摘 要：本文介紹了基于西門子S7-200PLC的粘膠生產控制自動化系統。論述了如何實現掉電保護功能，參數下載功能，變量記錄功能以及通過Wincc來監控PLC;其中的參數下載功能具有故障提示功能。 關鍵詞：WinCC 歸檔 OPC Abstract: This paper introduces the glue production automatic control system which is built based on S7-200 programmable logic controller （PLC） of Siemens. How to implement the functionality of power-off protection is described here. Using WinCC to monitor the PLC of 200 series visa the OPC protocol is also discussed. The monitor software has the functions of parameter downloading and variable recording and archiving. The feasibility has been verified through the practical production process. Keywords: WinCC Archiving OPC 1.引言 　　粘膠生產控制系統中最重要的是對溫度的控制，溫度控制的好壞直接影響粘膠的質量，傳統的控制系統都是基于繼電器的手動控制系統，這種系統不僅控制性能不理想，在生產過程中操作人員必須全程監控、可靠性低，而且現場惡劣的生產條件給操作人員帶來很大的精神壓力。針對這種情況，本文描述了基于西門子公司S7-200系列PLC的生產自動化控制系統，論述了構建在這個控制系統上的監控軟件，監控軟件是用WinCC實現的。本文著重分析了控制系統的掉電保護功能、S7-200與WinCC的通訊、監控軟件的參數下載功能以及變量記錄功能。 2.控制系統及控制原理 　　控制系統中控制器由一個CPU及兩個PLC模塊組成：S7-200系列中的CPU224，一個熱電阻輸入模塊EM231，一個模擬量輸出模塊EM232，三者通過自身所帶的電纜直接相連。其中EM231接受來自反應爐里的溫度傳感器輸入的信號，CPU224中的PID算法的運算結果通過模擬量輸出模塊EM232輸出電流信號（模擬量）來控制電磁閥一的開度，同時它來單獨輸出一個開關量來控制電磁閥二的開和關，控制系統結構框圖如圖1所示： [align=center] 圖1 控制系統結構框圖[/align] 　　控制過程中，電磁閥二的狀態只有兩種：全開和關。基本的控制思想是：當實際值與設定值相差超過+1.5℃時，CPU224輸出一個開關量使電磁閥二完全打開，待溫差降到在+1℃范圍或者反應爐溫度低于設定值時，電磁閥二關閉，CPU224中的PID調節器開始起作用，調節器輸出控制電磁閥二的開度，使反應爐的溫度穩定在要求的±1℃內。PID調節器起主要的控制作用，開關量電磁閥的設計是為了防止反應爐溫度超過PID的可調節范圍。 3.系統實現 　　3.1掉電保護 　　工廠所在地區偶爾會停電，反應爐備有一個發電機，若停電發電機立即啟動，向反應爐及其控制系統繼續供電，但其間會有大約4分鐘的停電間隙，為了保持生產需要停電恢復后控制系統能按照停電前的狀態繼續控制反應爐，這里可以利用S7-200內置的掉電保護[1]機制，在編寫粘膠生產控制程序時可以將程序狀態以及一些重要的數據保存在EEPROM里，當供電恢復時，程序讀取這些數據。具體做法是：在用STEP-7編寫程序時，定義程序系統塊中的掉電保護范圍，將M存儲區的前12個字節（MB0到MB11）定義為掉電保護，程序中將階段標志，反應爐運行時間等數據（見表1）復制到這段存儲區，這樣即使在超級電容失效的情況下，備用發動機供電后，仍然可以將PLC恢復到掉電前的狀態，使反應爐接著先前的工序生產。 　　