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，利用PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，系統(tǒng)基本組成如圖1所示。
采用3臺(tái)西門子公司的SIMATIC S5—115U可編程序控制器控制現(xiàn)場(chǎng)的一次設(shè)備，程控系統(tǒng)分為3套，依次為＃1補(bǔ)給水處理單元、＃2補(bǔ)給水處理單元、＃3凝結(jié)水處理單元。
操作員站選用兩臺(tái)研華586工控機(jī)，軟件開發(fā)平臺(tái)選用美國(guó)Intellution公司的FIX5.5組態(tài)軟件。FIX5.5是一種能完成數(shù)據(jù)采集及控制、報(bào)警、圖形數(shù)據(jù)顯示等功能的完整工業(yè)自動(dòng)化軟件，該版本在WINDOWS或WINDOWSNT環(huán)境下運(yùn)行，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)。
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用SINEC L2網(wǎng)，它把SIMATIC系列可編程序控制器以及工控機(jī)連成網(wǎng)絡(luò)。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。每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過總線連接器連到總線網(wǎng)上，在本系統(tǒng)中，三臺(tái)PLC之間以及與兩臺(tái)工控機(jī)之間都實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通訊。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，即控制功能分散，操作管理集中?？刂乒δ芊稚⒁馕吨到y(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)快和系統(tǒng)危險(xiǎn)分散，操作管理集中便于集中管理，方案配置還具有冗余特性。
2 PLC及其程序設(shè)計(jì)
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(biāo)準(zhǔn)的模塊式結(jié)構(gòu)，電源、CPU、各種I/O模件都插在一塊母板上，并可以根據(jù)不同的I/O點(diǎn)數(shù)增加擴(kuò)展母板，輸入、輸出模件和存儲(chǔ)器的精細(xì)分級(jí)，使得這種裝置具有較強(qiáng)的配置適應(yīng)能力；通過通訊處理器和局部網(wǎng)，可方便地實(shí)現(xiàn)PLC之間及與計(jì)算機(jī)的通訊。
SIMATIC S5-115U的編程語言是STEP5，有3種表達(dá)方法，即控制系統(tǒng)流程圖CSF，梯形圖LAD和語句表STL.其中語句表STL最接近于機(jī)器內(nèi)部的控制程序，功能也比前兩種方法豐富得多，因此在本系統(tǒng)實(shí)際編程應(yīng)用中全部采用語句表STL.
STEP5的最大特點(diǎn)是采用了結(jié)構(gòu)化編程方法，并提供大量標(biāo)準(zhǔn)功能塊如乘法功能塊FB242、通訊功能塊FB244等，使得編程工作大大簡(jiǎn)化，而且所編程序條理清晰，易于讀懂、修改和測(cè)試，這一優(yōu)點(diǎn)尤其在編制大型復(fù)雜程序時(shí)更能顯現(xiàn)出來。
要完成復(fù)雜任務(wù)，可以把整個(gè)程序分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的程序塊，STEP5有5種塊類型，即組織塊（OB）、程序塊（PB）、順序塊（SB）、功能塊（FB）和數(shù)據(jù)塊（DB），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，所有其它類型塊在此被調(diào)用執(zhí)行。功能塊（FB）用于實(shí)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(biāo)準(zhǔn)功能塊的形式提供的，也可以由用戶自己編制。例如標(biāo)準(zhǔn)功能塊FB242就可以實(shí)現(xiàn)16位二進(jìn)制乘法功能、FB244可以實(shí)現(xiàn)CPU與通訊處理器之間的數(shù)據(jù)傳送，用到這些功能時(shí)可以直接調(diào)用這些功能塊。
2.2 SIMATIC S5-115U大型程序的設(shè)計(jì)
以本系統(tǒng)＃1補(bǔ)給水處理單元的控制程序?yàn)槔?，在組織塊OB1內(nèi)主要有下面幾條語句，完成各功能塊的無條件調(diào)用。
JU FB1 （定義PLC1向兩臺(tái)工控機(jī)傳送的數(shù)據(jù)）
JU FB2 （定義兩臺(tái)工控機(jī)向PLC1傳送的數(shù)據(jù)）
JU FB231 （完成PLC1與兩臺(tái)工控機(jī)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制及無擾切換功能）
JU FB3 （氣動(dòng)門及電動(dòng)門控制）
JU FB10 （實(shí)現(xiàn)模擬量處理功能）
JU FB11 （報(bào)警處理）
在FB1、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，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(gè)STEP5本身提供的標(biāo)準(zhǔn)功能塊FB244（發(fā)送數(shù)據(jù)）、FB245（接收數(shù)據(jù)），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(hào)等，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊功能。在FB232內(nèi)按照通訊處理器分配的數(shù)據(jù)位，定義3臺(tái)PLC之間需要傳送的數(shù)據(jù)。在FB4內(nèi)根據(jù)生產(chǎn)工藝流程要求及操作規(guī)范，充分利用其它功能塊及I/O模塊傳送的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制及無擾切換功能；針對(duì)多個(gè)被控對(duì)象相似的特點(diǎn)，分別編制了幾個(gè)有代表性的功能塊FB20、FB30、FB40，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(shí)間和工控機(jī)畫面顯示時(shí)間保持一致的問題，而且FB20內(nèi)又調(diào)用了乘法功能塊FB244.FB3根據(jù)FB4發(fā)出的自動(dòng)程序步指令去控制氣動(dòng)門、電動(dòng)門及泵等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。FB10負(fù)責(zé)所有模擬量的處理，在此調(diào)用了開方功能塊FB5.FB11根據(jù)FB10轉(zhuǎn)換出來的數(shù)據(jù)，對(duì)模擬量進(jìn)行報(bào)警處理，在此一定要注意模擬量和PLC內(nèi)部數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以保證模擬量顯示和報(bào)警的準(zhǔn)確性。
