【正文】 圖 數(shù)據(jù)采集圖二 PLC數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì) PLC，就是指可編程控制器，按照 IEC 的定義，PLC 就是“一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用的是歐姆龍公司的 PLC，使用 RS485接口與上位機(jī)通信。采用梯形圖配功能模塊的結(jié)構(gòu)文本語言編程，多任務(wù)的編程模式，多個(gè)協(xié)議宏服務(wù)端口，易于聯(lián)網(wǎng)，擁有多路高速計(jì)數(shù)與多軸脈沖輸出?？删幊炭刂破?PLC 一方面要實(shí)時(shí)的采集各個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳給上層的工控機(jī)，另外一個(gè)方面，PLC 還需要根據(jù)實(shí)時(shí)采集上來的數(shù)據(jù)參數(shù)，來判斷某些設(shè)備是否處于異常狀態(tài)?？紤]到現(xiàn)場環(huán)境對電子設(shè)備影響比較大，以及為了以后維修方便，本系統(tǒng) PLC 所有的 I/O 均放置在控制柜里面。首先統(tǒng)計(jì)所有的輸入輸出點(diǎn)，然后加上根據(jù)系統(tǒng)需要的一個(gè)冗余度，就可以確定所需要的點(diǎn)數(shù)。然后，看 PLC 所帶的負(fù)載是什么類型，來確定輸出方式，這樣可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。PLC 的存儲容量大小是根據(jù)系統(tǒng)大小確定的。本項(xiàng)目里，PLC 所需要監(jiān)控的信號有：設(shè)備的啟停、設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、配電室的合閘、設(shè)備的軸溫、皮帶秤計(jì)量、液位高低等。在工業(yè)控制里，網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性和穩(wěn)定性很重要，一旦通信中斷將會產(chǎn)生很多不良影響。而這種可靠性和穩(wěn)定性取決于多個(gè)方面，比如安裝方式、設(shè)備連接、管理方案等等，設(shè)備冗余設(shè)計(jì)就是加強(qiáng)可靠性的一個(gè)很好的方式。根據(jù)實(shí)際需要，采取鏈路和硬件的冗余是一個(gè)很好的途徑。本系統(tǒng)里的PLC，分別安裝在粗碎車間、中細(xì)碎車間、磨選礦車間、過濾車間、脫水車間、泵間車間和水源地。粗碎車間的PLC主要負(fù)責(zé)粗碎機(jī)和粗碎配電室的一些數(shù)據(jù)采集工作；中細(xì)碎的PLC負(fù)責(zé)中細(xì)碎配電室和中碎機(jī)、細(xì)碎機(jī)、12皮帶稱等的數(shù)據(jù)采集；選礦的PLC負(fù)責(zé)磨選車間里的球磨機(jī)、渣漿泵等的數(shù)據(jù)；過濾PLC負(fù)責(zé)過濾機(jī)和1112皮帶等設(shè)備的數(shù)據(jù)；脫水PLC負(fù)責(zé)脫水機(jī)的數(shù)據(jù)采集；水源地的PLC就專門負(fù)責(zé)幾臺抽水機(jī)和水位測量儀的數(shù)據(jù)采集。整個(gè)選礦廠所有設(shè)備的啟停信號都由數(shù)字量接口接入 PLC，并實(shí)時(shí)上傳給組態(tài)系統(tǒng)。中碎機(jī)、球磨機(jī)這些大型設(shè)備的軸溫?cái)?shù)據(jù)則是通過模擬 I/O 口傳入 PLC。中細(xì)碎和球磨車間的水壓水流量也是通過模擬口傳入PLC。同時(shí)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，PLC也可以控制相關(guān)設(shè)備停機(jī)，避免生產(chǎn)事故。每臺 PLC上我們都可以安裝了一個(gè)人機(jī)交換界面，上面有本車間基本設(shè)備的組態(tài)狀態(tài)圖，可以將本車間的數(shù)據(jù)直觀反映在屏幕上，以便于車間操作人員也可以實(shí)時(shí)的看到設(shè)備運(yùn)行情況。每臺人機(jī)界面都會經(jīng)由一個(gè)小光交換機(jī)，通過RS485接口接到調(diào)度中心的交換機(jī)，將數(shù)據(jù)上傳給調(diào)度控制中心。