1、系統(tǒng)組成

某電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)備具有良好的可控性够菊，利用PLC和工業(yè)控制計算機對其進行實時監(jiān)控管理就初，系統(tǒng)基本組成如圖1所示。

采用3臺西門子公司的SIMATIC S5—115U可編程序控制器控制現(xiàn)場的一次設(shè)備蛔琅，程控系統(tǒng)分為3套胎许，依次為＃1補給水處理單元、＃2補給水處理單元罗售、＃3凝結(jié)水處理單元辜窑。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

操作員站選用兩臺研華586工控機，軟件開發(fā)平臺選用美國Intellution公司的FIX5.5組態(tài)軟件寨躁。FIX5.5是一種能完成數(shù)據(jù)采集及控制穆碎、報警、圖形數(shù)據(jù)顯示等功能的完整工業(yè)自動化軟件职恳，該版本在WINDOWS或WINDOWSNT環(huán)境下運行所禀，采用了圖形用戶界面，相應(yīng)其內(nèi)部的圖形處理是基于第三代圖形技術(shù)话肖。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用SINEC L2網(wǎng)北秽，它把SIMATIC系列可編程序控制器以及工控機連成網(wǎng)絡(luò)葡幸。SNEC L2是令牌總線網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)是雙絞線或光纜贺氓。每個節(jié)點通過總線連接器連到總線網(wǎng)上蔚叨，在本系統(tǒng)中，三臺PLC之間以及與兩臺工控機之間都實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通訊猫单。

該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點议猛，即控制功能分散，操作管理集中朗猖◇溃控制功能分散意味著系統(tǒng)實時響應(yīng)快和系統(tǒng)危險分散，操作管理集中便于集中管理殿膏，方案配置還具有冗余特性策哈。

2、PLC及其程序設(shè)計

2.1 SIMATIC S5-115U硬件組成及編程概要

可編程序控制器SIMATIC S5-115U采用標準的模塊式結(jié)構(gòu)尘箫，電源泪缨、CPU、各種I/O模件都插在一塊母板上呛营，并可以根據(jù)不同的I/O點數(shù)增加擴展母板虱忙，輸入、輸出模件和存儲器的精細分級嘲谚，使得這種裝置具有較強的配置適應(yīng)能力狼楔；通過通訊處理器和局部網(wǎng)，可方便地實現(xiàn)PLC之間及與計算機的通訊缴渊。

SIMATIC S5-115U的編程語言是STEP5赏壹，有3種表達方法，即控制系統(tǒng)流程圖CSF疟暖，梯形圖LAD和語句表STL卡儒。其中語句表STL最接近于機器內(nèi)部的控制程序田柔，功能也比前兩種方法豐富得多俐巴，因此在本系統(tǒng)實際編程應(yīng)用中全部采用語句表STL。

STEP5的最大特點是采用了結(jié)構(gòu)化編程方法硬爆，并提供大量標準功能塊如乘法功能塊FB242欣舵、通訊功能塊FB244等，使得編程工作大大簡化缀磕，而且所編程序條理清晰缘圈，易于讀懂、修改和測試袜蚕，這一優(yōu)點尤其在編制大型復(fù)雜程序時更能顯現(xiàn)出來糟把。

要完成復(fù)雜任務(wù)绢涡，可以把整個程序分成一個個獨立的程序塊，STEP5有5種塊類型堡雁，即組織塊(OB)搀尊、程序塊(PB)、順序塊(SB)淹疙、功能塊(FB)和數(shù)據(jù)塊(DB)针容，其中組織塊(OB)用以管理用戶程序，形成了操作系統(tǒng)和控制程序之間的接口柴哈，所有其它類型塊在此被調(diào)用執(zhí)行补蛋。功能塊(FB)用于實現(xiàn)反復(fù)調(diào)用或者特別復(fù)雜的程序功能，這些功能塊可以是系統(tǒng)以標準功能塊的形式提供的冶巴，也可以由用戶自己編制为毛。例如標準功能塊FB242就可以實現(xiàn)16位二進制乘法功能、FB244可以實現(xiàn)CPU與通訊處理器之間的數(shù)據(jù)傳送顺鸯，用到這些功能時可以直接調(diào)用這些功能塊赤巢。

