西门子模块代理商电源供应商采购

西门子模块代理商电源供应商采购

 引言
在纸机电气控制系统设计时，考虑到造纸机传动系统的特殊性，所以既要满足纸机传动控制系统的性和良好的控制精度与稳定性，又要降低控制系统造价的原则。因此，我们选择西门子S7-400PLC和ABB—ACS800全数字多功能矢量控制变频器，利用PROFIBUS协议通信格式实现PLC与变频器的通信功能，组成该机的控制系统。
2 技术单元
2.1 ACS 800系列变频器简介
ACS 800系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制（DTC）技术，结合诸多的生产制造工艺推出的变频器。它具有很宽的功率范围，优良的速度控制和转矩控制特性。完整的保护功能以及灵活的编程能力。因而，它能够满足绝大多数的工业现场应用。DTC技术是 ACS 800的：直接转矩控制对交流传动来说是一个优的电机控制方法，它可以对所有交流电机的变量进行直接控制。它开发出交流传动的能力并给所有的应用提供了益处。
2.2 PROFIBUS概述及协议分析
PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写，是由德国西门子公司提出的一种现场总线标准，现在已成为了一种性的开放式现场总线标准, 即EN50-170欧洲标准。目前世界上许多自动化技术生产厂家都为它们生产的设备提供PROFIBUS接口。PROFIBUS已经广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化，应用范围非常广泛。 PROFIBUS以其的技术和非凡的性代表了当今现场总线的发展方向。
PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS—DP，PROFIBUS—FMS，PROFIBUS—PA。三个版本，分别用于不同的场合。
PROFIBUS是一种现场总线，因此可以将数字自动化设备从底级(传感器／执行器)到中间执行级(单元级)分散开来。通信协议按照应用领域进行了优化，故几乎不需要复杂的接口即可实现。参照ISO／OSI参考模型，PROFIBUS只包含l，2, 和7层。PROFIBUS协议层或子层说明如下：
（1)PROFIBUS1层。1层—PHY：1层规定了线路介质、物理连接的类型和电气特性。PROFIBUS通过采用差分电压输出的RS485实现电流连接。在线拓扑结构下采用双绞线电缆。树型结构还可能用到中继器。
（2)PROFIBUS2层。2层—：2层的介质存取控制()子层描述了连接到传输介质的总线存取方法。PROFIBUS采用一种混合访问方法。由于不能使所有设备在同一
时刻传输，所以在PROFIBUS主设备(masters)之间用令牌的方法。为使PROFIBUS从设备(slave)之间也能传递信息，从设备由主设备循环查询。
PR0fIBUS2层FlC：2层的现场总线链路控制(FLC)子层规定了对低层接口(LLl)有效的2层服务，提供服务访问点(SAP)的管理和与LLI相关的缓冲器。
PROFIBUS2层FMAl／2：2层的现场总线管理(FMAl／2)完成2层()特定的总线参数的设定和1层(PHY)的设定。FLC和LLI之间的SAPs可以通过FMAl／2或撤消。此外，1层和2层可能出现的错误事件会被传递到高层(FMA7)。
（3)PROFIBUS3—6层。3—6层在PROFIBUS中没有具体应用，但是这些层要求的任何重要功能都已经集成在“低层接口”(LLI)中。例如，包括连接监控和的监控。
（4)PROFIBUS7层。PROFIBUS7层LLI：低层接口(LLI)将现场总线信息规范(FMS)的服务映射到2层(FLC)的服务。除了上面已经提到的监控连接或，LLI还检查在建立连接期间用于描述一个逻辑连接通道的所有重要参数。可以在LLI中选择不同的连接类型，主／主连接或主／从连接。数据交换既可是循环的也可是非循环的。
PROFIBUS7层FMS：7层的现场总线信息规范(FMS)子层将用于通信管理的应用服务和用于用户的用户数据(变量、域、程序、事件通告)分组。借助于此，才可能访问一个应用过程的通信对象。FMS主要用于协议数据单元(PDU)的编码和译码o
PROFIBUS7层fMA7：与2层类似，7层也有现场总线管理(FMA7)。FMA7**FMS和LLI子层的参数化以及总线参数向2层(FMAl／2)的传递。在某些应用过程中，还可以通过FMA7把各个子层的事件和错误显示给用户。
（5)PROFIBUS ALI。ALI：位于7层之上的应用层接口(ALI)，构成了到应用过程的接口。ALI的目的是将过程对象转换为通信对象。转换的原因是每个过程对象都是由它在所谓的对象字典(OD)中的特性(数据类型、存取保护、物理地址)所描述的。

