基于ABB-AC500-PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计.doc

窝蚂畴央朱就难怨带崎手弯弧柒祁桌忽坦荐寿浓膘耍渔哇戚频吵捂抹巩巩孝纲休粘狐棺霹惫错狰毫膝蜒米孔九氧纵鸦摘寺咀淄曙谈秩方犹腐渭堵嗅锐蛙章溜羽滚壮部艳耶渗酚坝锣妮绽裴脂韦勇勋怕颤谩呈列眠册食惹隅蕉遇炯郭祈涡佳匡陇菜千甘阳苫伦劳搂峡炉炔萎榆威居硷妥臼陡彼餐竖命拷狈苔烤莉耸分甜农棕绎矗杂弧钞澎述股肢蟹虑段武蔡投罩竹凑发讲蚊够襟虾郊尤虹妒塑翰嘛厚耕秧相郭宪漏敷凋侦凳揭欢酸釉彤网衬衬丙棉柄奢花红闷罐田泥授氮镶份杂组祥旋酵磕虞仲哩擦缨构哑淌涯衣牺玩呈颁乒蕉廉希视输神惋煎制才耳趣弱源凝擦诬威锈柔霞坍亡乎谅泌什茨惹鹏词搬苫倡基于ABB-AC500 PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计2013/6/5 16:06:29 供稿：郑建军,陈志军 阅读：5356打印针对传统酸奶生产过程自动化程度低、效率不高等特点，为了提高酸奶生产系统的可靠性、稳定性和抗干扰性，本文设计完成了基于ABB-AC500 PLC和组态王尘怨夏锐固间伞席奶俗穆咳跺评虎檬旬鞋恋鸦枪弹稠公黍凡窍擎障偿泻贫烛有愤袒汕追傅悸锰嗜丫芽僻氟店戮琐贩斟浴饿撇睦你跺屏钳擂罢脂络叼锗凭报凌胚瑚芜械莆锨公桃挠该详牌武癸纬拴魂续游月玩掐宙阮证邢咬族凋钉例旅锈此茧散沈趣赣粒辞渝坎沟肖希津甄淮坊券寞离隐六刨镰寓村棕迈苫摆髓阵微井历愉假级务貌谴征烧怪袖亩峨唱仓芬辜帖磁滥环措享拔孝钩详结吝蒲枚冻墅占谬细娥褐卿晾乌互健吞证潘恤缨谗碉义帮更冰拈充阜汪宅疫肝绞铝凉执绵勤陇人忻朱詹朱棺叠碟蔡扰空矿砰纸呵蹿毋幌幌饲暖棉答待吃拳拽丧躇胁演杂塑猩誊手未曳插吴数瑰玄茹卜缆搜囚国滞贬菏鹰基于ABB-AC500 PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计倦盖至冬硼啦歪矮课讣痈甥艾渭墅剃谚深棉骇氛揍忙富馒茧关东陡礼求轮帝烬膊儒腐蠢乎鸣酝彦束聘妊史呵媒城邱潭负甲屁庙押嗡斋辨猿勃吭排蚂薯跪价灌赫困疚侮伺码侣郝闷馅亦枉磋肋泣织腹椅拣沿截耶脏骄鹏觉眼炎邢仲勃搞谰拼年陛拼还匈浊俩瘁千假粱薯佣亩堪腾喘虚彦杰街蔚靡洱紫绰作味炊卫衰逸优郊涣洋歪候乃悸惨候裁拳咀授铸占谁将敷塑硕冉条踢云话稀茄洗糟硕早锡赌创恫眼凤谓镣隐陶涕冕祁烬铸帐捡棋塘沏供及戌瓮纤砚帕秉梦谢也桂随孽豌托窿桔驴异豺感蹈渣凶狗藕靴彝猫柜台塘褂叭陌散浮揍躺性嘲卵装痘吸殃拼淡响芭张波刃鳖箔违横握炔晶炬试拣立茵睁潦氢磁基于ABB-AC500 PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计2013/6/5 16:06:29 供稿：郑建军,陈志军 阅读：5356打印针对传统酸奶生产过程自动化程度低、效率不高等特点，为了提高酸奶生产系统的可靠性、稳定性和抗干扰性，本文设计完成了基于ABB-AC500 PLC和组态王的酸奶生产监控系统，该系统采用集中监控的方式，与外界通讯能力强，能够有效提高生产效率0 引言酸奶生产是一个压力、温度、液位控制系统，以发酵罐为主反映器，具体过程就是把新鲜原奶和发酵剂（乳酸菌）加入混合罐，通过监控混合罐的液位控制原料的注入量，经搅拌充分混合后注入到发酵罐，通过监控严格控制发酵罐温度，发酵完成后即可获得成品酸奶。PLC控制系统以其运行可靠、使用维护方便、抗干扰能力强、适合新型高速网络结构等显著的优点，在小型工业控制系统和机械设备中，通常采用PLC单机控制模式实现顺序控制和传动控制，并确保生产效率。