【正文】 用Profibus協(xié)議，則需要ProfibusDP模塊EM277；若采用自由口方式，則在PLC中以及上位機中都需要編寫通訊程序，實現(xiàn)起來較困難，同時也會占用PLC有限的程序存儲空間；若采用PPI協(xié)議，則上位機只需要按照PPI協(xié)議進行通訊即可，PLC中不需要編寫通訊程序，這對于像竹節(jié)紗控制系統(tǒng)來說，極大地節(jié)省了PLC有限的程序存儲空間。PPI通信協(xié)議是西門子公司專為S7200系列PLC開發(fā)的通訊協(xié)議。內(nèi)置于S7200CPU中。PPI協(xié)議物理上基于RS485口，通過屏蔽雙絞線就可以實現(xiàn)PPI通訊。PPI協(xié)議是一種主從協(xié)議。主站設(shè)備發(fā)送要求到從站設(shè)備，從站設(shè)備響應，從站不能主動主動發(fā)出信息。主站靠PPI協(xié)議管理的共享連接來與從站通訊。PPI協(xié)議并不限制與任意一個從站的通訊的主站的數(shù)量，但在一個網(wǎng)絡(luò)中，主站不能超過32個。PPI協(xié)議最基本的用途是讓西門子STEP7Micro/WIN編程軟件上傳和下載程序和西門子人機界面與PC通信。PPI協(xié)議是一個主從協(xié)議：主站向從站發(fā)出請求，從站做出應答。從站不主動發(fā)出信息，而是等候主站向其發(fā)出請求或查詢，要求應答。PPI協(xié)議不限制能夠與任何一臺從站通訊的主站數(shù)目；但是，無法在網(wǎng)絡(luò)中安裝32臺以上主站。PPI協(xié)議是不公開的，可以通過監(jiān)聽PPI協(xié)議的通信數(shù)據(jù)，與Profibus標準進行對比分析，歸納總結(jié)就可以得到PPI協(xié)議的報文格式。另外，通訊設(shè)置采用8個數(shù)據(jù)位，1個停止位，偶校驗，波特率可自行選擇。PPI協(xié)議通訊采用主從方式，允許多主站，主站可以是PC機，也可以是HMI、PLC等設(shè)備，但是一個網(wǎng)絡(luò)上不允許超過32臺主站，從站為PLC。每一條完整的PPI指令的實現(xiàn)需要四次子指令操作，主站發(fā)出讀寫指令，從站響應并發(fā)出響應信息，主站收到此信息后發(fā)出確認信息，從站收到確認信息后完成讀寫操作并返回相應的數(shù)據(jù)。主從站這樣來回的收發(fā)兩次數(shù)據(jù)即完成一次讀寫數(shù)據(jù)的操作。綜上所述，本設(shè)計選用PPI通信協(xié)議來實現(xiàn)S7200 PLC與上位機監(jiān)控系統(tǒng)之間的通訊。第四章 環(huán)形加熱爐溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計環(huán)形加熱爐控制系統(tǒng)是采用西門子PLC系統(tǒng)和組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)的，整個系統(tǒng)包括了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，下面詳細介紹軟件系統(tǒng)。 編程軟件step7簡介Step7是用于西門子S7200系列PLC創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標準軟件，可使用多種編程語言：(1)梯形圖(LAD)(2)功能塊圖(FBD)(3)語句表(STL) 梯形圖編程語言簡介本設(shè)計主要利用梯形圖進行編程，故下面著重介紹一下梯形圖編程語言。梯形圖編程語言是在繼電器接觸控制系統(tǒng)電路圖基礎(chǔ)上簡化了符號演變而來的，在簡化的同時還加進了許多功能強而又使用靈活的指令，時目前應用最廣泛的一種可編程控制器編程語言。按在梯形圖（LAD）中，程序被分為網(wǎng)絡(luò)的一些程序段。每個梯形圖網(wǎng)絡(luò)是由一個或多個梯級組成。梯形圖程序區(qū)段的結(jié)構(gòu)對應于繼電器開關(guān)操作的梯級。在梯形圖編輯器中，背景窗口是邏輯網(wǎng)格。在它的左邊有所謂的左匯流條。這些左匯流條對應于梯級的相線(L線路)。正如在梯級中一樣，只有接至電源及接至左匯流條的梯形圖目標將在梯形圖編程期間被“編輯”，對應于中線的右匯流條不進行顯示。但是，在內(nèi)部，所有的線圈和FB、FC輸出都接在它上面，從而建立起電流通路。編程語言梯形圖的基本目標是為了構(gòu)建PLC的組織單元節(jié)(Network)，可以加入大量的觸點、線圈以及基本功能、基本功能塊、導出功能塊等。當生成鏈路時，與其它鏈路的目標重疊是允許的。在梯形圖中，并沒有真實的電流流動。為了便于分析PLC的周期掃描原理及信息存儲空間分布的規(guī)律，假想在梯形圖中有“電流”流動，這就是“能流”。能流在梯形圖中只能作單方向流動（從左向右流動），層次的改變只能先上后下。