第6章 組態(tài)設(shè)計(jì) 力控組態(tài)軟件簡介 ，是北京三維力控科技有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)的高端產(chǎn)品，是一個(gè)控制功能軟件模塊。力控組態(tài)軟件是在PC機(jī)上建立工業(yè)控制對象人機(jī)接口的一種智能軟件包,它以Windows XP操作系統(tǒng)作為操作平臺,。 力控組態(tài)軟有下列組件組成:圖形界面系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三方程序接口組件、控制功能組件等四部分組成。其中,工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程瀏覽器內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng),即力控組態(tài)開發(fā)系統(tǒng)。工程瀏覽器和畫面運(yùn)行系統(tǒng)是各自獨(dú)立的Windows應(yīng)用程序,但在工程瀏覽器的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)開發(fā)的畫面應(yīng)用程序須在畫面運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境中才能運(yùn)行。力控監(jiān)控組態(tài)軟件可與一些常用I/O設(shè)備直接進(jìn)行通訊,包括:可編程控制器(PLC)、C語言程序設(shè)計(jì)、智能模塊、板卡、智能儀表等等。力控監(jiān)控組態(tài)軟件的驅(qū)動程序采用ActiveX技術(shù)。監(jiān)控組態(tài)軟件與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換采用以下五種方式:串行通訊方式、DDE方式、板卡方式、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)方式、人機(jī)接口卡方式。 軟件開發(fā)流程本系統(tǒng)的開發(fā)周期和選礦廠的建設(shè)周期幾乎是同步的，而一般情況下，監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)必須是建立在設(shè)備的實(shí)際數(shù)據(jù)支持上的，下面介紹本系統(tǒng)軟件的開發(fā)流程。 組態(tài)畫面布局設(shè)計(jì)對于組態(tài)軟件來講，畫面的布局設(shè)計(jì)是一個(gè)很重要的工作。在選礦廠實(shí)際設(shè)備還沒投入生產(chǎn)運(yùn)行的情況下，我們可以先根據(jù)設(shè)備的實(shí)際外觀來作出所有的工藝畫面。參照廠方所提供的設(shè)計(jì)圖，做好組態(tài)畫面的總體布局，按照要求設(shè)計(jì)若干工藝系統(tǒng)圖，電力系統(tǒng)圖，嚴(yán)格遵守工藝流程和實(shí)際情況。所有的主要設(shè)備都必須反映在畫面上，邊上還得附上該設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。工藝過程也要實(shí)現(xiàn)動畫效果，皮帶和水池等畫面要有動畫連接。組態(tài)系統(tǒng)里，對所有采集的數(shù)據(jù)都要定義相應(yīng)的組態(tài)變量，并與程序中的變量要做到一一對應(yīng)。 虛擬仿真所有的畫面以及數(shù)據(jù)變量設(shè)計(jì)好了之后，就可以進(jìn)行畫面的仿真測試。進(jìn)入仿真模式后，面對的量分為數(shù)字量和模擬量兩大類。不論是數(shù)字量還是模擬量，仿真前都必須要了解程序里各個(gè)變量所對應(yīng)的實(shí)際數(shù)據(jù)是哪個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。對于數(shù)字量來講，仿真手段就是手動在程序里對其進(jìn)行手動的置零和置一操作。當(dāng)數(shù)字量置零時(shí)，那么對于的設(shè)備應(yīng)該處于停止?fàn)顟B(tài)，反之，則應(yīng)該處于運(yùn)行狀態(tài)。對于模擬量來講，仿真手段就是手動賦值，這個(gè)值不能超出了變量的值域。給模擬量賦值后，運(yùn)行畫面上對應(yīng)的設(shè)備數(shù)據(jù)應(yīng)該有正確的值，否則就是組態(tài)編輯過程中的數(shù)據(jù)處理可能出了問題。