摘   要： 設(shè)計(jì)了以西門子S7-300PLC為核心、以高壓風(fēng)源為動(dòng)力的電焊遠(yuǎn)程集散控制系統(tǒng)（DCS），實(shí)現(xiàn)了電焊作業(yè)通風(fēng)除塵的自動(dòng)控制。
關(guān)鍵詞： DCS  S7-300PLC  電焊除塵  Visual C++

　　電焊作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置除塵器是環(huán)境保護(hù)工作中采取的一項(xiàng)必要的措施。通常使用的除塵系統(tǒng)是由風(fēng)機(jī)和起過濾作用的除塵布袋組成，它具有以下幾個(gè)方面問題：
　　(1)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，風(fēng)機(jī)工作與電焊作業(yè)脫節(jié)，二者間缺乏互鎖，造成電能的大量浪費(fèi)。(2)除塵器因布袋清灰不利而逐漸失效。(3)存在二次揚(yáng)塵污染。清灰裝置為人工振打式。此結(jié)構(gòu)要求操作者打開除塵器拉門，振動(dòng)除塵器的手動(dòng)振灰桿清灰，因此存在二次揚(yáng)塵污染。(4)灰屜內(nèi)積灰過多，不能及時(shí)清理。
　　DCS、PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的主力軍，它們之間的緊密結(jié)合，大大推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程[1]。本文所討論的控制系統(tǒng)就是把DCS、PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)有機(jī)地結(jié)合在一起。在DCS系統(tǒng)中加入了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和PLC，從而集合了三者的優(yōu)勢(shì)，既能實(shí)現(xiàn)邏輯及順序控制，又能很好地完成過程控制。
1  控制系統(tǒng)的組成
1.1 DCS系統(tǒng)的組成
　　某廠遠(yuǎn)程監(jiān)控DCS系統(tǒng)主要由主控室的監(jiān)控主計(jì)算機(jī)(工程師站)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)(操作員站)和四臺(tái)西門子公司的S7-300系列的PLC組成。其系統(tǒng)組成如圖1所示。

　　其中的電焊排塵遠(yuǎn)程監(jiān)控為整個(gè)DCS系統(tǒng)的一部分。該電焊排塵控制系統(tǒng)采用四級(jí)集散控制結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、PLC程控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。電焊排塵控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
 

1.2 新型電焊排塵系統(tǒng)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(jià)格比，目前已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[3]。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)融為一體，改善了操作性能，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足了安全生產(chǎn)的要求。電焊排塵自動(dòng)控制系統(tǒng)以S7-300為控制核心，其結(jié)構(gòu)方塊圖如圖3所示。

