西门子6ES7222-1BD22-0XA0技术支持

西门子6ES7222-1BD22-0XA0技术支持

本文以实现粮油工业榨油厂自动控制为目的。在GE Fanuc自动控制技术平台上进行了系列90-70 PLC及CIMPLICITY程序的开发，其在于PLC程序和上位机程序所用的中间变量有Excel表的宏程序自动生成后，导入编程软件Proficy Logic Developer – Machine Edition和组态软件Proficy HMI/SA - CIMPLICITY中，这样在节省了大量的建立变量的时间的同时也是得建立变量时的错误率降低了很多。同时在PLC程序和上位机程序编制过程中运用了面向对象的编程方式，使同类设备程序开发过程方便很多，节省50%的开发时间，上位机程序开发过程中运用了大量的脚本程序，同时也用到了“类”，比单纯的组态功能加强大方便，且方便用户使用。
本文从榨油厂工艺开始，结合实际施工情况对其工艺过程进行了详细的分析及描述，并在熟悉工艺图的基础上，完成了对所需设备的统计，根据系统的特点选择了GE Fanuc自动化解决方案。其是同类型的设备量很大，所以程序量也很大，如果按普通的编程方式，将会浪费大量的时间在变量的建立以及结构相同的程序上。所以在这里我用带有宏程序Excel表解决了快速变量建立的问题，“类”的应用解决了结构相同的程序的问题。其难点是VB脚本的开发和带有宏程序Excel表的开发。后本系统现场调试成功，且长时间运行稳定，PLC程序和上位机程序可读性、可维护性、可移植性也相应的增强。

关键词PLC；调用子程序；类；上位机；组态； SA
引言 益海集团是由新加坡丰益集团和世界企业——美国ADM公司控股, 旨在全力打造大型综合粮油加工企业,前期成功运作了“福临门和鲁花”两大食用油，目前益海集团已在国内直接控股工厂和贸易公司35家，并参股鲁花等多家国内粮油加工企业，工厂遍布河北、山东、江苏、福建、广东、广西、四川、湖北、湖南、新疆、宁夏、黑龙江等地区，贸易公司及办事处覆盖除西藏和港、澳、台地区外的全国各省。拥有“口福”、“丰苑”、“益海”及“莎妮雅”四大，蛋白和油脂两大产品系列，包括小包装等各类精炼食用油、大豆蛋白、起酥油、人造奶油、脂肪酸以及磷脂等60多个品种的产品，是国内实力的油脂、油料加工企业集团。其榨油技术是由美国ADM公司提供的，以前ADM公司旗下榨油厂的控制部分大都是由荷兰imtech公司所设计，所以在这里我也借鉴了这些成功的案例，沿用了imtech开发的部分PLC程序和上位机程序。整个PLC程序和上位及程序的开发过程在以后几章我们将会详细的讨论。我向大家介绍一下榨油工艺。在榨油系统，主要分为两个车间：一、预榨车间，榨油前对大豆的预处理；二、浸出车间，用溶剂浸出大豆中的油脂成份。
工艺
预榨：
顾名思义就是榨油前对大豆的预先处理，在各个环节对大豆处理的程度对后续工序起着至关重要的意义，主要是对加热温度、湿度的控制以及对压胚质量的控制，在此过程中用到了大量的PID算法，以及其他对模拟量处理的算法，所以对PLC的浮点运算能力要求很高。
用一个直观的图表来描述预榨车间的概况。

预榨工艺
浸出：
，由预榨车间过来的白豆片浸入出器，用浸出溶剂正乙二将大豆中的油脂浸出，由浸出器出来的物质分成两种形态，一种是液体，一种是固体。
其中液体是正乙二和油的混合物，这些混合物进入蒸发塔进行三次蒸发，这样便把正乙二从油脂中分离出来了。
而固体则是混有正乙二的大豆蛋白，这些大豆蛋白经过低温脱融或是高温脱融后便成了蛋白含量大约50%的食用蛋白。这则是根据客户的要求来进行处理，如果需要高含量的蛋白，则需要到SPC（酒精浸出）车间进一步加工。
用一个直观的图表来描述浸出车间的概况。