3工控機(jī)監(jiān)控管理軟件的設(shè)計(jì)
工控機(jī)監(jiān)控管理軟件在FIX5.5軟件平臺(tái)下完成，F(xiàn)IX55是一個(gè)高精度模塊化的軟件系統(tǒng)，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(shí)所用到的幾種軟件模塊。
?。?）系統(tǒng)配置模塊（SCU）：它主要完成網(wǎng)絡(luò)、I/O驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)庫名稱、系統(tǒng)啟動(dòng)參數(shù)及初始啟動(dòng)任務(wù)等配置。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(dòng)程序，如SIEMENS、OMRON、MODICON、ABB等公司產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)程序，并提供I/O驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具包，供用戶開發(fā)自己的I/O驅(qū)動(dòng)程序。
?。?）數(shù)據(jù)掃描、報(bào)警和控制模塊（SAC）：它用來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的掃描、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換，報(bào)警條件判別及實(shí)現(xiàn)遙控輸出等功能，SAC將處理的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)送入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，或?qū)⑦b控輸出的數(shù)據(jù)送到I/O驅(qū)動(dòng)程序，以便實(shí)現(xiàn)遙控輸出功能。
（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理模塊（DATABASE BUILDER）：它提供以交互方式建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和在線顯示/修改實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的功能，它是系統(tǒng)運(yùn)行的主要數(shù)據(jù)來源。用戶需要在此做很大一部分工作，最主要的是填寫變量的標(biāo)簽名，從而將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的變量標(biāo)簽一一對(duì)應(yīng)起來，以便在其它模塊中調(diào)用此數(shù)據(jù)。在填寫變量標(biāo)簽名時(shí)既要講究規(guī)范性又要有技巧性，首先需要遵循FIX軟件的語法要求，其次按照一定的分類標(biāo)準(zhǔn)定義標(biāo)簽名，以便在以后的數(shù)據(jù)查詢及應(yīng)用中提高效率。
?。?）繪圖模塊（DRAW）：FIX擁有一個(gè)直觀的、基于對(duì)象的圖形化用戶接口（GUI），它簡(jiǎn)化了圖形開發(fā)過程。為了建立畫面，可以用DRAW提供的工具箱（TOOL BOX）生成某些對(duì)象如閥門、泵、記錄表等，并定義其動(dòng)態(tài)特性，即對(duì)象基于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)改變狀態(tài)、大小、顏色、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)等，例如閥門的開或關(guān)、泵的轉(zhuǎn)或停，這些工作可以在一個(gè)對(duì)話框內(nèi)完成，主要是將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的變量標(biāo)簽與相應(yīng)對(duì)象聯(lián)系起來，從而使對(duì)象狀態(tài)隨著現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)改變。為了減少圖形開發(fā)時(shí)間，Intellution公司還提供了一個(gè)常用設(shè)備對(duì)象的圖形庫，其中有多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)圖形，可隨時(shí)粘貼到用戶畫面中，同時(shí)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。
?。?）顯示模塊（VIEW）：它的主要功能是動(dòng)態(tài)顯示由DRAW建立的畫面，可以在多幅畫面間切換、改變畫面形態(tài)、輸入數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)監(jiān)控等，這就是提供給用戶的實(shí)際操作畫面。
4系統(tǒng)功能
系統(tǒng)具有上位機(jī)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(yùn)行。在上位機(jī)畫面上設(shè)有上位機(jī)手動(dòng)、上位機(jī)自動(dòng)、上位機(jī)監(jiān)視3種工作方式，方式之間的切換是無擾動(dòng)的。
當(dāng)系統(tǒng)需要由模擬盤監(jiān)控時(shí)，上位機(jī)畫面選擇上位機(jī)監(jiān)視工作方式。此時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)由模擬盤M/A轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)決定，M/A置手動(dòng)，可利用模擬盤按鍵在模擬盤上進(jìn)行一對(duì)一手動(dòng)操作。當(dāng)M/A置自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可由自動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)水處理的自動(dòng)控制。
當(dāng)系統(tǒng)需要由上位機(jī)監(jiān)控時(shí)，可在上位機(jī)畫面上選擇上位機(jī)手動(dòng)和上位機(jī)自動(dòng)功能。選擇上位機(jī)手動(dòng)時(shí)，可在上位機(jī)畫面上實(shí)現(xiàn)就地設(shè)備的一對(duì)一手操。選擇上位機(jī)自動(dòng)時(shí)，可在上位機(jī)畫面上進(jìn)行自動(dòng)啟?？刂?，自動(dòng)控制程序與模擬盤自動(dòng)控制功能相同。
5結(jié)束語
在大中型生產(chǎn)系統(tǒng)中，單機(jī)使用可編程控制器的時(shí)代已經(jīng)過去，其與工控機(jī)的有機(jī)結(jié)合以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，大大提高了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化控制水平和管理水平，這是必然的趨勢(shì)。