這樣進(jìn)行一系列仿真之后，就可以逐步檢查出前期設(shè)計(jì)中的一些錯誤，也可以從動畫效果立直觀觀察組態(tài)畫面設(shè)計(jì)的是否合理，是否做出修改。 實(shí)際測試與修正 當(dāng)選礦廠的設(shè)備都正式投入運(yùn)行之后，采集的數(shù)據(jù)就會是真實(shí)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，這種環(huán)境就和仿真不一樣了，軟件就必須進(jìn)行實(shí)際測試。運(yùn)行程序之后，力控組態(tài)軟件就會通過驅(qū)動程序來不斷獲得下層設(shè)備的數(shù)據(jù)，運(yùn)行畫面應(yīng)該會是一個(gè)持續(xù)動態(tài)的畫面。對照下層的實(shí)際數(shù)據(jù)，觀察組態(tài)畫面上的現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)，不但可以查找出組態(tài)系統(tǒng)的問題，還可以間接的查找出通信方案中的問題。還有，隨著選礦廠的正式運(yùn)行，一些流程和設(shè)備可能會根據(jù)情況作出一些調(diào)整，或者是廠方提出了新的設(shè)計(jì)需求，組態(tài)畫面也就必須相應(yīng)的作出修改。經(jīng)過以上的三個(gè)步驟，特別是測試修正階段要不斷的循環(huán)，就可以獲得最終比較滿意的組態(tài)效果。 組態(tài)畫面設(shè)計(jì) 組態(tài)軟件變量表本系統(tǒng)里的變量主要有這么幾類：選礦設(shè)備啟停信號、選礦設(shè)備模擬數(shù)據(jù)、料位液位數(shù)據(jù)、皮帶秤數(shù)據(jù)、電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)等。按照數(shù)據(jù)類型來分的話，可以分為脈沖信號、數(shù)字信號和模擬信號。系統(tǒng)里的變量表進(jìn)行編輯時(shí)，我們是按照車間的順序來進(jìn)行定義的，從破碎車間一直到水源地。所有的變量命名，我們是把開關(guān)量放在前面，模擬量放在后面，所有的變量名也是有規(guī)則的，這樣可以避免混淆，方面以后的選用。下面簡要介紹下各種變量的命名規(guī)則。（1） PLC變量命名規(guī)則 所示，變量名分為6個(gè)部分，第一部分的 P 代表此變量為PLC變量；第二部分的 X 是一個(gè)數(shù)字，代表PLC的序號，如破碎系統(tǒng)是序號 1；第三部分是字母 A 或者 D，分別代表此變量為模擬量或者數(shù)字量；第四部分是字母 I 或者 O，分別代表此變量為輸入量或者輸出量；第五部分是一個(gè)十進(jìn)制編號，代表模塊序號；第六部分也是一個(gè)十進(jìn)制編號，代表此變量在模塊內(nèi)物理量序號。這樣一來，所有的 PLC變量就井然有序了。 （2） 報(bào)警量命名規(guī)則 所示，綜保裝置變量名非為 3 個(gè)部分，第一部分的 W 代表此變量為報(bào)警變量；第二部分就是前面兩小節(jié)所定義出來的變量名，指向我們需要報(bào)警功能的變量；第三部分是字母 H 或者 L，表示此變量所需要的報(bào)警類型，H 代表高報(bào)，L 代表低報(bào)。 圖 PLC 變量命名規(guī)則 圖 報(bào)警量命名規(guī)則 按照以上兩種不同的命名規(guī)則，結(jié)合廠區(qū)的實(shí)際情況，列出所有需要的變量后，再作出組態(tài)變量表。開發(fā)過程中，組態(tài)變量表并不是一成不變的，要實(shí)時(shí)根據(jù)具體需要添加修改等。 組態(tài)數(shù)據(jù)處理上述變量表做出來后，所有的變量并不是都能直接就能用在組態(tài)畫面上的，有些變量時(shí)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理的。對于設(shè)備的啟停信號和電路上的閘刀狀態(tài)，在變量表中都是開關(guān)量，這種變量一般是可以直接運(yùn)用在組態(tài)畫面中，表示對應(yīng)設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理主要是針對各種模擬信號的。