基于ABB-AC500PLC和組態(tài)王的酸奶生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

總結(jié)資料總結(jié)資料基于ABB-AC500PLC和組態(tài)王的酸奶生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計2013/6/516:06:29供稿：X建軍,陳志軍閱讀：5356打印針對傳統(tǒng)酸奶生產(chǎn)過程自動化程度低、效率不高等特點(diǎn)，為了提高酸奶生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和抗干擾性，本文設(shè)計完成了基于ABB-AC500PLC和組態(tài)王的酸奶生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用集中監(jiān)控的方式，與外界通訊能力強(qiáng)，能夠有效提高生產(chǎn)效率0引言酸奶生產(chǎn)是一個壓力、溫度、液位控制系統(tǒng)，以發(fā)酵罐為主反映器，具體過程就是把新鮮原奶和發(fā)酵劑（乳酸菌）加入混合罐，通過監(jiān)控混合罐的液位控制原料的注入量，經(jīng)攪拌充分混合后注入到發(fā)酵罐，通過監(jiān)控嚴(yán)格控制發(fā)酵罐溫度，發(fā)酵完成后即可獲得成品酸奶。PLC控制系統(tǒng)以其運(yùn)行可靠、使用維護(hù)方便、抗干擾能力強(qiáng)、適合新型高速網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等顯著的優(yōu)點(diǎn)，在小型工業(yè)控制系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備中，通常采用PLC單機(jī)控制模式實現(xiàn)順序控制和傳動控制，并確保生產(chǎn)效率。為了提高酸奶生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和可維護(hù)性，目前酸奶生產(chǎn)系統(tǒng)都傾向于采用先進(jìn)、實用、可靠的PLC來進(jìn)行控制，同時在上位機(jī)利用亞控公司的組態(tài)軟件“組態(tài)王”設(shè)計一個人機(jī)界面（HMI）,通過口5485與可編程控制器通信，對控制系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控，從而使用戶操作更方便。總體上包括的技術(shù)路線：硬件設(shè)計，軟件編程，組態(tài)設(shè)計［1］。PLC選型與I/O分配［2］系統(tǒng)控制要求酸奶生產(chǎn)控制方式主要分為繼電器控制系統(tǒng)、口口-直接數(shù)字式控制器）控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)等幾種形式。采用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)來實現(xiàn)酸奶生產(chǎn)控制，由于機(jī)械接觸點(diǎn)很多，導(dǎo)致接線復(fù)雜、參數(shù)調(diào)整不方便、功耗高等明顯的缺點(diǎn)，而且機(jī)械接觸點(diǎn)的工作頻率低、故障率高、容易損壞、可靠性差，所以繼電器控制系統(tǒng)已逐漸被淘汰。采用DDC控制系統(tǒng)雖然可以減少接線，使得可靠性有所提高，但是由于其本身的抗干擾能力差、不易聯(lián)網(wǎng)、信息集成度不高和分級分步式結(jié)構(gòu)的局限性，因此，越來越不能滿足復(fù)雜多變的智能控制要求。