浸出工艺
GE Fanuc的解决方案
由于在整个大豆加工过程中用到了大量的模拟量调节、浮点计算等。我们在比较了Quantum， SLC， SIMATIC S7-400系列，GE Fanuc系列90-70 PLC后，综合考虑到硬件性能及网络和软件方面的功能后，终选定系列90-70 PLC和Proficy Logic Developer-Machine Edition编程软件、Proficy HMI/SA-CIMPLICITY组态软件。我简要讲述以下选择她的理由。
硬件方面：
(1) 结构紧凑单槽的CPU模块，在CPU模块中有两个主要的处理器。一个是inbbb微处理器用于处理一些模拟量或特殊功能控制。另一个是布尔运算协处理器用于执行高速的开关量控制。（在我们的整个系统中用到了大量的PID调节）
(2) 系统机架采用标准的VME总线结构。可安装过300家的三厂VME标准模块。（我们要与Mettler-toledo的大豆称通讯）
(3) 系列90-70PLC I/O容量大为12288点，模拟量8192点。
(4) CPU内存从512K子节到6M字节。
(5) 具有高密度（32点）的AC/DC输入/输出模块。
(6) 简易的模块卡子，可防止促无安装模块。
(7) 具有标准的硬件方式。可响应开关量或模拟量中断输入。可处理64个事故中断和16个时间中断。
(8) 和方便的系统和模块自诊功能，且易故障排除。
(10)在CPU模块内部有电池支持内部时钟和日历。
(11)具有Genius分布式I/O模块子系统和Field Conrol系统配置。（处控制室外，在现场有按钮柜方便的用到了Genius分布式I/O模块子系统）

软件方面：
（1）为了解决本系统中大量同类型的设备，程序量也很大的状况，如果按普通的编程方式，将会浪费大量的时间在变量的建立以及结构相同的程序上，用的Proficy Logic Developer-Machine Edition (简称ME)采用结构化的编程方式，同时中间变量由Excel宏程序自动生成后导入PLC编程软件中，这样为我节省了大量的时间。
（2）Proficy HMI/SA-CIMPLICITY作为上位机程序的开发工具，其功能本人认为西门子的WinCC相似，但是Proficy HMI/SA-CIMPLICITY有它加强大的VB脚本系统，他为“类”的开发奠定了坚固的基础，它是灵活的可伸缩的，可以适合单位的人机界面到网络化的监督控制和数据采集系统。在产品的各层次上都具有互联的功能，这是我们能够获得各个层次的集成而不需要在一个网络中进行重复组态。Proficy HMI/SA-CIMPLICITY是由服务器和浏览站组成的基于客户服务器体系结构的系统，服务器负责数据的采集和分配，浏览站可对采集到的数据进行访问以便观察和控制。服务器和浏览站可以很得通过网络连接在一起的共享数据甚至都不需要从一个点到另一个点复制你的点数据库，例如，数据点只需要组态一次而且只需要在服务器商进行一次组态。屏幕画面也只需在网路中的一个位置上进行开发和储存，而网络上的其它的Proficy HMI/SA-CIMPLICITY显示系统都可以对他访问。