下面簡要介紹系統(tǒng)里的幾種典型數(shù)據(jù)處理方式：（1） 直接調(diào)用 這類數(shù)據(jù)和前面所提及的數(shù)字信號一樣，都是可以直接調(diào)用在組態(tài)畫面中的，比如三相電壓信號、三相電流信號、軸溫信號等等。這類數(shù)據(jù)的共同特點(diǎn)就是我們采集的信號就是它的原始數(shù)據(jù)，也就是說它傳上來的數(shù)據(jù)就是其原始值。在組態(tài)畫面中，我們可以直接采用這些數(shù)據(jù)，采用的方式就是將這些數(shù)據(jù)所對應(yīng)的變量名標(biāo)注在需要的位置，將變量名屬性改為模擬值輸出就可以了。當(dāng)組態(tài)畫面運(yùn)行時(shí)，該處顯示的就是此變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值。 （2）比值變換 比值變換也是數(shù)據(jù)處理的一種常見方式，其處理對象一般要具有確定的上下限，這樣才能進(jìn)行比值處理。比值變換所針對的數(shù)據(jù)在本系統(tǒng)里主要就是料位液位信號。尾礦庫水位和儲水池水位我們都是傳送的 4~20mA 信號，對應(yīng)的上下限分別是 0 到15m 和 0 到 。以尾礦庫水位數(shù)據(jù)為例，假如傳上來的數(shù)據(jù)是 8mA，那么其實(shí)際高度值應(yīng)該為（m） （61）從這里可以開出，比值變換利用的就是這個(gè)實(shí)際數(shù)據(jù)的上下限和傳輸信號的上下限之間的對應(yīng)關(guān)系來進(jìn)行運(yùn)算的。這種數(shù)據(jù)處理是在組態(tài)顯示之前就處理好的，在組態(tài)顯示時(shí)，我們也是將處理過后的變量名標(biāo)注在對應(yīng)畫面旁邊，變量名屬性改為模擬量輸出就可以了。（3） MODBUS變換顧名思義，這類數(shù)據(jù)都是 RS485 接口傳送的數(shù)據(jù)，主要有皮帶秤和料倉的料位信號。這類數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷蕉际怯幸?guī)定的，我們收到數(shù)據(jù)后要按照協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)還原。計(jì)算方式比較復(fù)雜，它是根據(jù)自身的特殊數(shù)據(jù)格式來計(jì)算的，不具有一般性。在組態(tài)畫面里，也是標(biāo)注出變換后的變量名，屬性改為模擬值輸出就可以了。（4） 其他這個(gè)其他主要就是指破碎和選礦部分的水壓和水流量數(shù)據(jù)處理。水壓信號也是一個(gè) 4~20mA 信號，但是它對應(yīng)的并不是最終的實(shí)際值的上下限，而是中間要經(jīng)過多重變換，在這里就不多敘述了。經(jīng)過以上這么幾種數(shù)據(jù)處理方式，一般技能得到我們最終所需要的實(shí)際數(shù)據(jù)值了，下面就是合理運(yùn)用這些數(shù)據(jù)，展示在組態(tài)畫面上，制作出報(bào)表曲線等等。 組態(tài)畫面設(shè)計(jì)組態(tài)畫面是組態(tài)系統(tǒng)最直觀的一個(gè)外在表現(xiàn)，所以這個(gè)畫面要盡量直觀生動，數(shù)據(jù)還要實(shí)時(shí)詳細(xì)。操作人員所面對的就是我們的組態(tài)畫面以及上面的數(shù)據(jù)，他們會根據(jù)畫面顯示來安排生產(chǎn)，調(diào)度資源，組態(tài)畫面的重要性可見一斑。組態(tài)畫面主要分為兩部分，圖形畫面與動畫連接。圖形畫面就是作出我們需要的一些原始圖畫模型，比如皮帶、球磨機(jī)等等，只是這個(gè)時(shí)候它們還不能動，只是一個(gè)靜態(tài)畫面。通過以上幾種工具畫出靜態(tài)畫面模型后，下面就是要加入動畫連接了，只有入了動畫連接，整個(gè)畫面才會產(chǎn)生動態(tài)效果以及數(shù)據(jù)的輸入輸出等等。動畫連接可以說是組態(tài)畫面設(shè)計(jì)的一個(gè)核心部分。動畫連接的方式很多，比如線屬性連接、填充屬性連接、文本色連接、水平移動連接、模擬值輸出連接、閃爍連接、隱含連接等等。通過圖形畫面和動畫連接這兩個(gè)步驟，可以逐步構(gòu)建出整個(gè)系統(tǒng)的組態(tài)畫面，開發(fā)環(huán)境系的畫面都是靜態(tài)的，只有在運(yùn)行條件下畫面才會顯示出動態(tài)效果。畫面設(shè)計(jì)過程中，要結(jié)合實(shí)際來作圖。