采用PLC來控制酸奶生產(chǎn)，不僅可以通過編程實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，而且可以在很大程度上簡化硬件接線，提高控制系統(tǒng)可靠性，操作界面友好，信息集成度高，便于實現(xiàn)智能控制。該酸奶生產(chǎn)控制系統(tǒng)主要是根據(jù)模擬量輸入發(fā)酵罐壓力、混合罐液位和發(fā)酵罐溫度控制2閥（原牛奶閥1、發(fā)酵罐閥2）和一泵（混合泵）的啟停。系統(tǒng)控制要求如下:1.能過在上位機(jī)HMI通過或在在現(xiàn)場啟?？刂葡到y(tǒng)。.系統(tǒng)上電后原牛奶閥1打開，發(fā)酵劑罐中壓力大于25乂口2時，發(fā)酵劑閥2打開，此時原牛奶和發(fā)酵劑在混合罐中混合，當(dāng)混合罐液位大于5m時，混合泵打開（否則關(guān)閉）。.檢測發(fā)酵罐溫度，當(dāng)其溫度低于36度時，混合泵關(guān)閉。圖1系統(tǒng)設(shè)計框圖1.2PLC及編程軟件的選擇美國ABB公司生產(chǎn)的AC500-ECOPLC。AC500-ECOPLC由于其技術(shù)領(lǐng)先、功能前大、價格合理，在冶金、石油、化工、水利、電力等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。AC500-ECOPLC可滿足各種小型控制任務(wù)的要求:結(jié)構(gòu)緊湊、擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)用簡單、配置靈活、維護(hù)便捷。考慮到酸奶生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)總的I/O點(diǎn)數(shù)不多，本文我們選用AC500-ECOPLC作為控制器而編程軟件我們采用ABB的PS501ControlBuilder。AC500-ECOPLC具有以下特點(diǎn)：1.CPU數(shù)據(jù)備份可靠，無需電池；2.CPU模塊上集成了?，擴(kuò)展2模塊更容易;3.程序容量:128KB，集成數(shù)據(jù)容量:10KB（保持?jǐn)?shù)據(jù)可靠）4.兼容性高:所有的I/O模塊均可自由連接5」/。模塊接線端子（彈簧和螺釘）可插拔，接線更簡單6.與AC500同一個產(chǎn)品平臺，并使用同一個編程軟件和工具7.CPU單元可支持2個串口，用于編程和通訊PS501ControlBuilder適用于AC500系列的所有CPU的編程工具，是可編程邏輯控制器PLC的完整開發(fā)環(huán)境它支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)IL、ST、FBD、LD、CFC、SFC六種PLC編程語言，用戶可以在同一項目中選擇不同的語言編輯子程序，功能模塊等。并具有以下特

點(diǎn):1.可對整個系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)（包括現(xiàn)場總線和通訊接口）；2.強(qiáng)大的診斷功能報警處理；3.集成可視化和開放的軟件接口；1.310的分配與選擇表1酸奶生產(chǎn)控制系統(tǒng)IO分配酸奶生產(chǎn)控制系鱗io分配信號類型名稱 ，PLC地址開關(guān)輸入啟動開關(guān)%1叉40CO:0停止開關(guān)：:：,%U40W,1開關(guān)輸出原牛奶閥1螭%4。0第0圾對OCO：1混合蓑版血.