基于ABB-AC500PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计

-.z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：*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-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1.2PLC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%Arrayprefi*FormatAddress:Datatype:=init.value;(*ment*)[1]可以在变量声明里，将地址信息映射，例如do1AT%Q*4000.0:BOOL;(*将do1写到第4000个字节的第0位*)turn_onAT%I*4000.0:BOOL;(*将第4000个字节的第0位赋值给turn_on*)[2]直接表示。例如%I*4000.0:=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%I*4000.0:BOOL;(*启动开关*)

stopAT%I*4000.1:BOOL;(*停顿开关*)

output:BOOL;(*系统启动状态标志*)

value1AT%Q*4000.0: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%Q*4000.1: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%Q*4000.2: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,否则根据提示修改。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、*Y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*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*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[1]吕为阳,*昌荣.PLC工程应用实例解析[M].: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