2.2 SIMATIC S5-115U大型程序的設(shè)計

以本系統(tǒng)＃1補給水處理單元的控制程序為例，在組織塊OB1內(nèi)主要有下面幾條語句析崎，完成各功能塊的無條件調(diào)用仁热。

JU FB1 (定義PLC1向兩臺工控機傳送的數(shù)據(jù))
JU FB2 (定義兩臺工控機向PLC1傳送的數(shù)據(jù))
JU FB231 (完成PLC1與兩臺工控機之間通訊的基本設(shè)置)
JU FB232 (完成PLC1與PLC2、PLC3之間通訊的基本設(shè)置)
JU FB4 (實現(xiàn)自動控制及無擾切換功能)
JU FB3 (氣動門及電動門控制)
JU FB10 (實現(xiàn)模擬量處理功能)
JU FB11 (報警處理)

在FB1勾哩、FB2內(nèi)主要將需要通訊的數(shù)據(jù)分別寫入某數(shù)據(jù)塊如DB10的相應(yīng)位抗蠢，由此才能與通訊處理器中的變量取得一致。在FB231中調(diào)用兩個STEP5本身提供的標準功能塊FB244(發(fā)送數(shù)據(jù))思劳、FB245(接收數(shù)據(jù))迅矛，再根據(jù)通訊處理器填寫一些必要的參數(shù)如接口、作業(yè)號等潜叛，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能秽褒。在FB232內(nèi)按照通訊處理器分配的數(shù)據(jù)位，定義3臺PLC之間需要傳送的數(shù)據(jù)威兜。在FB4內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程要求及操作規(guī)范销斟，充分利用其它功能塊及I/O模塊傳送的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制及無擾切換功能椒舵；針對多個被控對象相似的特點蚂踊，分別編制了幾個有代表性的功能塊FB20、FB30笔宿、FB40犁钟，例如在FB4內(nèi)多次調(diào)用了FB20以便解決PLC內(nèi)某程序步時間和工控機畫面顯示時間保持一致的問題，而且FB20內(nèi)又調(diào)用了乘法功能塊FB244徙掠。FB3根據(jù)FB4發(fā)出的自動程序步指令去控制氣動門恃葫、電動門及泵等現(xiàn)場設(shè)備革陋。FB10負責(zé)所有模擬量的處理，在此調(diào)用了開方功能塊FB5悉镜。FB11根據(jù)FB10轉(zhuǎn)換出來的數(shù)據(jù)阶务，對模擬量進行報警處理，在此一定要注意模擬量和PLC內(nèi)部數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系恕琅，以保證模擬量顯示和報警的準確性忧龙。

3、工控機監(jiān)控管理軟件的設(shè)計

工控機監(jiān)控管理軟件在FIX5.5軟件平臺下完成接窍，F(xiàn)IX55是一個高精度模塊化的軟件系統(tǒng)渣雁，包括十幾種軟件模塊，在此主要介紹開發(fā)本應(yīng)用軟件時所用到的幾種軟件模塊川霞。

(1) 系統(tǒng)配置模塊(SCU)：它主要完成網(wǎng)絡(luò)兑蹦、I/O驅(qū)動程序、數(shù)據(jù)庫名稱勇垛、系統(tǒng)啟動參數(shù)及初始啟動任務(wù)等配置脖母。Intellution公司和第三方廠商為PLC、I/O卡編寫了300多種I/O驅(qū)動程序闲孤，如SIEMENS谆级、OMRON、MODICON讼积、ABB等公司產(chǎn)品的驅(qū)動程序肥照，并提供I/O驅(qū)動程序開發(fā)工具包，供用戶開發(fā)自己的I/O驅(qū)動程序勤众。

(2) 數(shù)據(jù)掃描舆绎、報警和控制模塊(SAC)：它用來實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的掃描、信號調(diào)理们颜、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換吕朵，報警條件判別及實現(xiàn)遙控輸出等功能，SAC將處理的現(xiàn)場數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫窥突，或?qū)⑦b控輸出的數(shù)據(jù)送到I/O驅(qū)動程序努溃，以便實現(xiàn)遙控輸出功能。