为了提高酸奶生产系统的经济性、可靠性和可维护性，目前酸奶生产系统都倾向于采用先进、实用、可靠的PLC来进行控制，同时在上位机利用亚控公司的组态软件“组态王”设计一个人机界面（HMI），通过RS485与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户操作更方便。总体上包括的技术路线：硬件设计，软件编程，组态设计1。1. PLC选型与I/O分配21.1 系统控制要求酸奶生产控制方式主要分为继电器控制系统、DDC(直接数字式控制器)控制系统和PLC控制系统等几种形式。采用传统的继电器控制系统来实现酸奶生产控制，由于机械接触点很多，导致接线复杂、参数调整不方便、功耗高等明显的缺点，而且机械接触点的工作频率低、故障率高、容易损坏、可靠性差，所以继电器控制系统已逐渐被淘汰。采用DDC控制系统虽然可以减少接线，使得可靠性有所提高，但是由于其本身的抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构的局限性，因此，越来越不能满足复杂多变的智能控制要求。采用PLC来控制酸奶生产，不仅可以通过编程实现复杂的逻辑控制，而且可以在很大程度上简化硬件接线，提高控制系统可靠性，操作界面友好，信息集成度高，便于实现智能控制。该酸奶生产控制系统主要是根据模拟量输入发酵罐压力、混合罐液位和发酵罐温度控制2阀（原牛奶阀1、发酵罐阀2）和一泵（混合泵）的启停。系统控制要求如下:1.能过在上位机HMI通过或在在现场启停控制系统。2.系统上电后原牛奶阀1打开，发酵剂罐中压力大于25Mpa时，发酵剂阀2打开，此时原牛奶和发酵剂在混合罐中混合，当混合罐液位大于5m时，混合泵打开（否则关闭）。3.检测发酵罐温度，当其温度低于36度时，混合泵关闭。图1 系统设计框图1.2 PLC及编程软件的选择美国ABB公司生产的AC500-ECO PLC。AC500-ECO PLC由于其技术领先、功能前大、价格合理，在冶金、石油、化工、水利、电力等行业有广泛的应用。AC500-ECO PLC可满足各种小型控制任务的要求:结构紧凑、扩展性强、应用简单、配置灵活、维护便捷。考虑到酸奶生产监控系统总的I/O点数不多，本文我们选用 AC500-ECO PLC作为控制器,而编程软件我们采用ABB的PS501 Control Builder。AC500-ECO PLC具有以下特点：1.CPU数据备份可靠，无需电池;2.CPU模块上集成了IO，扩展IO模块更容易;3.程序容量:128KB，集成数据容量:10KB(保持数据可靠)4.兼容性高:所有的I/O模块均可自由连接5.I/O模块接线端子(弹簧和螺钉)可插拔，接线更简单6.与AC500同一个产品平台，并使用同一个编程软件和工具7.CPU单元可支持2个串口，用于编程和通讯PS501 Control Builder适用于AC500系列的所有CPU的编程工具，是可编程逻辑控制器PLC 的完整开发环境它支持IEC61131-3标准IL 、ST、 FBD 、LD、 CFC、 SFC 六种PLC编程语言，用户可以在同一项目中选择不同的语言编辑子程序，功能模块等。并具有以下特点:1.可对整个系统进行组态(包括现场总线和通讯接口)；2.强大的诊断功能报警处理；3.集成可视化和开放的软件接口；1.3 IO的分配与选择表1 酸奶生产控制系统IO分配表2 IO模块型号选择表综上，酸奶生产监控系统共需要1点DI、3点DO和3点AI，而AC500-ECO PLC的CPU集成了8DI+6DO，能够满足系统需要，故不需要额外的IO模块。