梯形圖程序區(qū)段中的各個目標的處理次序由節(jié)中數(shù)據(jù)流來確定。添加在左匯流條的網(wǎng)格從上至下進行處理。在程序區(qū)段中的彼此獨立的網(wǎng)格按放置次序依次進行處理。 梯形圖控制語言編程的步驟及實現(xiàn)的功能梯形邏輯圖控制語言編程的步驟如下 ：⑴根據(jù)工藝過程對順序控制系統(tǒng)的要求 經(jīng)過分析 比較 列寫程序條件表或圖。⑵對輸入輸出單元進行地址分配 并完成輸入輸出模塊的組態(tài)工作。⑶編制梯形邏輯圖 并對添加的內(nèi)部繼電器 計數(shù)器等分配地址。⑷程序輸入和調(diào)試。下位機PLC的應用程序基本上都用梯形圖編寫，少量用語句表編寫。PLC從功能上主要進行兩方面控制：回路控制(溫度、流量和壓力)和電氣邏輯控制。整個控制程序主要實現(xiàn)以下基本功能：⑴信號處理：該部分內(nèi)容包括模擬量信號采集、開關(guān)量信號處理等。⑵功能報警：溫度報警、壓力報警和急停報警等。⑶溫度控制：各段的爐膛溫度 系統(tǒng)流程本文程序分為四組程序，一組主程序和三組子程序。 主程序流程。主流程開始后，首先判斷是否要進行自動控制，“Y”則繼續(xù)往下進行，“N”則轉(zhuǎn)向手動控制。若進行自動控制，則進入“溫度控制子程序”。 環(huán)形加熱爐溫度控制主程序流程圖 溫度控制子程序程序流程。程序開始后，先對現(xiàn)場的爐溫信號用熱電偶進行采集，將信號轉(zhuǎn)換為4—20MA的電信號送入PLC。在PLC內(nèi)對采集的溫度信號與溫度設(shè)定值比較，若不相等，則對溫度進行PID調(diào)節(jié)，再進入煤氣流量、空氣流量控制子程序，直至溫度與設(shè)定值一致，達到穩(wěn)定；若相等，則退出。 溫度控制子程序流程圖 燃燒控制子程序程序流程環(huán)形加熱爐溫度控制系統(tǒng)的煤氣流量、。程序開始后先對煤氣、空氣的流量用渦街流量計進行采集，把采集的信號轉(zhuǎn)換為4—20MA的電信號送到PLC內(nèi)。在PLC內(nèi)對個流量信號經(jīng)運算送到彼此的給定值，然后進行PID控制，使各流量控制閥至合適的位置，并滿足空燃比，達到穩(wěn)定位置為止。 煤氣流量控制子程序流程圖 空氣流量控制子程序流程圖 軟件設(shè)計 I/O端口分配本設(shè)計采用西門子S7200 CPU224 PLC作為系統(tǒng)的控制器。并且選擇一個模擬量輸入/輸出模塊EM235和一個模擬量輸出模塊EM232。I/O地址分配表如下： I/O端口分配表輸入信號啟動按鈕停止按鈕急停按鈕自動按鈕手動按鈕溫度檢測信號AIW0煤氣流量檢測信號AIW2空氣檢測流量信號AIW4輸出信號運行自動運行手動運行煤氣流量調(diào)節(jié)閥AQW0空氣流量調(diào)節(jié)閥AQW2 程序結(jié)構(gòu)本文根據(jù)流程圖寫了四段程序，一個主程序、一個爐膛溫度控制子程序和一個燃燒控制子程序。⑴主程序 主程序也稱為組織塊OB1。OB1處于最高層次，可以管理其他程序。當控制任務(wù)簡單時，僅有主程序就可以完成控制要求?？刂迫蝿?wù)復雜時，通常將任務(wù)分為多個簡單任務(wù)，每個任務(wù)放在不同的子程序中，便于程序的編寫和調(diào)試。⑵子程序 每個子程序有不重復的序號SBRn，以便主程序調(diào)用。（本控制系統(tǒng)程序附在附錄B中。） 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試分為兩大步驟，一是系統(tǒng)軟件調(diào)試；二是系統(tǒng)硬件調(diào)試。⑴系統(tǒng)軟件調(diào)試。系統(tǒng)軟件調(diào)試是在PC機上進行，本系統(tǒng)將PLC控制程序輸入PC機后，根據(jù)運行要求，設(shè)定若干數(shù)字開關(guān)量，模擬量，對系統(tǒng)的每一個功能進行檢測測試并在此基礎(chǔ)上不斷完善程序以達到系統(tǒng)要求。⑵系統(tǒng)硬件調(diào)試。相應的系統(tǒng)硬件也是在實驗室里進行，用一個設(shè)備來摸儀控制對象。首先檢查設(shè)備的諸個單元是否合乎要求，其次將軟件和硬件結(jié)合起來進行測試。并不斷完善PLC軟硬件的配置以達到最優(yōu)的結(jié)果。第五章 系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件的設(shè)計系統(tǒng)軟件主要分為上位監(jiān)控組態(tài)軟件和下位機軟件及通信軟件。上位機監(jiān)控軟件主要實現(xiàn)的是現(xiàn)場監(jiān)控、報警以及設(shè)定值及P、I、D參數(shù)的設(shè)置等功能。本設(shè)計采用的是亞控科技開發(fā)的組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)軟件。 