（翊￡模擬量輸入 ;發(fā)酵測醺力陰工購〔mn發(fā)螫耀溫度表2IO模塊型號選擇表攫蟲芟墓假幽S3號和抉說明訂堂號控制器主單元FM554-R12BKB程序內(nèi)落帶3DI#8（維電韓輸出卜供電電壓24VDC1TTJE鞏密眥鼠底胸康母星喻人桎&LAiiiI4At(U/E)r分辨率[].2tnL-ji^i1TNE加目901R11UAJ5622Al(RTD%削解軍：^brt-stgnIIXE^3902R)J^綜上，酸奶生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)共需要1點(diǎn)DI、3點(diǎn)DO和3點(diǎn)AI,而AC500-ECOPLC的CPU集成了8口1+6口0,能夠滿足系統(tǒng)需要，故不需要額外的IO模塊。2.PLC主程序設(shè)計硬件組態(tài)通過I/OBUS添加AI模塊，添加如下圖所示：聞曰E點(diǎn)frpjrt|nwiEx^JigfW喻dwMp畫審刊耳刎現(xiàn)國卻和明固礴I^Rmuwi(SLJ□^Rmuwi(SLJ□」安陽ioic*1M06i$5i才必3」如ET7mm坳皿如情M51E學(xué)梵的，YW(￡jer父_J4”部鵬小附中1節(jié)F0S1E簾靜曄i￥M*ta_1jSyrQdd浜41BJ015395E m■川?昌?」如叫UMH>1中07%壯現(xiàn)爐bfl沖#An口Jtl】V=：響Akmqxnl^^in.』LcfPlL￡-CcrEiuiAiri哥Tim卜 4I田加啊gAW-alch-wxlR?<ieManegei公哂*勢*4eg<soo-由|守號paraEH.rs[Fin□JfC^EoarclOEDI0可小心「風(fēng)6—3小1-4■物旃陽HnMOWiClbGHM/AifllQMkFlVmj5-R助型州1幅1超&即=因/八TWfcVOIMT；L?^oqm叩QVEGHMJMELRB一門AtWWlll-<t：C7149酊磯n1rpirtANN.ELQ」--1AT黑物廿?T.CAn加qMmfl2■]CCHJWtJELQE3@(JM6&2-? 展M(RJTD)尸郵的廄St心MSPJWAR]白一5 in皿%的i『的Hu孫npri皿眩岬y呼1tlILBtowrawE-p-lI—門三IJjj所國匚」」二Zj」」總結(jié)資料總結(jié)資料- - 總結(jié)資料- - 總結(jié)資料圖2系統(tǒng)IO模塊組態(tài)1/0地址映射及變量聲明PS501ControlBuilder是一個完整的用于邏輯控制器的開發(fā)系統(tǒng)，易于進(jìn)行程序的開發(fā)，具有高級語言編程系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，可為編輯器的操作和調(diào)試功能設(shè)置模式。在POUs中，Main（PRGM/f|當(dāng)于匯編的主程序，在PROGRAMMAINVAR與END_VAR中定義系統(tǒng)所需變量，在人88PLC的語言編輯器的說明語句部分里設(shè)置輸入輸出端子的地址，相當(dāng)于定義變量及類型。變量通常有AI,AO,DI,DO,DI和D。為BOOL型；AI和A。為INT或REAL型；當(dāng)完成PLC配置后，配置出對應(yīng)的硬件擴(kuò)展模塊，接著就要對這些擴(kuò)展模塊進(jìn)行編程，即可編程。在編程中，擴(kuò)展的模塊地址通過專用的定義表示，有兩種方法：變量聲明:SymbolAT%ArrayprefixFormatAddress:Datatype:=init.value;（*ment*）可以在變量聲明里，將地址信息映射，例如do1AT%QX4000.0:BOOL;（*將do1寫到第4000個字節(jié)的第0位*）turn_onAT%IX4000.0:BOOL;（*將第4000個字節(jié)的第0位賦值給turn_on*）直接表示。例如%IX4000.0:=TURE;控制程序的編寫[3]控制系統(tǒng)的主要功能是對酸奶生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行自動啟停，顯示壓力、液位、溫度等運(yùn)行參數(shù)，控制電磁閥（原牛奶閥1、發(fā)酵罐閥2）和泵（混合泵）的開關(guān)，實現(xiàn)對酸奶生產(chǎn)系統(tǒng)的控制。