3 系统的控制网络组成
要想组成PROFIBUS网络，有两个条件。主站的网络组态工具和从站的GSD文件，两者缺一不可。主站的网络组态工具是一个网络组态软件，用来将各个站组成网络，设置网络参数和站的参数，并将已设置好的网络组态传送给主站。GSD文件称为设备数据库文件。对一种设备类型的特征GSD文件以一种准确定义的格式给出其而明确的描述。GSD文件由生产厂商分别针对每一种设备类型准备并以设备数据库清单的形式提供给用户，此种明确定义的文件格式便于读出任何一种PROFIBUS设备的设备数据库文件，并且在组态总线系统时自动使用这些信息。在组态阶段，系统自动地对输入与整个系统有关的数据的输入误差和前后一致性进行检查核对。
在组网时，先把你所须的从站的GSD文件装载到网络组态工具里。这样在网络组态工具里就有了你所须的从站的选项。用网络组态工具建一个你所需要的网络，并设置网络参数，然后在网络上添加你所须的站，并设置站的参数，后把设置好的网络组态传送给主站，这样就组建好了一个PROFIBUS网络。本控制系统结构图如图1所示。
系统选用ABB公司ACS800直接转矩控制（DTC）变频器，以PLC为控制， PLC通过PROFIBUS-DP现场总线与变频器构成DCS控制系统。PLC与上位机、现场触摸屏、变频器实行PROFIBUS高速通讯。
传动部下位控制为西门子S7-400 PLC，在PROFIBUS现场总线上S7-400 PLC是主站，选用CPU414-2 DP，有强大的通讯功能，自身带有一个PROFIBUS-DP接口，可与变频器及操作现场触摸屏采用PROFIBUS-DP总线实现高速通讯，完成整个纸机传动过程中的速度链、负荷分配、张力控制等功能。PLC接受上位机优化控制指令，可以根据纸张生产品种自动调节各分部速度以适应生产需求。同时PLC将各分部运行参数送往上位机，以便及时了解生产状况。
图中VVVF为ABB变频器、、OP1-OP8为操作台、PG为脉冲编码器、M为传动电机
整个系统全部实现全数字化操作控制，通过PROFIBUS现场总线通讯完成，简化了系统结构，提高系统的抗干扰能力。整个系统采用PROFIBUS现场总线控制技术，系统全部控制功能的实现都由现场总线通讯完成。只靠一条通讯电缆传输。系统中不在有整束的电缆，也省去了成千上万个线路接点。大大提高系统的性，节约了控制电缆。同时实现了从操作到控制的全数字化。杜绝了现场干扰对控制系统运行的影响。

3.1 PLC主要完成功能
（1）、现场控制信号的采集，PLC通过PROFIBUS现场总线检测现场操作台操作信号。
（2）、速度链的控制及计算，PLC根据工艺要求完成速度链的控制处理。调节级速度时后一级紧随级的速度变化。调节后一级的速度时级速度不变。
（3）、速度控制的执行。PLC接受上位机控制指令，通过上位机操作，PLC可以根据纸张生产品种自动调节车速、分部变比以适应生产需求，并通过PROFIBUS现场总线控制各分部变频器的运行速度。
（4）、自动负荷分配控制功能，对与负荷分配点，PLC要完成负荷分配运算及控制。
（5）、PLC与触摸屏实行PROFIBUS现场总线高速通讯，将传动各分部点工作状态实时在触摸屏显示出来；并接受触摸屏上的操作指令，控制各传动执行相应的动作。
3.2 人机工程
本系统配有触摸屏8台，设立在控制现场，触摸屏上设有功能键、操作图形显示及设定值与实际值的显示等。还有变频器的运行状态及故障显示。可以对各传动点实现全部控制功能，具体控制功能如下：
（1） 起动/停止：用于控制本分部电机的起停控制。
（2） 爬行/运行：用于低速调试检修、正常抄纸切换。
（3） 单动/连动：对于要求负荷分配各传动点的单动/连动控制。
（4） 紧急停车：紧急停车功能。当纸机运行过程中出现意外事故，威胁到设备及人身时才可使用。
（5） 速度微增：用于本传动点的速度微调。
（6） 速度微减：用于本传动点的速度微调。
（7） 紧纸： 用于本传动点的紧纸调节。
（8） 松纸： 用于本传动点的松纸调节。
（9） 负荷分配功能：负荷分配点自动实现分配。
3.3 监测功能
(1） 变频器运行、故障状态显示。
(2） 电机的电流、转矩、分部线速度显示。
本系统所用的主站是西门子的PLC,从站是ABB的变频器。所以网络组态工具用西门子的STEP7软件内集成的网络组态工具进行组态,组态好后就可以编写控制程序了,从站的地址在主站的程序中可以直接使用,这样通过程序主站就可以对从站进行操作了。网络的通信自动运行,不需要控制程序参与。