：过程开路增益=PV终改变/t0时的CV改变
Tp：t0之后在过程输出PV开始传送前的过程时间延迟或“死”时间。
Tc：Tp之后PV达到终PV值的63.2%时所需要的时间。
测量这些参数的方法是把PID模块置于手动模式把CV做小幅跃迁，并且绘出PV响应时间的曲线。
GE Fanu的PID调节方法由Ziegler和Nicholas在四十年代发展起来的。
一旦k、Tp和Tc三个过程模型参数确定后，即可用来估算PID回路增益。作用速率：R=K/Tc
只有比例控制，计算Kp
Kp=Tc/(k*Tp)
 对于比例和积分控制
Kp=0.9*Tc/(k*Tp)
Ki=0.3*Kp/Tp
 对于PID控制
Kp=G/(Tp*R) G为1.2~2.0
Ki=0.5*Kp/Tp
Kd=0.5*Kp*Tp
 采样周期在(Tp+Tc)/10至(Tp+Tc)/100之间。
还有一种“理想调节”方法，可以获得的SP改变响应。
Kp=2*Tc/(3*k*Tp)
Ki=Tc
Kd=Ki/4
本系统的所有模拟量控制包括：调节油压力，润滑油压力，压缩机入口压力，循环水入口流量等均采用PID ISA标准模块进行控制。这样选择了适当的参数后，可以快速响应负荷或能量的变化，在自动方式下不需要人为的干预。当发生手动自动切换时实现平滑控制。
2.3 防喘振控制（Anti-Surge）
GE90-30通过CIMPLICITY ME集成有专门的防喘振控制系统，有以下特点：
 一旦发生喘振，可以人工干预、校正区域。
 当工况点大于规定的速率越过喘振控制线时，自动打开防喘振阀。
 以适当的控制器输出增益响应，使防喘振阀实现快开和慢关。
 配有手操功能，用于调节、试验和排除故障。
 用接点控制电磁阀，当发生剧烈喘振或机组联锁时，直接开启防喘振阀。
 控制模型充分考虑了机组压力，流量的要求和变化，大限度的接近喘振线，保证工作区域大。本系统采用 GE Fanuc 系列90-30 PLC系统作数据采集和控制，为了保证系统的性，控制部分采用双机热备结构，电源、CPU、通讯模块和Genius通讯总线、以太网通讯模块等都是冗余的。通过双机热备软件MAX-ON配置后，导入Proficy Machine Edition编程软件内，从而实现双机热备功能，保证系统的高性。数据采集部分由三层五个10 槽机架组成，层之间通过Genius总线连接。双机热备部分与数据采集部分利用 Genius Bus Controller (GBC)网络通讯模块通过Genius双总线进行数据的通讯与传输。现场的各类模拟信号、电磁报警接点信号、PLC 输出到现场电磁阀的起停信号等均通过端子排与 PLC I/O 模块相连，实现数据的采集和控制。上位机监控系统为GE Fanuc公司的Proficy CIMPLICITY HMI V6.1来实现数据采集及控制功能。包括2台工程师站和1台操作员站，并且在一个工程师站上集成WebView Server功能，用户就可以通过bbbbbbs IE浏览器实现全厂局域网数据浏览功能，便于公司管理层及时了解现场情况

如上图所示：ME包含了大量的系统控制功能

ME具有如下几个特点：
 使用CIMPLICITY ME软件，在一个公共的环境用于配置、编程、调试和维护用户程序。
 统一的用户界面
 一个数据库（交叉参考、变量表等）
 符号编程
 即拖即放功能
 Test修改编辑模式
 强大的在线帮助窗口
 支持多种IEC1131语言包括LAD、FBD、SFC、ST和C语言
 热备系统软件MAX-ON
利用热备软件MAX-ON对S90-30系统进行配置后，导入ME中即可实现控制器之间的同步和数据交换。相对于西门子的S7-300软冗余，该系统配置简单、无须编程、数据交换效、稳定性好、有严格的授权要求。
 上位机软件为Proficy Cimplicy HMI
CIMPLICITY HMI主要有以下几点特性：
 CIMPLICITY HMI包括CimEdit和CimView两大组件。使用CimEdit功能可以非常方便的进行屏幕编辑；CimView作为显示功能使用。
 在HMI中可导入OLE和ActiveX对象，例如趋势、SPC图表及报警浏览器等内容。
 由于采用了开放式的系统设计，其系统数据库登录使用了标准ODBC接口。例如将报警、事件、与数据点值登录到Microsoft Access数据库文件、Microsoft SQL Server数据库或Oracle数据库中去。可以从报表和各种符合ODBC标准的应用程序索数据库信息。
 支持VB脚本进行基本的功能控制。
 利用Microsoft C/C++和Microsoft Developers Studio可生成新设备通讯接口，利用该接口访问三方设备。
 支持OPC，包括OPC客户机和OPC服务器。
 含有报表管理器，很容易生成基本的过程报表。
 支持客户机/服务器结构务器冗余功能。
 支持Web Server和Web View功能。
对于本套控制系统而言，有的是的应用了GE Fanuc Proficy系列软件。这样，在S90-30热备系统与工程师站或操作员站之间实现了的无缝的结合，无须利用脚本工具进行冗余通讯等额外的编程，这是使用三方软件难以实现的。CIMPLICITY HMI可以和GE Fanuc的热备系统和三重化冗余系统进行无缝结合。