從控制系統(tǒng)的主要功能出發(fā)，為了增加程序可讀性和減少程序代碼，PLC程序采用了主程序調(diào)用功能塊的程序結(jié)構(gòu)。對于多個功能塊調(diào)用的變量，采用全局變量聲明。主程序變量聲明如下：PROGRAMPLC_PRGVARstartAT%IX4000.0:BOOL;（*啟動開關(guān)*）stopAT%IX4000.1:BOOL;（*停止開關(guān)*）output:BOOL; （*系統(tǒng)啟動狀態(tài)標(biāo)志*）value1AT%QX4000.0:BOOL;（*原牛奶閥1*）AI1AT%IW0:WORD:=16#7530;（*發(fā)酵劑罐壓力*）AI_yali_ins:AI_FB;（*發(fā)酵劑罐壓力模擬量輸入模塊*）

yali_val:REAL;（*發(fā)酵劑罐壓力工程值*）value2AT%QX4000.1:BOOL;（*發(fā)酵劑閥2*）AI_yewei_ins:AI_FB;（*混合罐液位*）AI2AT%IW1:WORD:=16#61A8;（*混合罐液位*）yewei:REAL;（*混合罐液位工程值*）bengAT%QX4000.2:BOOL;（*混合泵*）AI_wendu_ins:AI_FB;（*發(fā)酵罐溫度模擬量輸入模塊*）AI3AT%IW4:WORD:=16#7FF8;（*發(fā)酵罐溫度*）wendu:REAL;（*發(fā)酵罐溫度工程值*）ok:BOOL;END_VAR主程序采用1口（梯形圖）作為MAINPOUs的編程語言，主程序如下圖所示：主程序采用1口（梯形圖）作為MAINPOUs的編程語言，主程序如下圖所示：AQumfrb?I1AMu#MWT.3IF.awww二」」_!21」」二。匚口」匚圖3系統(tǒng)控制主程序子程序（功能塊）的編寫對溫度、壓力、液位的線性變換［4］：所謂線性參數(shù)，指一次儀表測量值與人口轉(zhuǎn)換結(jié)果有線性關(guān)系，或者說一次儀表是線性刻度的。標(biāo)度變換公式為：4=3。送4式中，4為一次測量儀表的下限；4為一次測量儀表的上線三4為實際測罐值（工程量*M,為儀表上線對應(yīng)的數(shù)字量，1%為測量值所對應(yīng)的藪字量-其中、4td羯、N■，寸于某-一個固定的被測手藪來說常敬，不同的爹數(shù)有不同的值口為使程序簡單獷一般把被測參數(shù)的起點(diǎn)4（輸入信號為0）所對應(yīng)的AD輸出值為。即不,=0,上式可化為；在Pf^Us中*還可以［忝加一個POUm七招即設(shè)置為AI）類型諛置為FunctionBlocks編程語言選FW,這樣就成功的添加了一個里口山，也就是一個:AIPOU5功能塊。例如，雙擊打開A工的編輯器，在編輯器的說明曲句都會中輸為原下變量：FUUCTIOITBLOCKAI下鯨INPUTAIIETc:REAL;'R4eiqn口曰MAjl：EHAL;F.fe-feier.c^MTK-：REAL;Val^eMAX：施虹:Value_NIN:REAL,END_VARVAR_OUTPUT叵|程序的編譯與下載

PLC數(shù)據(jù)存儲區(qū)的統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)置，靈活、合理的規(guī)劃出各部分的內(nèi)存空間是軟件設(shè)計的基礎(chǔ)和保證。也是整個PLC系統(tǒng)實現(xiàn)控制的關(guān)鍵所在。編程修改調(diào)試都很方便,大大縮短了調(diào)試時間，提高了系統(tǒng)的自動化程度，降低了硬件的復(fù)雜程度?？刂瞥绦蚓帉懲瓿珊?，對程序進(jìn)行編譯。(1)單擊“project”；⑵編寫1口或FBD的程序；(3)單擊“rebuildall”，編譯；(4)沒有語法錯誤時,否則根據(jù)提示修改。