4 系统的软件设计与功能实现
4.1控制系统的软件设计原则
(1)程序模块化结构化设计，其中负荷分配、速度增减、初始化、紧纸、速比计算、校验、数据发送、接收等作为子程序调用;
(2)程序采用循环扫描的方式对传动点进行处理，简化程序，提高程序执行效率;
（3）采用中断子程序进行数据的发送、接收;确保数据的准确快速的传输;
（4）必要的软件保护措施，以免造成重大机械损害。
因此该程序通用性强，可移植性好，使用不同的变频器，只须进行相应协议的格式的定义。即数据发送、接收、校验程序的相应修改即可，满足纸机运行的需要。主程序流程图如图2所示。

4.2 速度链设计及速差控制
速度链结构采用二叉树数据结构算法，完成数据传递功能。对各传动点位置进行数学抽象，确定速度链中各传动点编号，此编号应与变频器内部地址一致。然后根据二叉树数据结构，确定各结点的上下、左或右编号。即任一传动点由3个数据（“父子兄”或“父子弟”）确定其在速度链中的位置，填入位置寄存器数值。如图3所示。
该传动点速度给变频器后，访问位置寄存器，确定子寄存器结点号，若不为0，则对该经点进行相应处理，直到该链处理完；再查兄弟寄存器结点号，处理另一支链。所以只须对位置寄存器初始化，即可构成具有任意分支结构的速度链。
算法设计采用了调节变比的控制方法。如图五所示，纸机二压点作为速度链中的主节点，它的速度就是整个纸机的工作车速。在 PLC内，我们通过通信到车速调节信号则改变车速单元值，同时送给驱网、吸移、真压、一压分部，其速度值乘以相应的速比，即是该传动点的速度运行值。若某一分部速度不满足运行要求，说明该分部变比不合适，可通过操作该分部的加速、减速按钮实现，PLC检测到按钮信号后调整了变比，使其适应传动点间的速差控制要求。相当于在PLC内部有一个的齿轮变速箱，可以任意无级调速。
若正常生产中变比合适，需要紧纸、松纸操作时，按下该分部紧纸、松纸按钮，PLC将对应在速度链上附加一正或负的偏移量则实现紧纸、松纸功能。同时送下一级计算，依此类推，构成速度链及速差控制系统。级车速调整，后面跟随调整，后级调整不影响前级,适应纸机操作引纸的顺序要求。速度链的传递关系由图4来体现，由PLC软件实现。

图4 纸机速度链结构图
4.3 负荷分配的设计
负荷分配分三部分(如图五虚线范围内部分)。1）驱网辊与伏辊; 2）吸移辊、真空压榨辊与一压辊与二压辊; 3）施胶上辊与施胶下辊。
负荷分配的软件实现，基于合理的速度链结构,如图5所示。采用主链与子链相结合的结构，使具有负荷分配的传动点组在子链结构上，进行负荷动态调整时不影响其它传动点的状态。
在纸机传动系统中，因为在械相联系的传动点由于所处位置不同，毛布的包角大小不一样，承受的载荷在不同的工作状态下不一样，是一个变量。实际系统还要求各传动点电机负载率相同，即δ=Pi/Pie相同（Pi为i电机所承担负载功率，Pie为电机额定功率）。在实际控制当中，由于电机功率是一间接量,实际控制电机定子电流或转矩代替电机功率，进行读取计算、调节。在一组负荷分配传动点中选取包角较大且功率较大的传动点作为主点，其余各点利用PLC通过总线读取电机电流或转矩，分别与主点电流或转矩进行比较，并以PID调节算法，相应调节从点变频器的输出，使其电流或转矩百分比与主点一致，而达到负荷分配的自动分配的目的。
为了保护机械装置和避免PLC调节过于频繁，在软件中设置上下限幅值。如果负荷不平衡度大于3%，PLC才进行调整。如负荷分配不平衡度调整量设置太小，容易造成震荡。如果大于不平衡上限幅值，进行停机处理，以防止机械损害发生。

5 结束语
基于西门子公司PROFIBUS-DP协议的S7-400PLC纸机电气传动三级控制系统，较理想地实现了对该纸机的控制，纸机的稳速精度、动态响应、负荷分配效果、纸页质量、系统稳定性、性都得到了用户的认可和赞许。纸机（为幅宽4200/450,工作车速为550m/min的纸机）在河北香河银象纸业稳定运行已近二年。实践证明，该结构控制方式可应用于大型、高速纸机的电气传动控制。