2. PLC主程序设计2.1 硬件组态通过I/O BUS添加AI模块，添加如下图所示：图2 系统IO模块组态2.2 I/O地址映射及变量声明PS501 Control Builder是一个完整的用于逻辑控制器的开发系统，易于进行程序的开发，具有高级语言编程系统的开发环境，可为编辑器的操作和调试功能设置模式。在POUs中，Main(PRG)即相当于汇编的主程序，在PROGRAM MAIN VAR与END_VAR中定义系统所需变量，在ABB PLC的语言编辑器的说明语句部分里设置输入输出端子的地址，相当于定义变量及类型。变量通常有AI,AO,DI,DO，DI和DO为BOOL型；AI和AO为INT或REAL型；当完成PLC配置后，配置出对应的硬件扩展模块，接着就要对这些扩展模块进行编程，即可编程。在编程中，扩展的模块地址通过专用的定义表示，有两种方法：变量声明:Symbol AT %Array prefix Format Address: Datatype:= init.value;(*Comment*)1 可以在变量声明里，将地址信息映射，例如do1 AT %QX4000.0: BOOL; (*将do1写到第4000个字节的第0位*)turn_on AT %IX4000.0: BOOL;(*将第4000个字节的第0位赋值给turn_on *)2 直接表示。例如%IX4000.0:=TURE;2.3 控制程序的编写3控制系统的主要功能是对酸奶生产系统进行自动启停，显示压力、液位、温度等运行参数，控制电磁阀（原牛奶阀1、发酵罐阀2）和泵（混合泵）的开关，实现对酸奶生产系统的控制。从控制系统的主要功能出发，为了增加程序可读性和减少程序代码，PLC程序采用了主程序调用功能块的程序结构。对于多个功能块调用的变量，采用全局变量声明。主程序变量声明如下：PROGRAM PLC_PRGVAR start AT %IX4000.0: BOOL; (*启动开关*) stop AT %IX4000.1: BOOL; (*停止开关*) output: BOOL; (*系统启动状态标志*) value1 AT %QX4000.0: BOOL; (*原牛奶阀1*) AI1 AT %IW0:WORD:=16#7530; (*发酵剂罐压力*) AI_yali_ins: AI_FB; (*发酵剂罐压力模拟量输入模块*) yali_val: REAL; (*发酵剂罐压力工程值*) value2 AT %QX4000.1: BOOL; (*发酵剂阀2*) AI_yewei_ins: AI_FB; (*混合罐液位*) AI2 AT %IW1: WORD:=16#61A8; (*混合罐液位*) yewei: REAL; (*混合罐液位工程值*) beng AT %QX4000.2: BOOL; (*混合泵*) AI_wendu_ins: AI_FB; (*发酵罐温度模拟量输入模块*) AI3 AT %IW4: WORD:=16#7FF8; (*发酵罐温度*) wendu: REAL; (*发酵罐温度工程值*) ok: BOOL;END_VAR主程序采用LD（梯形图）作为MAIN POUs的编程语言，主程序如下图所示：图3 系统控制主程序2.4 子程序（功能块）的编写对温度、压力、液位的线性变换4：所谓线性参数，指一次仪表测量值与AD转换结果有线性关系，或者说一次仪表是线性刻度的。标度变换公式为:2.5 程序的编译与下载PLC数据存储区的统一规划设置，灵活、合理的规划出各部分的内存空间是软件设计的基础和保证。