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退火炉中PLC控制系统的图文详解

“组态王”是在流行的PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包 ， 它以Windows98/Windows 2000/ Windows NT4.0中文操作系统作为其操作平台 ， 充分利用了Windows图形功能完备 ， 界面一致性好 ， 易学易用的特点 。它使采用PC机开发的系统工程比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性 ， 大大减少了工控软件开发者的重复性工作 ， 并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发 。
铸管退火炉作为铸管生产关键工序之一 ， 自动化控制的水平和可靠性直接关系到铸管产品的质量及能耗 。根据实际的工况 ， 本系统采用PLC控制技术结合组态王软件来实现铸管退火过程的自动化 ， 以保障系统监控信号及各种传感器的输入信号及组态值的传送 。
1 PLC控制系统的配置1.1 工艺流程简介
铸管退火炉是一个长54m退火炉 ， 根据水冷离心球墨铸铁管的热处理工艺 ， 炉体设计为四段 ， 分别为：加热段、保温段、速冷段和缓冷段 。加热段和保温段两侧炉墙采用低水泥浇注料整体浇注 ， 速冷段和缓冷段两侧炉墙采用粘土砖砌筑 ， 炉顶全部采用耐火纤维炉衬 。退火炉各炉段参数如图1所示 。
退火炉为热管入炉 ， 要将其加热段升温至960℃ ， 如图1所示 。退火工艺曲线上各点温度指的是铸管温度、而不是炉温 ， 因此铸管温度的测量及控制是至关重要的 ， 尤其是速冷段末管壁温度控制要求较严 。
1.2 PLC系统硬件配置
1、上位机系统配置
主控室上位机1＃：研华工控机610机箱、14槽ISA/PCI母板、300工业电源 ， PIV 2.0G/256M/80G/1.44M/50X、TNT64M显存PCI显卡 ， 键盘、鼠标 ，  彩显21’’三星2台；
【退火炉中PLC控制系统的图文详解】主控室上位机2＃：研华工控机PCA－6176 CPU主板、以太网卡D-Link 10/100M；组态王监控软件6.0版 ， 运行版256点2套；组态王监控软件6.0版 ， 开发版512点1套；
2、下位机系统配置
本系统配置为SIEMENS ， S7-300PLC ， 分为电气系统PLC和仪表系统PLC ， 两个PLC系统 。系统配置结构如图2 。
（1）电气系统PLC：根据现场电气控制所需要检测和控制的点数 ， 开关量输入通道数86个 ， 开关量输出通道数62个 。考虑到留有余量 ， 选用开关量输入模块4块共有通道128个 ， 其中42个备用通道；开关输出量模块2块共有通道64个 ， 其中2个通道备用 。
（2）仪表系统PLC：根据现场仪表数及流量系统、调节阀系统的检测需要 ， 需要模拟量输入端口69个 ， 模拟量输出端口24个 。考虑到留有余量 ， 选择模拟量输入模块9个共72端口 ， 其中3个备用；模拟量输出模块3个共24端口 。
2 组态王工作原理组态王与现场的I/O设备直接进行通讯 。如图3所示
I/0设备的输入提供现场的信息 ， 例如产品的位置、机器的转速、炉温等等 。I/O设备的输出通常用于对现场的控制 ， 例如启动电动机、改变转速、控制阀门和指示灯等等 。有些I/O设备（例如PLC） ， 其本身的程序完成对现场的控制 ， 程序根据输入决定各输出的值 。
输入输出的数值存放在I/O设备的寄存器中 ， 寄存器通过其地址进行引用 。大多数I/O设备提供与其他设备或计算机进行通一讯的通讯端口或数据通道 ， 组态王通过这些通讯通道读写I/0设备的寄存器 ， 采集到的数据可用于进一步的监控 。不需要读写I/O设备的寄存器 ， 组态王提供了一种数据定义方法 ， 定义了I/O变量后 ， 可直接使用变量名用于系统控制、操作显示、趋势分析、数据记录和报警显示 。
3 组态王的组成及其应用
3.1组态王软件的组成
（1）工程管理器 ， （2）工程浏览器 ， （3）组态王画面开发系统 ， （4）画面运行系统TOUCHVEW ， （5）信息窗口 。
3.2 组态王在计算机监控系统中的应用
1．用组态王建立应用程序项目的一般过程
（1）制作图形画面
（2）构造数据库；①数据库的作用 ， ②数据词典中变量的类型 。
（3）定义动画连接；动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系 ， 当变量的值改变时 ， 在画面上以图形对象的动画效果表示出来：或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值 。组态王提供了21种动画连接方式 。一个图形对象可以同时定义多个连接 ， 组合成复杂的效果 ， 以便满足实际中任意的动画显示需要 。
（4）运行和调试；在组态王软件的实时运行环境TOUCHVEW中 ， 运行和调试在画面制作系统中建立的动画图形画面 。
3 组态王的主要功能（1）基本人机界面功能
（2）强大通讯功能；组态王与I/O设备之间的数据交换采用以下五种方式;：串行通讯方式、DDE方式、板卡方式、网络节点方式、人机接口卡方式 。
（3）高效的数据采集；优化措施包括：①需求驱动的通讯方式 ， ②需求合并 ， ③打包处理 。
（4）故障诊断与恢复；组态王的自动恢复功能是指：当下位机被更换或恢复运行后 ， 不需要现场工程师对软件系统作任何千预 ， 组态王通过短时间的尝试后 ， 可以自动恢复与下位机的通讯 。自动恢复功能对于保障系统可靠运行是非常必要的 。
（5）先进的报警和事件管理；组态王报警系统具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点 ， 提供多种报警管理功能 ， 包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能 ， 以及通过网络的过程报警管理 。
（6）广泛的数据获取和处理
（7）强大的网络和冗余功能；在单主机、单网络或单设备系统中 ， 机器或设备出现检修或故障时 ， 整个系统都将停止运行 ， 给生产造成损失、 ， 组态王充分考虑到现场的各种需要 ， 提供多重冗余手段 ， 用户可自行选择多重冗余方式来构造自己的可靠系统 。组态王提供五种冗余方式：I/O通讯冗余、I/O设备冗余、计算机冗余、系统冗余和网络冗余 。
（8）组态王组态和编程；组态王软件可将过程或生产中发生的事件清楚地记录、显示出来 ， 完成参数设定、操作控制和动态画面监视的功能 。它显示当前状态并按顺序记录 ， 所记录的数据可以全部或有选择地简要显示 ， 亦可编辑、输出 。可结合用户程序进行信息处理、测量值处理和报表打印 。运行时 ， 它具有很强的实时性 。
4 应用结果退火炉的PLC控制系统和组态王软件设计完毕后 ， 必须进行一系列的相关实验与调试 ， 以测试系统是否符合实际生产要求 。进行试验的主要目的有：
（1）在不同的链速和风速条件下 ， 对不同直径的管子进行退火工艺的研究 ， 找出一种最佳方案 。
（2）在最佳退火工艺下检验所设计的模糊控制器在退火炉各炉段运行情况 ， 以及各种算法的控制精度 。
该系统经工厂运行试验运行效果良好 ， 运行效果如图5 。
5 结论退火炉PLC控制系统中 ， 采用了组态王软件进行监控 ， 实现相互交换信息 ， 共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统 。节省硬件成本 ， 设计组态安装调试简便 ， 系统的安全可靠性好 ， 减少故障停机时间 ， 系统维护设备更换和系统扩充方便 ， 经过工厂的运行实验效果良好 ， 年经济效益达千万元 。

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