1、引言

用PLC做控制系统，成本较低，稳定性很高，程序编写调试方便，但PLC在人机对话、故障判断、在线修改等方面有一些不便，需要对编程非常熟悉的人员进行操作。并且，要想直观地了解生产过程和监控信号的动态变化选择一个上位机来配合PLC，才能组成较好的自动控制系统。因此，本系统采用触摸屏与PLC通信，共同组成生产监控系统。

在橡塑机械生产制造业，生产现场情况复杂，油污多。普通的工业触摸屏的稳定性很难**。而选用进口的触摸屏，性能较好，但在复杂环境中，寿命大大减短，其价格昂贵，必然增加生产成本。LEODO人机界面是由32位嵌入式微处理器、WinCE．net操作系统和组态软件构成的新颖的人机界面产品，适用于工业现场环境，，可广泛应用于生产过程设备的操作和数据显示，它与传统的人机界比又增添了信息处理和网络功能。LEODO人机界面，功耗低，温升小，热稳定性相对较高，并且不怕遇到断电情况。

在工业测控软件中，组态软件能充分利用bbbbbbs的图形编辑功能，方便地构成监控画面，以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口，实时趋势曲线等功能。并可运用PC机丰富的软硬件资源进行二次开发，方便地生成各种报表，为应用程序的开发提供了十分方便的平台，因此它在工业控制中运用越来越广泛。

在本系统中，利用ET组态软件构成监控画面。通过串行口与PLC进行通信，这样可实现对各种信号的监测以及现场数据的采集和处理。

2、系统配置

本控制系统由14路开关量和62路模拟量组成，人机界面与西门子200系列PLC通过人机界面上的串口COM1口连接实现通信，PLC与工业现场变频器通过PLC智能模块连接实现通信。系统整体配置如图1所示。

图1 系统配置简图

在ET组态软件中定义了串口类设备S7200PLC，串口号为COM1。设备定义结束后，定义62个I／0实型变量，分别与设备模拟量输入寄存器V连接，实现模拟量的采集。定义l4个I／0离散变量，分别与串口设备的输出寄存器连接，实现开关量的控制。

3、系统特点

本系统具有实时数据采集与监控显示功能。对于来自现场的三辊(上，中，下辊)主机状态，主机电流，主机速度，导开，卷取，冷却，贴合，喂料，摆料状态和速度等信号，进行实时监控，通过数值或图形来实时反映生产现场的信号变化隋况，并通过相应处理可存储于数据库，利用网络开发送到其它站点。本系统具有数据运算、保存及打印等功能。可将结果按照的格式保存到ET组态软件的内部数据库中，也可以将数据传送到外部通用数据库中。用户可利用历史曲线形式查询数据，并打印查询结果。

本系统可通过加密、设定用户权限等形式对一些操作进行限制，只要用户定义了记录报警和事件文件，系统将自动记录操作员的操作过程。

另外，在线修改工程流程时也非常容易。

LEODO嵌入式人机界面内置bbbbbbs CE．net操作系统，它是一种紧凑，，可伸缩的操作系统，主要面向各种嵌入式系统和产品。bbbbbbs CE．net继承传统bbbbbbs系统的风格，具有多线程，多任务，抢占式的特点，专为严格资源限制的硬件系统所设计。其内嵌的ET1．0版嵌入式组态软件可读取PLC监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个系统的运行隋况、包括速度，浮辊位置，电流等。一旦发现故障报警信息，系统即显示明显报警画面，并向PLC发出相应动作指令，保存并记}乙故障发生的时间、原因等原始数据。

4、ET软件的设计

ET嵌入版1．0中用“工程”来表示组态软件组态生成的应用系统。创建一个新工程就是创建一个新的用户应用系统。建立工程的一般步骤为：构造数据库(定义变量)，定义设备，设计图形界面，建立动画连接，运行和调试。但是，在进行设计的时候，它们不是立的，而是交替进行的，需要综合考虑。

，创建一个新工程，定义路径和名称，在设备选项中选定一个COM 口，进行PLC连接。ET提供的设备连接向导对话框列出了工业生产常用的一些硬件设备(如PLC、板卡、智能仪表、变频器等)，并且已经根据这些常用设备各自的通信协议制作了相应的通信协议，使应用人员从繁琐的底层驱动程序中解脱出来。选择了西门子公司$7200系列PLC后，选择通信方式，并给定设备名称和地址，还要设置采样时间和通信参数。

然后，进行动画画面的设计和变量的定义。双击数据词典，定义和编写系统所有变量。变量可以设为只读、只写和读写模式。对于既要采集PLC状态，又要实现对PLC的远程控制的变量设置为读写模式，而不需要向PLC发送命令的变量设置为只读，这样可以节省PLC扫描时间，加快系统进程，提高PLC效率。绘制图形画面时，双击画面选项，在弹出的绘图环境下绘制与橡塑三辊压延生产线相对应的监控画面。系统监控的设备较多，为清楚明了地显示不同设备的各个参数，需要绘制多副画面，既方便显示，又方便现场操作员进行控制。主画面里利用ShowPicture(“画面名”)函数实现对其他画面的调用。绘制完流程画面后，将系统与要监控的参数和画面中的变量一一对应起来。这样HMI组态基本完成。

