過試運行，效果良好。該系統主要優點是：(1)實現了遠程監控。主控室的監控主計算機相當于工程師站，可以監視、控制現場設備的運行狀態。(2)解決了風機工作與電焊作業脫節而造成能源大量浪費的問題。(3)PLC根據時序令相應的電磁閥開、閉，控制各支路高壓風通斷，自動完成清灰過程，解決了布袋清灰不利而造成除塵器系統失效和二次揚塵污染的問題。(4)在灰屜內積灰過多時，壓力傳感器自動響應，發出信號給PLC，PLC控制語音報警器提示徹底清除灰屜內積灰，解決了積灰過多不能及時清理對除塵系統帶來負面影響的問題。(5)操作簡單易懂，普通職工平均接受半小時培訓以后就能熟練操作。
4 結束語
本文對某廠改造的DCS系統中的電焊排塵控制部分的組成及其功能實現進行了綜述。以PLC控制技術為核心的新型電焊排塵控制系統的設計，消除了原有除塵系統的缺陷和不足。此系統的改造成功既保障了生產過程安全、可靠，同時又提高了生產過程的自動化程度，具有廣闊的應用前景。
參考文獻
1 陳紹華.機械設備電器控制.廣州：華南理工大學出版社，1994
2 侯自林.過程控制與自動化儀表.北京：機械工業出版社，2000
3 西門子有限公司.西門子SIMATIC S7-300可編程序控制器系統手冊，2000
4 陳元琰.VisualC++6.0編程實用技術與案例.北京：清華大學出版社，2001
5 Visual C++6.0技術內幕.北京：北京希望電子出版社，1999