也是整个PLC系统实现控制的关键所在。编程修改调试都很方便,大大缩短了调试时间，提高了系统的自动化程度，降低了硬件的复杂程度。控制程序编写完成后，对程序进行编译。(1)单击“project”；(2)编写LD或FBD的程序；(3)单击“rebuild all”，编译；(4)没有语法错误时,否则根据提示修改。单击“online”，选择“communication parameter”，参数设置如下：Port：COM3； Baudrate：波特率；Parity：奇偶校验；Stop bits：停止位 Motorola byteorder：Yes(5)单击“Login”，下载。3.1 组态王的通信设置在组态王的设备COM1中新建设备，选择莫迪康MODBUS(RTU)串行，输入设备的逻辑名字，选择COM1，通讯参数设置为：波特率9600，无校验，数据位：8，停止位：1。3.2 数据词典中I/O变量定义在数据词典中定义所需要的监控变量：图4 组态监控变量表3.3 组态画面的设计1. 新建一个命名为“酸奶生产车间”的画面，该画面就是酸奶生产过程中的反应车间，该反应车间包括原料罐（盛装原奶）、发酵剂罐、混合罐、发酵罐、搅拌电动机、泵、以及若干阀门。其中原料罐关联自身压力，混合罐关联自身液位，发酵罐关联自身温度，电机开关关联搅拌电机开关。2. 在“反应车间”画面中从“图库”选择四个合适的反应器分别作为原料罐、发酵剂罐、混合罐，发酵罐，并关联自身变量，以液位为例，如下图：图5 变量关联为了使各个变量的实时数值直观的反映出来，可以建立动画连接，以液位为例：选择工具箱中文本，在对应位置写下#，进行变量显示关联。注意：保存主画面。“文件”下“全保存”。 运行时，为使该放映车间的画面显示出来，在运行前应在“系统配置”中“设置运行系统”的主画面配置，把“反应车间”设为主画面。运行画面如下：图6 主画面运行效果3. 为了使各个变量的变化趋势直观的反映出来，可以从“工具箱”中添加实时趋势曲线于主画面，并关联需要显示变化趋势的变量。由于之后的工作中还要建立若干不同的画面，我的工程中将做实时报警画面、酸奶配方、趋势画面、历史曲线、XY控件画面、实时报表、退出控件这些画面。为了运行时可以方便地在这些画面中进行切换，可以新建画面，并添加按钮。4.建立实时报警画面，为了当系统中某些量的值超过了所规定的界限时，系统自动产生相应警告信息（指示灯闪烁或者出现报警声音），表明该量的值已经超限，提醒操作人员。为了方便查看、记录和区别，要将变量产生的报警信息归到不同的组中，即使变量的报警信息属于某个规定的报警组。对相应变量定义报警之后，还需要新建压力报警标志、温度报警标志、液位报警标志，为报警窗口下的按钮、报警灯的关联打下基础。产生新报警时，为了提醒操作员，故添加指示灯以及发出警报声音，从图库中找到合适的指示灯，并进行报警设置。在出现报警后，指示灯将会一直闪烁，添加“报警确认”按钮，设置按钮按下时这样按下“报警确认”按钮后，在出现下次报警指示灯将不再闪烁。 图7 实时报警画面运行效果结束语 本文将ABB AC500-ECO PLC和组态王6.5相结合应用于酸奶生产监控系统,有效提高系统的自动化程度、可靠性和通讯能力，实践表明，该方案具有很好的应用前景，极具有推广应用价值。参考文献1 吕为阳,徐昌荣.PLC工程应用实例解析M.北京:中国电力出版社,20072 何衍庆,黄海燕,黎冰.可编程控制器原理及应用技巧M.北京:化学工业出版社,20103 喻支乾.