5、画面功能介绍

在ET组态软件中编制系统的组态界面。根据本系统的特点及实际使用情况，界面设计由系统生产线流程、配方、浮辊指示、主机状态、主机电流、主机速度、急停指示、卷取、导开、贴合、冷却、喂料、摆料及登陆标题栏等13个画面组成。

5.1 生产线流程图

从流程图上可观察生产过程，主要运行参数及输出控制参数。(图略)

在系统开始运行后，ET组态软件读取PLC监测到的三辊压延生产线的运行状态、控制各电机变频器的信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个三辊生产线的运行情况、包括整个系统的浮辊位置、模拟量示值、实时趋势曲线等，系统以数值及曲线两种方式反映数据的变化，LEODO人机界面内置硬盘，使得触摸屏在画面显示的同时还可以保存历史数据，方便了现场应用，并可以定时、实时打印数据或者整个画面。

生产线流程图下面的三个按钮下隐藏了三个按钮，都是停止按钮，只有当控制电机启动后才有效。启动、停止按钮通过命令语言函数BitSet()实现交替出现。

5.2 主机电流，速度和状态图

由三个画面共同描述，画面中的实时趋势曲线中的坐标并不表示实际值，而是将实际值放大或缩小的比例值，曲线只是描绘了参数的变化趋势，生动地体现主机可能存在的扰动和实际值对设定值的跟随隋况。

图2 主机电流界面

5.3 配方画面

在监控组态软件中，配方就是一个二维参数表，行表示变量的一组取值，列表示一组配方，即各变量的一种取值可能。可以通过名称访问已经定义好的配方，也可以在线修改，定制新配方，保存下载。对同一个生产过程可以通过改变其配方来生产不同批号的产品。配方变量一般设置为内存变量，保存在触摸屏系统硬件里。

5.4 急停指示

当有报警发生时，会自动弹出报警系统对话框，我们只有触摸复位按钮才能结束报警，以便继续工作。

图3 急停指示画面

5.5 卷取画面

卷取、导开，贴合，冷却，接取、摆料、喂料等画面设置相同。它们都是由卷径，电流和实际速度实时趋势曲线和离散数值描述的。

每幅画面都有设置用户登陆权限的标题栏，画面随时显示登陆用户名及用户登陆权限， 加强系统的性。

6、系统调试及运行情况

连接PC机和HMI，在PC机上运行ET，打开工程浏览器菜单“工具”下拉菜单“远程安装与调试”将组态工程下载到HMI，特别注意下载路径。用通信线PPI连接HMI和PLC，实现PLC与HMI通信。根据不同的设备逐一反复调整系统参数的配置使之达到工作状态，因为不同的设备对采集速率有不同的要求。重要的控制功能由稳定的PLC去完成，当操作台发生故障时，不会影响控制，进而不会影响生产。制作HMI画面时，一定要符合用户的操作需求和习惯。

一年来的实际应用结果表明，采用LEODO人机界面，简化了控制系统结构，增加了许多功能，通过了用户苛刻的检验。ET组态软件能方便的实现复杂友好图形界面的编制，其本身与I／O设备通讯程序构成一个完整的系统，不需工程人员自行编制设备的通讯程序，这种方式既**了运行系统的率，也方便了工程应用，是一种简便的工程应用系统。本监控系统大大提高。

1 引言
从19世纪中叶台气力输送设备问世至今，气力输送技术在得到了发展和应用。而输送对象也从早期的谷物、面粉和信件发展到水泥、建材、化工、冶金、电力、矿山、铸造等行业。通过将气力输送工艺与当代自动化技术相结合，气力输送自动化系统得到了发展，该系统的广泛应用也为提高生产效率、减轻劳动强度发挥了重大作用。然而，随着实际应用要求的不断提高，当前的气力输送系统在系统设计与实际运行的过程中也逐渐暴露出诸如硬件设计理论依据不足、工艺参数不稳定、现场进出物料不畅、仓泵喷料等一系列问题。
因此，为了解决实际生产中所凸现的问题并完善当前的气力输送系统，摸索气力输送系统生产运行的规律与工艺参数，从而为气力输送系统的现场应用提供可参照的科学依据与实验基础，建造一套能够模拟现场的气力输送实验系统就显得尤为必要。
在自动化领域，DCS、现场总线、SA、PLC技术的蓬勃发展为自动化技术的发展注入了新的活力。该领域技术与传统生产工艺的结合，已使得生产工艺、产品质量得到了较大的改善与提高。本文以南京顺风气力输送有限公司的气力输送机械平台为基础，同时结合SIEMENS公司的PRODAVE数据链接库、S7-300系列PLC等软硬件方面的技术，经过二次开发，成功的构建了一套能够模拟现场的气力输送自动化实验系统，为气力输送自动化系统的设计与现场实施提供了大的帮助。