2  系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　軟件系統(tǒng)由工程師站（主控PC）軟件、操作員站（現(xiàn)場(chǎng)PC）軟件和新型電焊排塵系統(tǒng)軟件組成。
2.1 工程師站軟件設(shè)計(jì)
　　工程師站（主控PC）功能主要是呼叫現(xiàn)場(chǎng)PC（操作員站），并向現(xiàn)場(chǎng)PC發(fā)送控制命令。其工作過程為主控PC發(fā)送需呼叫命令，等待接收從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)。若應(yīng)答信號(hào)正確則發(fā)送控制命令；若應(yīng)答信號(hào)不正確則再發(fā)送需呼叫的地址，并等待接收應(yīng)答信號(hào)。若從機(jī)多次呼叫而在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無應(yīng)答信號(hào)或應(yīng)答信號(hào)不正確，則提示錯(cuò)誤信息。圖4為主控機(jī)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(yīng)用程序提供串行通信。該控件使用事件驅(qū)動(dòng)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(shè)置、監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件，結(jié)合Timer控件即可完成對(duì)串行口的初始化和數(shù)據(jù)的輸入、輸出工作，實(shí)現(xiàn)串行異步通信[4][5]。
2.2 操作員站軟件設(shè)計(jì)
　　操作員站（現(xiàn)場(chǎng)PC）的通信功能主要包括接收主站的命令，呼叫各從機(jī)、并向各從機(jī)發(fā)送控制命令。其工作過程為主控機(jī)發(fā)送需呼叫的從機(jī)的地址，等待接收從機(jī)的應(yīng)答信號(hào)。若應(yīng)答信號(hào)正確則發(fā)送控制命令；若應(yīng)答信號(hào)不正確則再發(fā)送需呼叫的地址，并等待接收應(yīng)答信號(hào)。對(duì)同一從機(jī)多次呼叫而在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無應(yīng)答信號(hào)或應(yīng)答信號(hào)不正確，則提示錯(cuò)誤信息。此通信過程與主控計(jì)算機(jī)的通信功能相似。圖5為現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)。主控PC串行口與現(xiàn)場(chǎng)PC串行口的設(shè)置要一致，即數(shù)據(jù)格式一致，通信速率相同。
2.3 新型電焊排塵系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.3.1 電焊排塵、清灰自動(dòng)控制系統(tǒng)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(shí)，煙敏元件響應(yīng)并發(fā)出信號(hào)給PLC，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)隨電焊作業(yè)的同步啟動(dòng)，排除電焊工場(chǎng)煙塵氣體，系統(tǒng)執(zhí)行通風(fēng)過濾過程。當(dāng)風(fēng)機(jī)工作的有效積累時(shí)間達(dá)到預(yù)定值后，PLC根據(jù)內(nèi)部程序，首先控制主風(fēng)路電磁閥啟動(dòng)，然后各支路電磁閥順序啟動(dòng)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)布袋的高壓噴吹清灰。清灰完畢后各支路電磁閥全部關(guān)閉，主風(fēng)路電磁閥最后關(guān)閉。這時(shí)風(fēng)機(jī)的有效工作時(shí)間重新累計(jì)。當(dāng)灰屜內(nèi)積灰過多時(shí)，壓力傳感器則反饋信號(hào)給PLC，由PLC控制語音報(bào)警器并提示徹底清除灰屜內(nèi)積灰，打開除塵器箱，門上限位開關(guān)工作，所有動(dòng)作皆停止，清除灰屜內(nèi)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(jì)風(fēng)機(jī)工作的有效時(shí)間，重復(fù)上述過程。電焊排塵、清灰自動(dòng)控制的主要步驟如圖7所示。

2.3.2  PLC通信程序軟件的設(shè)計(jì)
　　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(shè)置要一致，即數(shù)據(jù)格式一致，通信波特率相同。

3  應(yīng)用效果
　　在新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，針對(duì)原除塵系統(tǒng)存在的主要問題，結(jié)合排塵器結(jié)構(gòu)改造，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了集成化、自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)[3]。改造后的系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，操作簡(jiǎn)單。通過試運(yùn)行，效果良好。該系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。主控室的監(jiān)控主計(jì)算機(jī)相當(dāng)于工程師站，可以監(jiān)視、控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。(2)解決了風(fēng)機(jī)工作與電焊作業(yè)脫節(jié)而造成能源大量浪費(fèi)的問題。(3)PLC根據(jù)時(shí)序令相應(yīng)的電磁閥開、閉，控制各支路高壓風(fēng)通斷，自動(dòng)完成清灰過程，解決了布袋清灰不利而造成除塵器系統(tǒng)失效和二次揚(yáng)塵污染的問題。(4)在灰屜內(nèi)積灰過多時(shí)，壓力傳感器自動(dòng)響應(yīng)，發(fā)出信號(hào)給PLC，PLC控制語音報(bào)警器提示徹底清除灰屜內(nèi)積灰，解決了積灰過多不能及時(shí)清理對(duì)除塵系統(tǒng)帶來負(fù)面影響的問題。(5)操作簡(jiǎn)單易懂，普通職工平均接受半小時(shí)培訓(xùn)以后就能熟練操作。
4  結(jié)束語
　　本文對(duì)某廠改造的DCS系統(tǒng)中的電焊排塵控制部分的組成及其功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了綜述。以PLC控制技術(shù)為核心的新型電焊排塵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，消除了原有除塵系統(tǒng)的缺陷和不足。此系統(tǒng)的改造成功既保障了生產(chǎn)過程安全、可靠，同時(shí)又提高了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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2   侯自林.過程控制與自動(dòng)化儀表.北京：機(jī)械工業(yè)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(tǒng)手冊(cè)，2000
4   陳元琰.VisualC++6.0編程實(shí)用技術(shù)與案例.北京：清華大學(xué)出版社，2001
5   Visual C++6.0技術(shù)內(nèi)幕.北京：北京希望電子出版社，1999