基於S71200PLC和力控組態軟體的井式爐控制系統設計論文

　　1 引言

　　佛山市某企業熱處理車間有5套4加熱層的井式爐用於對長軸類產品的熱處理加工，為了滿足企業對產品生產過程的引數指標分析及加強生產過程中的質量管理和產品溯源的要求，現有井式爐的控制系統已不能完全滿足企業更高質量定位需求，需要對現有的5套井式爐進行自動化升級改造和對生產過程資料進行實時集中監控。本文將介紹在保留現有相關硬體的前提下，如何利用SIMATIC S7-1200基於力控組態軟體完成井式控制系統設計。

　　2 系統網路架構

　　SIMATIC S7-1200（以下簡稱S7-1200PLC）是西門子公司為充分滿足於中小型自動化的系統需求，面向離散自動化系統和獨立自動化系統所開發使用的小型控制器模組。透過TIA Portal V13軟體進行工程組態，使其具有強大的整合工藝功能和靈活的可擴充套件性，為各種工藝任務提供了簡單的通訊和有效的解決方案，尤其滿足多種應用中完全不同的自動化需求。同時整合PROFINET介面用於程式設計、HMI通訊和PLC間的通訊。在本系統中現場的S7-1200PLC、觸控式螢幕及工控機利用PROFINET線集中連線到工業交換機中，力控組態軟體和現場觸控式螢幕與S7-1200PLC之間透過S7-1200PLC（TCP/IP）乙太網協議來進行通訊架構的搭建，完成對現場的5套井式爐的各類資料進行採集及對應控制，系統網路架構如圖1所示。

　　3 系統電氣組成

　　現場單臺裝置在電氣控制系統中，電氣拓撲圖如圖2所示。由一臺由西門子S7-1200PLC（CPU 1214C AC/DC/Rly）、一臺模擬量輸入擴充套件模組（SM 1231 AI4 x RTD）、一臺模擬量輸出擴充套件模組（SM 1232 AQ4）、4臺可控矽功率調節器（T6-SCR）、4套溫度感測器及一臺威綸通觸控式螢幕（MT8070）及爐門、供電、報警等輔助系統構成。其中S7-1200PLC為控制系統核心，4路擴充套件模擬量輸入模組用於處理4套溫度感測器採集到的井式爐4層位置實時溫度值，4路擴充套件模擬量輸出模組用於同時對4臺可控矽功率進行驅動進而調節器對井式爐內部上4層加熱電阻進行電能控制，現場觸控式螢幕實現操作人員在產品生產現場的登陸及完成對生產產品的工藝選擇。

　　4 系統工作原理

　　在進行生產時，操作人員在現場使用觸控式螢幕進行本次生產工藝資料的選擇，然後透過現場電氣控制櫃上的啟動按鈕進行系統啟動。S7-1200PLC接收到該啟動訊號後程序進行動作輸出，控制對應的接觸器或中間繼電器接通分別給功率調節器、爐門等相關裝置供電。控制系統工作時，程式根據操作人員在觸控式螢幕上選擇設定的工藝引數，結合採集回的井式爐內溫度資料進行PID運算，結果以模擬訊號輸出到功率調節器。功率調節器根據S7-1200PLC給定的模擬訊號對流入井式爐內發熱電阻的電能進行控制，實現溫度的自動調節。

　　5 系統程式實現

　　在該控制系統中S7-1200PLC的程式設計如圖3所示包括：主程式OB1，實現對本機的.各個功能的協調及呼叫控制；溫度採集FC1，內建AD轉換和濾波演算法完成現場的溫度模擬訊號轉為實時數字訊號供各功能使用。PID調節控制FC2，根據工藝流程和設定的引數完成PID控制；輔助動作FC3，實現對爐門升降、功率調節器供電、完成訊號等進行控制；工藝資料庫FC4，內建50組資料通道實現對50種不同產品的生產工藝資料的長期儲存及呼叫。故障診斷FC5，實現對裝置出現的過載故障、PLC主機和感測器斷線故障、加熱超溫故障，加熱異常等進行採集判斷保證裝置的正常執行。

　　在系統程式中，使用前期主要的技術難點是程式中PID引數的現場除錯。需要多次進行現場測試及最佳化，但一臺裝置除錯完畢後將可以複製到其餘機組從而節省後續多臺的調試周期。同時在系統程式內建有專門的故障診斷程式塊，每當裝置的使用過程中現場出現故障後可以及時的透過觸控式螢幕或中央監控系統實時的反饋顯示。方便現場的維護人員對故障判斷，提高維修速度減少維修週期。

　　6 中央監控實現

　　目前世面上有很多上位機監控系統軟體，如國外西門子的Wincc，國內的組態王，力控等。其中力控軟體具有良好的開發培訓教程以及配置完善的各類現場裝置通訊介面，具有較高的價效比。在本系統中將使用力控7.0軟體，透過PROFINET線對現場的5臺裝置進行訪問來實現資料的整體監控。首先在工控機上安裝力控7.0軟體並完成軟體授權，隨後開始進行系統的組態。本系統具有以下功能：不同層的溫度的顯示和報警；現場裝置的工藝引數選擇及裝置啟動；實時和歷史曲線顯示、查詢及儲存；資料報表的列印。系統相關介面如圖4和5 所示，其中主介面的功能與現場的觸控式螢幕一致具有溫度資料的顯示也能完成對現場裝置的遠端操作；操作人員能對歷史資料趨勢圖查詢和資料匯出；資料報表能完成對產品按秒、按分、按時的時間定長查詢並將查詢的結果進行列印或匯出SCV格式檔案的功能。

　　7 結語

　　企業在使用S7-1200PLC與力控組態軟體進行熱處理井式爐的溫度自動控制系統。實現了對井式爐工作過程的自動溫度控制。並可以對工作過程的資料進行記錄，匯出，列印。使生產工藝人員隨時掌握產品生產過程的工藝資料並根據生產產品質量調整工藝資料，為提高產品質量打下堅實基礎同時為後續的產品質量溯源提供重要的佐證依據。

　　參考文獻

　　[1]吳波，張靜.PLC在熱處理電阻爐溫度控制系統設計中的應用[J].熱處理技術與裝備，2006，27（6）：39-43.

　　[2]馮博，徐淑華.基於S7-1200 PLC的電加熱器模糊PID控制[J].青島大學學報，2011，26（1）：14-18.

　　[3]曹慶才，高德欣.基於力控的溫溼度遠端監控系統設計[J].自動化技術與應用，2014，32（3）：91-95.

　　[4]西門子股份有限公司.S7-1200可編程式控制器產品樣本[Z]，2010.08.

　　[5]西門子股份有限公司.S7-1200 可程式設計控制器系統手冊[Z]，2012.04.