2 气力输送实验系统工艺及功能要求
气力输送就是利用气流作为输送动力，在管道中搬运粉、粒状固体物料的方法。一个完整的气力输送系统通常由空气或气体源、把物料加入管内的设备、输送管道以及从输送空气中分出被输送物料的分离设备等组成。以常用的粉煤灰仓式泵气力输送系统为例，它主要由仓式输送泵、管道、气源、输送目的地（如灰库）和控制部分组成，如图1所示。

图1 仓式输送泵气力输送系统组成

一个完整的气力输送工艺流程大体可分为仓泵装料阶段、仓泵充压阶段、物料输送阶段和管道清扫阶段。在卸料装灰阶段，打开进料阀和透气阀，灰斗中的物料在重力的作用下落入仓泵；然后，关闭进料阀和透气阀，并打开进气阀为仓泵中的物料加压，即仓泵充压阶段；当压力达到某一定值时，则打开出料阀，进入物料输送阶段，此时，仓泵中的物料在气力作用下经输送管道被输送到目的地；为了防止在下次进行输送时发生管道堵塞现象，当仓泵中的物料被输送完成以后，还要让空气流对管道进行清扫。这样就完成了一个流程的物料输送，如此循环，可不断的将灰斗中的物料送往目的地。
作为一套气力输送实验自动控制系统，它不仅应当满足气力输送系统的基本要求，使得操作人员能够在监控界面上实时查看现场的仪表参数、设备状态，实现对设备的实时控制。而且还应具备实验系统所特有的在硬件与软件的灵活、可修改性、开放等方面的特点。
在对气力输送实验系统进行软件设计时，除了要满足气力输送系统实验人员实时监控现场运行状态的需要外，还应具有对实验所用的压力、延迟时间、循环次数等工艺参数的设置功能；而且，根据实际需求，在监控界面上要能够容易地实现不同工艺流程之间的简单切换，或者实现工艺流程的随意组态；同时，为了以后对实验数据的分析，软件的设计还应具备实验数据的实时采集、存档以及数据的分析绘图功能。
此外，气力输送实验系统还应考虑经济、操作方便、界面友好等方面的因素。

3 气力输送实验系统构建方案
气力输送实验系统的构建主要包括机械部分硬件、电气自动化方面硬件以及自控系统软件等几部分组成。气力输送实验平台的机械部分设备主要包括：空气压缩机、储气罐、输送仓泵、喂料机、除尘器、气动阀门、压力表、称重传感器、以及输送管道等。自控系统方面，通过比较，系统采取了目前比较常用且稳定性较高的工控计算机（IPC）——可编程逻辑控制器（PLC）系统集成模式。该模式下，IPC与位于其上的软件作为监控级，PLC作为现场控制级，两者通过实时共同完成数据采集与设备监控。在软件组成方面，为了节省成本，增加系统灵活性，软件采取了Visual Basic与PRODAVE相结合进行二次开发的方式，与SIMATIC Step 7编写的PLC软件一起共同实现系统的自动控制。
3.1 气力输送实验自控系统硬件配置与选型
在PLC的选型上，气力输送实验系统选用了西门子公司SIMATIC S7-300系列中型PLC，由于该系列PLC基于模块化结构设计，具有高速的指令处理和浮点运算、方便的人机界面、自诊断等功能，因此，深受国内用户欢迎，应用广泛。
气力输送实验系统设计时，根据系统的现场设备情况和气力输送工艺功能要求，通过对各被控设备与输入/输出信号的统计，然后分别对PLC所需的I/O点数和存储容量估算，实验系统的PLC模块组可按以下方式进行配置：482.6mm单机架通用导轨一个、PS 307 2A电源模块一块、CPU 312C一块、DO 16×DC24V/0.数字输出模块一块、DI 16×DC24V数字输入模块一块、AI 8×12Bit模拟输入模块两块。同时，还为CPU模块配置存储容量为64KB的微存储卡MMC，用于存储CUP的用户程序（所有功能块）、归档和配方、S7项目组态数据、操作系统新和备份数据等，参见图2。