組態(tài)王簡介 組態(tài)王簡介組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 組態(tài)王的使用： ⑴圖形界面的設(shè)計 ⑵構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 ⑶建立動畫連接 ⑷運行和調(diào)試: (1)實驗全部用軟件來實現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計算機就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實驗,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費。 (2)該系統(tǒng)是中文界面,具有人機界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點。對用戶而言,操作簡單易學且編程簡單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復仿真運行的控制能力,可以實時地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實時趨勢曲線,這些很強的交互能力使其在自動控制系統(tǒng)的實驗中可以發(fā)揮理想的效果。 組態(tài)畫面的介紹 運行窗口運行窗口是組態(tài)監(jiān)控畫面的主窗口，該畫面可以實時的顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)、溫度設(shè)定值、溫度實時值、流量實時值以及空燃比的設(shè)定值。各按鈕還可以對系統(tǒng)進行遠程控制。該畫面還可以于其他畫面任意切換，方便觀測實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。當有報警輸出時，換面自動跳轉(zhuǎn)到報警畫面，當有報警發(fā)生時，需按下“復位”按鈕使系統(tǒng)復位，恢復正常。 加熱爐溫度控制運行窗口 實時曲線窗口實時曲線窗口可以顯示溫度、煤氣流量和空氣流量的實時值，并且可以實現(xiàn)與其它窗口之間的轉(zhuǎn)換。當按下“報警復位”時，系統(tǒng)復位且直接跳回到運行窗口。實時曲線如下圖所示： 溫度實時曲線 煤氣流量實時曲線 空氣流量實時曲線 歷史曲線窗口歷史曲線窗口記錄了溫度、煤氣流量和空氣流量的歷史數(shù)據(jù)?？梢愿鶕?jù)輸入的“卷動值”和“調(diào)節(jié)時間”來控制調(diào)節(jié)按鈕的跨度，按動調(diào)節(jié)按鈕可以調(diào)出各個量的歷史數(shù)據(jù)。歷史曲線如下圖所示： 溫度歷史曲線 煤氣流量歷史曲線 空氣流量歷史曲線 報警窗口本系統(tǒng)還設(shè)有報警窗口，報警窗口記錄了所有的報警值與報警時刻。報警窗口如下圖所示： 報警窗口 PID參數(shù)設(shè)置窗口PID參數(shù)設(shè)置窗口可以對PLC內(nèi)各個PID指令設(shè)置、修改P、I、D參數(shù)。該窗口如下圖所示： PID參數(shù)設(shè)置窗口第六章 總結(jié)環(huán)形加熱爐作為無縫鋼管生產(chǎn)線上的重要熱工設(shè)備，其設(shè)備狀況和操作水平直接關(guān)系到產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量及生產(chǎn)成本。為了提高鋼坯的質(zhì)量，保證軋鋼生產(chǎn)能夠安全進行，本文結(jié)合軋鋼生產(chǎn)狀況，根據(jù)生產(chǎn)工藝，分析了影響軋鋼生產(chǎn)的各個因素，設(shè)計了鋼坯加熱過程中爐膛溫度控制系統(tǒng)和燃燒控制系統(tǒng)。在深入分析了PLC和組態(tài)技術(shù)的基礎(chǔ)上，下位機采用PLC控制，用STEP7Micro/WIN進行程序的編制與調(diào)試，上位機采用組態(tài)王監(jiān)控軟件，完成了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警顯示和PID參數(shù)設(shè)置等功能。本系統(tǒng)設(shè)計采用了先進的自動化技術(shù)，達到了加熱爐生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、節(jié)能、無公害以及生產(chǎn)操作自動化的工藝要求。加熱爐溫度控制系統(tǒng)采用成熟的PLC技術(shù)和電力電子技術(shù)，采用軟硬件結(jié)合，較好的解決了傳統(tǒng)加熱爐控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題。針對我國大部分的加熱爐用戶來說本系統(tǒng)將是一個比較理想的控制系統(tǒng)。參考文獻1. 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