    1. DCS是一种“分散式控制系统”，而 PLC (可编程控制器) 只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能. 
    2. 在网络方面,DCS网络是整个系统的神经，它是双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性好.而PLC因为基本上都为个体工作，其在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与标准不符。在网络上，PLC没有很好的保护措施。我们采用电源,CPU,网络双冗余.
    3. DCS整体考虑方案,操作员站都具备工程师站功能,站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制, 协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站（PLC与PLC）之间的联系则是一种松散连接方式，是做不出协调控制的功能。
    4. DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。
    5. DCS性：为保证DCS控制的设备的，DCS采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的。PLC所搭接的系统基本没有冗余的概念，就谈不上冗余控制策略。特别是当其某个PLC单元发生故障时，不得不将整个系统停下来，才能进行换维护并需重新编程。所以DCS系统要比其性上高一个等级。
    6. 系统软件，对各种工艺控制方案新是DCS的一项基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站上将改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统自动完成的，不影响原控制方案运行。系统各种控制软件与算法可以将工艺要求控制对象控制精度提高。而对于PLC构成的系统来说，工作量其庞大，需要确定所要编辑新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，后再用的机器（读写器）专门一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且其不利于日后的维护。在控制精度上相差甚远。这就决定了为什么在大中型控制项目中（500点以上），基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因。
    7. 模块：DCS系统所有I/O模块都带有CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电插拔，随机换。而PLC模块只是简单电气转换单元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫痪。
    8.现在的PLC与DCS的功能已经差不多，DCS对网络和分布式数据库还要定时扫描有较强的功能，同时对运算和模拟量的处量比较拿手。
    9.PLC还分大、中、小、微PLC，其中的只卖几百块到2000块，点数也好少，大型的可以带数千点，运算能力与DCS差不多，但对多机联网功能较弱。现在两个技术平台都差不多，只是不一样。

    产品研究概要
    上海二工业大学刘正国等人基于bbbbbbs图形界面开发的压铸机测控系统主要功能：(1)能提供手动和自动两种工作方式，手动方式主要用于调整机器，自动方式用于批量生产压铸件；(2)实时检测和显示压射过程中的压力、位移和速度曲线；(3)能直接通过工控机对合型、压射、开型等12种工艺状况的输入功能和输出功能进行设置，以适应现场工艺调整之需要；(4)能对模具参数和程序选项、工艺时间等压铸参数进行设定，通过参数调整从而提高产品的品质；(5)通过输入状态、输出状态和动态模拟3个模块，能分别以表格和图形方式显示压铸机各输入输出接口的实时状态；(6)能随时打开保存的历史数据，通过缩放、平移、时间标尺等工具对压力、位移和速度曲线进行分析并打印输出；(7)能将所有产品的重要数据以表格汇总，并分别用红黄两色显示出设定值10％和设定值10％的产品数据供工艺员分析。从节约能源的角度出发，在手动方式下，软件中采用了延时卸荷。当系统压力达到设定值，程序将执行以下的任务：(1)判断是否某动作已完成，如已完成则延时1s后停止高、低压泵的工作；(2)如由于硬件故障，导致无法获得动作的结束信号时，程序将在设定的延时卸荷时间后自动停止高、低压泵的工作，使用者可以通过软件设置该延时卸荷时间。

    两则分析
    2002年柯有权申请的中国实用新型“压铸机智能控制装置”包括触摸屏、可编程控制器、数模转换器、比例放大板、操作开关，数模转换器的输入端与可编程控制器输出端，可编程控制器的输入端与触摸屏的输出端相连。触摸屏进行机器运行情况及故障报警显示，体现出控制装置的智能化。
    1997年日本TOSHIBA MACHINE CO LTD申请的美国US6082435揭示的压铸控制系统以和快的新方式实时控制压铸产品质量，包括：测量数据的读取和累积、测量值显示及其与优良产品指标的比较，并具有存储和新优良产品数据的功能。
    技术要点小结
    压铸件的品质与压铸过程中的诸多工艺参数直接有关，如压铸机的合型力、压射力、压射速度、增压时间。过去只凭经验和用定性而无定量的工艺分析方法，已不适应市场的要求。近几年开发的基于bbbbbbs图形界面的压铸机测控系统，能实时测出压铸机压射过程中的参数变化和锁模力的大小，为提高压铸件的品质提供保，具有广阔的应用前景。国外德国富来、日本等大公司开发的压铸机测控系统，与国内同类产品相比，除了具有相关工艺测控功能外，以远程控制、工艺参数自诊断和过程优化等方面见长。