图2 气力输送实验系统PLC模块配置示意图

另外，系统配置研华IPC 610工控机，其性能为Inbbb Pentium Ⅲ,800MHz CPU, 256M内存，40G硬盘，64M显存的显卡，三星19″，纯平面显示器，带多种通讯接口，易于扩展的ISA和PCI插槽，声卡及音响（作报警和提示用），配置满足系统要求。
3.2 气力输送实验自控系统软件设计
气力输送实验系统的软件主要包括用于控制工艺流程的PLC软件、上位机软件、上位机和PLC相互联系的通讯软件、数据分析与作图软件以及系统所要求的其他软件。
（1）PLC 软件部分设计。S7-300系列PLC的软件设计工作是在Step 7 SIMATIC Manager中完成的，块操作是STEP 7 PLC程序的一大特色，软件程序功能是通过对功能块的不断调用实现的。因此，气力输送实验系统的软件设计可以通过对功能块编程来实现。
一个完整的气力输送工艺流程主要包括进料、输送、清扫三个阶段，以普通无压开泵气力输送方式为例，其工艺流程根据顺序可分为如下几个步骤：系统启动—开透气阀（透气阀开到位）—开进料阀（进料阀开到位）—开喂料机（料位满信号到）—关喂料机—延时T1（T1可设定，下T2、T3同）—关透气阀、关进料阀（透气阀、进料阀关到位）—开除尘器、开出料阀（出料阀开到位）—开一次气阀—延时T2—开二次气阀（料位下限到）—关一次气阀—延时T3—关二次气阀—关出料阀（出料阀关到位）—关除尘器—设定泵数S未到，进入下一个循环；否则，系统停止。

根据上述工艺要求，该气力输送工艺的PLC软件组成可分为组织块OB1、功能块FB1、FB1的背景数据块DB11、共享数据块DB20、功能FC1、FC2、FC3以及循环中断组织块OB35几个部分。其中，OB1是程序循环执行的主体；FB1是气力输送工艺流程执行主体，气力输送的工艺流程可通过对FB1的编程来实现；FC1的作用是实时检测外界设备、仪表信号，并将检测到的信号传递给功能块FB1；FC2的作用是将工艺流程的执行结果传递给外界，以实现对外部现场设备的控制；FC3是为了和上位计算机软件实现通讯而建立的功能块，它和监控计算机共用共享数据块DB20中的数据；为了**系统的稳定运行，程序中设计有中断组织块OB35。各功能块的调用情况如图3所示。

图3 气力输送系统PLC程序调用过程示意图

同理，按照以上方法，可以根据工艺要求对气力输送系统的普通无压开泵、一次气智能方式、有压开泵、一次气智能方式、普通无压开泵、流化、流化智能方式、有压开泵、流化、流化智能方式进行程序设计，通过建立不同的FB以实现不同的工艺和功能。
（2）软件部分设计。软件是人机交互的主要界面，是自动控制系统的重要组成部分，通常由软件与和PLC通讯的软件两部分组成。
Visual Basic上位机软件程序设计。由于Visual Basic采用可视化的编程环境，具有简单易学的特性，因此，在对实验室气力输送系统进行设计时，可以结合Visual Basic的编程特点并根据系统的工艺功能要求开发出符合实际应用需要的IPC软件。
上位机与PLC通讯软件设计。当上位监控计算机需要与PLC通信时，通信软件的设计根据所采用PLC产品使用相应的通信协议，MPI（Muti-Point-Interface）便是集成在西门子公司的可编程序控制器、操作员界面和编程器上用于建立小型的通信网络的集成通信接口。为解决PC与SIEMENS PLC之间的通讯，西门子公司的PRODAVE函数包提供有一系列已经测试的DLL（动态链接库）或LIB（库）功能函数，为程序建立与S7-200、S7-300 系列PLC通讯提供了大的方便。
PRODAVE的函数可分为基本函数、数据处理函数和电话服务函数（bbbeService Functions）。基本函数用于建立、断开和PC与PLC的连接，以及读、写PLC中的各种数据。数据处理函数用于PC中用户数据的转换和处理。电话服务函数用于PC通过电话线与PLC建立连接。另外，当利用MPI通讯口进行通讯时，要将PC Adapter的两端分别插在计算机的串行口和PLC CPU模块的MPI口通讯口上，PC适配器的波特率可根据情况设为187.5 kbps或者高。
气力输送实验室系统中，利用Visual Basic编写的上位机软件在和S7-300 PLC进行通讯时，主要调用了load_tool、unload_tool、new_ss、db_read、db_wtite、d_field_read、d_field_write等函数。其中，load_tool的作用是检查通讯、对通讯参数初始化；new_ss用于上位机需要和PLC进行数据交换时，进行通讯检查并通讯连接;db_read、db_wtite、d_field_read、d_field_write分别用来对S7-300系列PLC的数据单元（WORD或BYTE）进行读写操作；unload_tool用于在退出系统以前断开和PLC之间的通讯连接，当需要退出监控系统时可以调用此函数。