版面的布局也非常重要，要在嚴(yán)格遵守實(shí)際流程的情況下盡量做到美觀大方。下面貼出實(shí)際最終組態(tài)顯示系統(tǒng)中的工藝流程總圖如圖 所示。在本系統(tǒng)里，組態(tài)畫面一共有 27 個(gè)畫面，分別有著不同的功能。其中，工藝概況圖 1 張，電力概況圖 1 張，工藝分布圖 3 張，電力分布圖 3 張，曲線圖 6 張，報(bào)表圖 10 張，化驗(yàn)數(shù)據(jù)圖 1 張，報(bào)警圖 2 張。這些畫面之間都是通過如圖 19 所示的下方的菜單欄進(jìn)行選擇切換，點(diǎn)擊哪個(gè)菜單畫面就會跳到哪個(gè)部分。所有的畫面和數(shù)據(jù)在一個(gè)屏幕里就能完全掌握。 圖 工藝流程總圖不論是工藝圖還是電力圖，設(shè)備指示燈是綠色的才表示此設(shè)備在工作，非工作狀態(tài)時(shí)設(shè)備指示燈是黃色的，設(shè)備出現(xiàn)了問題則設(shè)備指示燈顏色為紅色。設(shè)備旁都附有此設(shè)備的一些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的顏色是綠色的才表示此設(shè)備在正常工作，紅色則表面此設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)了超限，需要進(jìn)行檢查。 報(bào)表曲線設(shè)計(jì)本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)要求中就明確提出了要實(shí)現(xiàn)部分辦公自動化功能，報(bào)表和曲線就是很典型的一個(gè)部分。數(shù)據(jù)報(bào)表是反映生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄的一種重要形式，它能實(shí)時(shí)地反映生產(chǎn)情況，也能對長期的生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使管理人員能實(shí)時(shí)掌握和分析生產(chǎn)情況。在本系統(tǒng)里，針對現(xiàn)場實(shí)際和廠方需求，共列出了以下 9 張報(bào)表：低配室功率報(bào)表、低配室電壓電流報(bào)表、水系統(tǒng)壓力流量報(bào)表、地磅數(shù)據(jù)報(bào)表、料位記錄報(bào)表、皮帶秤報(bào)表、破碎變電所報(bào)表、選礦變電所報(bào)表以及軸溫報(bào)表。下面只貼出料位記錄報(bào)表如圖 為例進(jìn)行說明。如圖 所示，最上方是報(bào)表的標(biāo)題，左側(cè)大部分都是報(bào)表的主體部分，顯示出報(bào)表的內(nèi)容。右側(cè)則是報(bào)表的一些選項(xiàng)，右上方是報(bào)表內(nèi)容的選擇，分為 4 個(gè)點(diǎn)位的選擇，當(dāng)我們勾選上哪一項(xiàng)，哪一個(gè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)就會顯示在報(bào)表中。右下方則是日期的選擇，可以查詢某日或者某一段時(shí)間內(nèi)的所有料位數(shù)據(jù)。我們還可以選擇將當(dāng)前的報(bào)表打印出來。其他的各張報(bào)表和料位報(bào)表大同小異，只是報(bào)表里所對應(yīng)的變量不同，以及數(shù)據(jù)點(diǎn)選項(xiàng)不一樣。 圖 料位記錄報(bào)表 報(bào)表可以記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，也能查詢到歷史數(shù)據(jù)，所以對系統(tǒng)以及選廠來講，都是十分重要的。所有的數(shù)據(jù)都是存儲在數(shù)據(jù)服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫里，力控軟件是從數(shù)據(jù)庫里調(diào)出來的數(shù)據(jù)。同報(bào)表的功能類似，曲線也是辦公自動化的一個(gè)重要組成部分，也能實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)和看到歷史數(shù)據(jù)。曲線相對來講更加生動直觀一點(diǎn)，能明顯看出對應(yīng)量的走勢。在本系統(tǒng)里，結(jié)合實(shí)際和組態(tài)系統(tǒng)的安排，列出了下 6 張