基于ABBAC500PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计.docx
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基于ABBAC500PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计.docx
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基于ABBAC500PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计
基于ABB-AC500PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计
2013/6/516:
06:
29供稿:
X建军,陈志军阅读:
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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-AC500PLC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〕参加混合罐,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、适合新型高速网络构造等显著的优点,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来进展控制,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,对控制系统进展全面监控,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[2]
1.1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构造的局限性,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翻开,发酵剂罐中压力大于25Mpa时,发酵剂阀2翻开,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,混合泵翻开〔否那么关闭〕。
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
1.2PLC及编程软件的选择
美国ABB公司生产的AC500-ECOPLC。
AC500-ECOPLC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-ECOPLC可满足各种小型控制任务的要求:
构造紧凑、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-ECOPLC作为控制器,而编程软件我们采用ABB的PS501ControlBuilder。
AC500-ECOPLC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
PS501ControlBuilder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,用户可以在同一工程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.可对整个系统进展组态(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;
1.3IO的分配与选择
表1酸奶生产控制系统IO分配
表2IO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-ECOPLC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/OBUS添加AI模块,添加如下列图所示:
图2系统IO模块组态
2.2I/O地址映射及变量声明
PS501ControlBuilder是一个完整的用于逻辑控制器的开发系统,易于进展程序的开发,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PROGRAMMAINVAR与END_VAR中定义系统所需变量,在ABBPLC的语言编辑器的说明语句局部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展编程,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:
SymbolAT%ArrayprefixFormatAddress:
Datatype:
=init.value;(*ment*)
[1]可以在变量声明里,将地址信息映射,例如
do1AT%QX4000.0:
BOOL;(*将do1写到第4000个字节的第0位*)
turn_onAT%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展自动启停,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构造。
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:
PROGRAMPLC_PRG
VAR
startAT%IX4000.0:
BOOL;(*启动开关*)
stopAT%IX4000.1:
BOOL;(*停顿开关*)
output:
BOOL;(*系统启动状态标志*)
value1AT%QX4000.0:
BOOL;(*原牛奶阀1*)
AI1AT%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*)
value2AT%QX4000.1:
BOOL;(*发酵剂阀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;(*发酵罐温度模拟量输入模块*)
AI3AT%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MAINPOUs的编程语言,主程序如下列图所示:
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、合理的规划出各局部的内存空间是软件设计的根底和保证。
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,对程序进展编译。
(1)单击“project〞;
(2)编写LD或FBD的程序;
(3)单击“rebuildall〞,编译;
(4)没有语法错误时,否那么根据提示修改。
单击“online〞,选择“municationparameter〞,参数设置如下:
Port:
3;Baudrate:
波特率;Parity:
奇偶校验;Stopbits:
停顿位Motorolabyteorder:
Yes
(5)单击“Login〞,下载。
3.1组态王的通信设置
在组态王的设备1中新建立备,选择莫迪康MODBUS(RTU)串行,输入设备的逻辑名字,选择1,通讯参数设置为:
波特率9600,无校验,数据位:
8,停顿位:
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响车间,该反响车间包括原料罐〔盛装原奶〕、发酵剂罐、混合罐、发酵罐、搅拌电动机、泵、以及假设干阀门。
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“反响车间〞画面中从“图库〞选择四个适宜的反响器分别作为原料罐、发酵剂罐、混合罐,发酵罐,并关联自身变量,以液位为例,如下列图:
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###,进展变量显示关联。
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“反响车间〞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假设干不同的画面,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展切换,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〕,说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、报警灯的关联打下根底。
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,从图库中找到适宜的指示灯,并进展报警设置。
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
完毕语
本文将ABBAC500-ECOPLC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,实践说明,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
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中国电力,2007
[2]何衍庆,黄海燕,黎冰.可编程控制器原理及应用技巧[M].:
化学工业,2010
[3]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].2008
[4]王树东,王恒星,高学洪,何巍.ABBPLC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.
基金工程:
1、XX维吾尔自治区教育厅重点方案工程〔编号:
XJEDU2010T11〕
作者简介:
X建军〔1988.4〕,男,在读研究生,XX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:
carl163.
陈志军〔1967.5〕,男,教授,硕士生导师,XX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〕chenzj1110163.
通讯作者:
X建军
:
Email:
carl163.
通信地址:
乌鲁木齐市XX路62号XX大学南校区电气工程学院2011级研究生
:
830047
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