在对上述函数调用之前，需要在VB模块中作类似如下的声明，以调用相应的函数，例如，当在程序执行过程中调用load_tool函数时，可声明如下：
Declare Function load_tool Lib “w95_s7m.dll” （ByVal nr As Byte, ByVal dev As bbbbbb, adr As plcadrtype） As Long
这样，当上位机执行到对load_tool的调用时，它会自动访问安装在操作系统上的w95_s7m.dll动态链接库，从而可以实现初始化通讯连接的目的。
下面给出了气力输送实验系统上位机软件程序运行时实现与PLC通讯检查并加载主监控界面功能的程序代码。
Public Sub bbbb_Load（）
Dim ss As bbbbbb
Dim msg As Integer
plcadr（0）.adr = 2
plcadr（0）.SEGMENTID = 0
plcadr（0）.RACKNO = 0
plcadr（0）.SLOTNO = 2
plcadr（1）.adr = 0
plcadr（1）.SEGMENTID = 0
plcadr（1）.RACKNO = 0
plcadr（1）.SLOTNO = 2
res = load_tool（1, “S7ONLINE”, plcadr（0））
If （res <> 0） Then
ss = “通讯失败，无法建立连接！”
msg = MsgBox（ss, vbExclamation + vbRetryCancel, “提示信息！”）
If msg = 4 Then Call bbbb_Load
Else： maincontr.Show
End If
End Sub
上述代码执行时，用户启动上位机监控系统软件，软件检查是否有在线的PLC连接，如果在线连接成功，即上位监控计算机经由适配器与PLC的CPU模块通讯无误，那么系统将执行maincontr.Show语句，显示主监控界面。否则，将显示“提示信息”对话框，提示操作人员无法与PLC建立通讯，操作人员应当检查通信线路，然后重试建立连接，或者取消连接检查而直接查看监控画面。
上位机软件中其它诸如数据采集、状态显示、实时控制等方面功能的实现与此类似，不再赘述。
（3）数据与分析软件设计。数据采集与分析是实验系统重要组成部分，是改进系统和完善工艺的理论依据和科学基础。为了满足工艺研究人员对采集数据多方面的查看与分析要求，对实验数据的处理与分析可借助于专门的工程软件MATLAB来实现。

图4 实验数据作图GUI对话框

图4是在GUI环境下开发的对采集数据进行作图的初始对话框，它主要由两个操作按钮和文字提示信息组成。使用时，操作人员可通过点击“上载”按钮来采集数据所在位置，然后，系统将自动绘制各采集模拟量的MATLAB图形，当操作人员点击“取消”按钮时，将关闭该对话框并返回。
上述的用户界面在MATLAB中保存为两个文件，它们分别时SF.m和SF.fig，其中SF.m为“上载”按钮的调用（Callback）函数，函数主要内容如下所示：
function pushbutton1_Callback（hbbbbbb, eventdata, handles）
Mpic
function pushbutton2_Callback（hbbbbbb, eventdata, handles）
close
其中，pushbutton1、pushbutton2分别是提示对话框中两个操作按钮的名称，而Mpic是被调用的又一M-file，作用是根据需要对采集到的各量绘制其MATLAB图形。作为示例，图5给出的是绘制仓泵重量随时间变化图形的M-file代码及趋势图。
bbbbb
x=load（‘E：/matlab6p5p1/work/数据/009.txt’）
t=1：360
plot（t,x（：,7）,‘.-k’）
title（‘Container Weight （Kg）’）
ylabel（‘DATA NO. 9’,‘fontsize’,12）
xlabel（‘TIME （S）’,‘fontsize’,10）

4 结束语
根据上述的气力输送实验系统，我们以粉煤灰为输送介质，通过对有压、无压、流化等不同工艺流程进力输送，为粉煤灰气力输送系统的研究和现场工程实施提供了大量的参考数据和设计依据。同时，借助本文所构造的气力输送实验系统，并通过在该实验平台上的气力输送实验，我们完成了江苏靖江热电厂粉煤灰气力输送系统与上海外高桥热电厂烟气脱硫工程石灰石粉气力输送系统的设计，并在工程实际实施过程中为现场工作的顺利开展提供了大量的指导。
通过将该气力输送实验系统与工业应用实际相结合，并通过在该实验系统上的多次实验，本文所设计的气力输送系统可以很大程度地改进目前在气力输送领域所存在的问题，优化当前的气力输送系统结构，并为以后气力输送的发展与应用提供新的思路，具有广泛的实际应用。