表1 MB0-MB13存儲區保存的內容 　　3.2 WinCC與S7-200的通訊 　　一般來說，可以通過WinCC、觸摸屏、自由口通訊三種方式來監控S7-200。用觸摸屏進行監控，可靠性高，不需要考慮通訊問題，設計容易，但是價格高，擴展性差;用自由口通訊，優點就是可以用任何編程工具來實現，投資低，缺點是可靠性低，而且需要占有PLC內部資源。對于該工廠而言，一方面要考慮經濟因素，另一方面由于擴大生產的需要，擴展性很重要，因此本次項目選用WinCC作為監控軟件的界面開發平臺。 　　由于SIMATIC WinCC是采用了最新的32位技術的過程監控軟件，具有良好的開放性和靈活性，所以無論是單用戶系統，還是冗余多服務器/多用戶系統，WinCC均是較好的選擇。但由于西門子公司S7-200系列PLC比監控組態軟件WinCC推出晚，WinCC中沒有集成S7-200系列PLC的通信驅動程序，因此需通過Profibus, OPC與S7-200通訊[2]。采用OPC方式簡單，只需要有一個OPC Server，這可以通過S7-200 PC Access軟件來實現;而采用Profibus方式，需要一個Profibus DP模塊，一個通訊模塊如CP5412，還需要Profibus電纜，整體成本遠高于采用OPC方式，因此本次改造采用基于OPC的WinCC監控方式。 　　3.3 參數下載功能 　　該工廠需要生產不同品種的粘膠，每種粘膠的生產工藝不一樣，并且每種粘膠的生產過程由若干個化學反應過程組成，這些化學反應需要的環境溫度也各不相同。若把這些具體的溫度值放在程序里，當生產工藝改變時，就必須修改程序，這就要求工廠的操作人員有較高的程序設計能力，同時系統的可維護性也低。另一方面，對于不同的生產工藝，控制器的PID參數不同，基于上面所述的原因，PID參數設定也應該從程序中分離。 　　參數下載是監控軟件的一個重要功能，在下載過程中，WinCC與PLC通訊可能不正常，造成下載失敗，這就需要一個糾錯過程。解決的方法是，在監控界面里用戶輸入的只是WinCC中的一些內部變量，同時設計一些表格和曲線，它們用來顯示OPC的客戶端的變量（也即WinCC過程變量），當相對應的數據一致時，表示參數下載成功，一次典型失敗下載如圖2所示。 [align=center] 圖2 參數下載[/align] 　　這里用戶輸入了3個溫度保持階段以及PID參數，但坐標軸上沒有顯示對應的溫度，這就提示用戶PLC和上位機通訊出了故障。 　　3.4 變量記錄 　　WinCC的變量記錄編輯器允許用戶為其過程數據生成用戶檔案庫，過程數據和檔案庫之間的聯系是過程變量，通過變量記錄，用戶可以分析反應爐的數學模型，可以查看PID參數是否設置合理，這項功能對于作者所控制的反應爐而言尤為重要。粘膠生產所用的反應爐是一個大滯后的系統，對于大滯后的系統消除這種滯后影響非常重要，因此必須弄清它的慣性常數，借助于WinCC對設定溫度，反應爐實際溫度，水的流量這三個變量的歸檔數據，可以大大方便作者對反應爐的分析。另外WinCC里有種控件叫做在線趨勢控件，利用該控件可以在終端機PC上實時地顯示上述三個變量的曲線，對于參數調整很有幫助。記錄變量可以通過WinCC的變量記錄編輯器來完成。 結論 　　本文作者創新點：監控系統的參數下載的故障出錯提示功能。工廠的操作人員對參數下載功能很滿意，避免了他們的誤操作。 　　本文實現了基于S7-200的粘膠生產自動化監控系統，實際生產表明控制系統可以將反應爐的溫度控制在 1℃，作為安全設計的開關量電磁閥打開次數很少，控制模擬量電磁閥的電流信號波動不大，整個系統的控制性能令人滿意。 參考文獻 　　[1] 西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團. 深入淺出西門子S7-200PLC[M] .北京航空航天出版社,2003. 30～36 　　[2] 周曉，姜建芳，蘇少鈺，陳訊. S7-200系列PLC與監控計算機通訊實現的研究. 微計算機信息,2004,20（1）: 5～7