(3) 實時數(shù)據(jù)庫管理模塊(DATABASE BUILDER)：它提供以交互方式建立實時數(shù)據(jù)庫和在線顯示/修改實時數(shù)據(jù)庫的功能波岛，它是系統(tǒng)運行的主要數(shù)據(jù)來源乾哆。用戶需要在此做很大一部分工作道竖，最主要的是填寫變量的標簽名锅吝，從而將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的變量標簽一一對應(yīng)起來，以便在其它模塊中調(diào)用此數(shù)據(jù)汰浊。在填寫變量標簽名時既要講究規(guī)范性又要有技巧性询晦，首先需要遵循FIX軟件的語法要求坑箭，其次按照一定的分類標準定義標簽名，以便在以后的數(shù)據(jù)查詢及應(yīng)用中提高效率捉泣。

(4) 繪圖模塊(DRAW)：FIX擁有一個直觀的弹臂、基于對象的圖形化用戶接口(GUI)，它簡化了圖形開發(fā)過程舵素。為了建立畫面梨伸，可以用DRAW提供的工具箱(TOOL BOX)生成某些對象如閥門、泵弥容、記錄表等痪罐，并定義其動態(tài)特性，即對象基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)改變狀態(tài)葫督、大小竭鞍、顏色、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)橄镜、移動等偎快，例如閥門的開或關(guān)、泵的轉(zhuǎn)或停洽胶，這些工作可以在一個對話框內(nèi)完成晒夹，主要是將實時數(shù)據(jù)庫中的變量標簽與相應(yīng)對象聯(lián)系起來，從而使對象狀態(tài)隨著現(xiàn)場數(shù)據(jù)改變姊氓。為了減少圖形開發(fā)時間惋戏，Intellution公司還提供了一個常用設(shè)備對象的圖形庫，其中有多種國際標準圖形他膳，可隨時粘貼到用戶畫面中响逢，同時用戶可以把自己畫好的常用圖形保存到圖形庫中，以方便以后使用棕孙。

(5) 顯示模塊(VIEW)：它的主要功能是動態(tài)顯示由DRAW建立的畫面舔亭，可以在多幅畫面間切換、改變畫面形態(tài)椅洗、輸入數(shù)據(jù)巧焕、實現(xiàn)監(jiān)控等，這就是提供給用戶的實際操作畫面耍缩。

4转甥、系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具有上位機監(jiān)控功能和模擬盤監(jiān)控功能，兩者互為熱備用方式并列運行交印。在上位機畫面上設(shè)有上位機手動享立、上位機自動、上位機監(jiān)視3種工作方式丘梭，方式之間的切換是無擾動的嫂镇。

當系統(tǒng)需要由模擬盤監(jiān)控時抢熟，上位機畫面選擇上位機監(jiān)視工作方式。此時系統(tǒng)狀態(tài)由模擬盤M/A轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)決定竞茂，M/A置手動匾蛆，可利用模擬盤按鍵在模擬盤上進行一對一手動操作。當M/A置自動時固啡，系統(tǒng)可由自動程序?qū)崿F(xiàn)水處理的自動控制切油。

當系統(tǒng)需要由上位機監(jiān)控時，可在上位機畫面上選擇上位機手動和上位機自動功能名惩。選擇上位機手動時白翻，可在上位機畫面上實現(xiàn)就地設(shè)備的一對一手操。選擇上位機自動時绢片，可在上位機畫面上進行自動啟吐蒜桑控制，自動控制程序與模擬盤自動控制功能相同底循。

5巢株、結(jié)束語

在大中型生產(chǎn)系統(tǒng)中，單機使用可編程控制器的時代已經(jīng)過去熙涤，其與工控機的有機結(jié)合以及計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用阁苞，大大提高了生產(chǎn)現(xiàn)場的自動化控制水平和管理水平，這是必然的趨勢祠挫。