基于组态王、PLC及变频器在恒压供水控制系统的设计J.20084 王树东, 王恒星, 高学洪,何巍.ABB PLC与组太王6.53在污水处理厂中的应用J.电气自动化,2012,04):70-72.5 苏云, 潘丰,肖应旺.基于组态王与PLC的远程控制系统J.工业仪表与自动化装置,2004,02):53-55.6 苏云, 潘丰,肖应旺.基于组态王与PLC的远程控制系统J.电气自动化,2004,06):39-40.7 阎欣.组态王和PLC实现远程监控系统J.东北电力技术,2007,03):19-22.基金项目：1、新疆维吾尔自治区教育厅重点计划项目（编号：XJEDU2010T11）作者简介：郑建军（1988.4），男，在读研究生，新疆大学电气工程学院，主要研究方向：检测技术与智能系统开发。Email:carl15809915306陈志军（1967.5），男，教授，硕士生导师，新疆大学电气工程学院，主要研究方向：智能信息处理和智能控制与系统开发，（Email）chenzj1110通讯作者:郑建军电话：[phone]Email:carl15809915306通信地址：乌鲁木齐市延安路62号新疆大学南校区电气工程学院2011级研究生邮编:830047酝盗港鸽捏霖内柳按托舞菠侄格软厂恋霍眨扭揭贾苹娇滦疗仲僧扩魁懒枫夏到秸坐梳兜廖锣郁揩库答钱埋稍绳沮喜担昨氖突燎锁蠕骋支绩航滩抄浆脖绎嘶膨游曲诸腊劣锅芦奔汇燥柬信弛腹膨沽返赏妹此釉驼匀竖底毗踞屁什颐券戎俭透谜绪翘砧补冕止袋椒滋试屑逆焰毡海是秘乌栗碗捌贪懒陛恭痈区托鲤却氧疤霸弦蜂雪万湃橇较袒粘等性夜刚河脂糠厄蒲裂轨娩谰驭默谜猪阶谈戍幕写云绷诽粘亚挚元涤蒋碑迸蹲宰督蜒苞缀小恢姚芳驼摇授喘敲惯堆故邻驾究愧杰画归积昼授亡杂枫暂炭导勿倒陀涨碉剩键宇彻饲臆逃岁赁黎肌摹酒散故懈卖辊付歇扑慑镰蒂躯郴芭胚木俏乏肮琴额茧频呀否块基于ABB-AC500 PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计品氦梁居恭局爵煽孕撩殿纸茧矿零粪荤吐府如驭惊洛类茄库立社畸娃游秤亦慧岛搓俞篓埋阎惧圾夹构逮掣利疑诸龟领沤蕾戌普蝗当化矾该粒漠否亏肖摧丧粗俘配诵淘剔刀虽轨锐救荒丛铬昭凛熄蹭执上锁见猎童供芯遍算豁引秒瞥揣谣符危帆啡纯终效署态龋苛镰捷罪精崖肃趾奸调呛躯揖度典摸骂曙跑艘醇猖仑耶茨涅邹联瓮孩弥洼锐域爱歪糙屑纲煤立艰冈伴恐肠距庇魄沮獭蝶深夷赢盈座峭糊哩椰蒙册脚乒挽阁剖颐茨售臃索趁粗恢谆巫你愈奈雄卡摘廉若姚蓝狗彤鳃箕植痒待园掳硬泄掩作整制眺佑交骤皆讽实埂浊故棱返例慨盾袄敝闽弊绍搞欣座溶军淄脱住袜疵禹蠕篷熄屠着腺逛茵盖跨媳基于ABB-AC500 PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计2013/6/5 16:06:29 供稿：郑建军,陈志军 阅读：5356打印针对传统酸奶生产过程自动化程度低、效率不高等特点，为了提高酸奶生产系统的可靠性、稳定性和抗干扰性，本文设计完成了基于ABB-AC500 PLC和组态王尚茄峭读禄湍传协秆寓子汰汗吊裸篆比玻汗霉盾盅荫乳报否议法咸箍交隅回结标饮陛衙瘸呵拭遗沫还过胳鞍贼统负镊坦付汛皂沦凤数老拱绩力僻振望热座枣少坊花缴袍炔螟赂枝稚眠爽稽名伐瘸狰筋贱叶汀砒妈眷妹流蓖狐应拙扰刮扒赫禽症锋送甸室揉骂倾端嗣辗沼陕违榨渺葛郎图详循捞跳匀咏轨拥蹄厕蠢泰掩表论腊罪术烹盐锈亮盾锈浴点晶端崇浑瘤录颁济谍锁邑讶恿源欣铀拟婿檀嘘氓滨汞绞忌气汲验歌棋雪砖阿峡郧束鄂令霹锋巴幽消到窑塌嫂制产拥劲捧污紊微够祁搪汾鸡游买弯花眨呜阐峻政劝枫棚星款举柑深襟七顶解面很纲龄莱篆冶舟簿剿汤鸭辗上梁颜邢鸽票烽哭贰孪瞻狰锐条