單擊“online"，選擇“municationparameter1參數(shù)設(shè)置如下：Port：3；Baudrate：波特率;Parity：奇偶校驗;Stop匕抬：停止位Motorolabyteorder：Yes(5)單擊理。。門,，下載。3上位機(jī)監(jiān)控畫面的設(shè)計組態(tài)王的通信設(shè)置在組態(tài)王的設(shè)備1中新建設(shè)備，選擇莫迪康MODBUS(RTU)串行，輸入設(shè)備的邏輯名字，選擇1，通訊參數(shù)設(shè)置為：波特率9600，無校驗，數(shù)據(jù)位：8，停止位：1。數(shù)據(jù)詞典中I/O變量定義在數(shù)據(jù)詞典中定義所需要的監(jiān)控變量：外二林裝?卻&匹g120韁事限圖4組態(tài)監(jiān)控變量表組態(tài)畫面的設(shè)計新建一個命名為“酸奶生產(chǎn)車間”的畫面，該畫面就是酸奶生產(chǎn)過程中的反應(yīng)車間，該反應(yīng)車間包括原料罐(盛裝原奶)、發(fā)酵劑罐、混合罐、發(fā)酵罐、攪拌電動機(jī)、泵、以及若干閥門。其中原料罐關(guān)聯(lián)自身壓力，混合罐關(guān)聯(lián)自身液位，發(fā)酵罐關(guān)聯(lián)自身溫度，電機(jī)開關(guān)關(guān)聯(lián)攪拌電機(jī)開關(guān)。在“反應(yīng)車間”畫面中從“圖庫”選擇四個合適的反應(yīng)器分別作為原料罐、發(fā)酵劑罐、混合罐，發(fā)酵罐，并關(guān)聯(lián)自身變量，以液位為例，如下圖：回圖5變量關(guān)聯(lián)為了使各個變量的實時數(shù)值直觀的反映出來，可以建立動畫連接，以液位為例：選擇工具箱中文本，在對應(yīng)位置寫下###，進(jìn)行變量顯示關(guān)聯(lián)。注意：保存主畫面?！拔募毕隆叭４妗?。運(yùn)行時，為使該放映車間的畫面顯示出來，在運(yùn)行前應(yīng)在“系統(tǒng)配置”中“設(shè)置運(yùn)行系統(tǒng)”的主畫面配置，把“反應(yīng)車間”設(shè)為主畫面。運(yùn)行畫面如下：酸奶生產(chǎn)反應(yīng)車間新鮮果I潮越仍俯而酸奶生產(chǎn)反應(yīng)車間新鮮果I潮越仍俯而我IM報警暗而 褰時截?fù)?jù)報破 博班配方,Lrn二1匚D-T-J留一控件控面圖6主畫面運(yùn)行效果為了使各個變量的變化趨勢直觀的反映出來，可以從“工具箱”中添加實時趨勢曲線于主畫面，并關(guān)聯(lián)需要顯示變化趨勢的變量。由于之后的工作中還要建立若干不同的畫面，我的工程中將做實時報警畫面、酸奶配方、趨勢畫面、歷史曲線、XY控件畫面、實時報表、退出控件這些畫面。為了運(yùn)行時可以方便地在這些畫面中進(jìn)行切換，可以新建畫面，并添加按鈕。建立實時報警畫面，為了當(dāng)系統(tǒng)中某些量的值超過了所規(guī)定的界限時，系統(tǒng)自動產(chǎn)生相應(yīng)警告信息（指示燈閃爍或者出現(xiàn)報警聲音），表明該量的值已經(jīng)超限，提醒操作人員。為了方便查看、記錄和區(qū)別，要將變量產(chǎn)生的報警信息歸到不同的組中，即使變量的報警信息屬于某個規(guī)定的報警組。對相應(yīng)變量定義報警之后，還需要新建壓力報警標(biāo)志、溫度報警標(biāo)志、液位報警標(biāo)志，為報警窗口下的按鈕、報警燈的關(guān)聯(lián)打下基礎(chǔ)。產(chǎn)生新報警時，為了提醒操作員，故添加指示燈以及發(fā)出警報聲音，從圖庫中找到合適的指示燈，并進(jìn)行報警設(shè)置。在出現(xiàn)報警后，指示燈將會一直閃爍，添加“報警確認(rèn)”按鈕，設(shè)置按鈕按下時這樣按下“報警確認(rèn)”按鈕后，在出現(xiàn)下次報警指示燈將不再閃爍。圖7實時報警畫面運(yùn)