摘要：系統(tǒng)采用dop作為人機界面，s7300-plc完成過程控制，程控制程序對過程變量實時采集、數(shù)字整定、優(yōu)化控制對象、實施在線控制、應用系統(tǒng)功能塊完成洗梗水溫恒溫控制，保證洗梗機控制系統(tǒng)可靠工作。
在煙草制品中，除煙葉可以加工煙絲外，加工過程中產生大量煙梗也可以利用，煙梗加工過程中需要去雜質，恢復柔韌性，才能利于煙梗切片加工，處理過程就需要煙梗回潮。水槽式煙梗回潮機是梗處理線上的一臺主要設備，它利用循環(huán)恒水溫介質將煙梗進行凈化處理。設備主要由洗梗箱體、管路系統(tǒng)、輸送網帶和水分控制四部分。整個水分過程控制主要由水溫、煙梗水中停留時間、壓縮空氣吹水量來控制水分達到工藝要求。
根據設備工作的需要，我們設計基于dop人機界面的plc洗梗機控制系統(tǒng)必須保證洗梗機水份達到工藝要求，本系統(tǒng)dop人機界面作為觸摸顯示屏，采用s7-300plc作為控制主機，組成控制系統(tǒng)，構成系統(tǒng)可以完成水溫的模擬量閉環(huán)控制，水位的數(shù)字量閉環(huán)控制，循環(huán)水流速度可調節(jié)開環(huán)控制，上下游水位的聯(lián)鎖控制。系統(tǒng)工作穩(wěn)定控制精度高，滿足系統(tǒng)工藝要求。
1、控制系統(tǒng)的硬件組成
洗梗機硬件系統(tǒng)主要由四部分組成，*部分是人機界面，系統(tǒng)選用中達電通公司的dop—ae80thtd觸摸屏，ae80觸摸屏有65536色，32位risc微處理器，32m存儲器，512k斷電保持，usb編程。有3個串行通訊口，rs232/rs422/rs485三種通訊接口可供選擇，考慮我們用s7-312c直接通訊，我們用rs485接口，觸摸屏完成系統(tǒng)顯示和控制以及系統(tǒng)控制參數(shù)調整，溫度變化趨勢圖、故障報警等任務。第二部分過程控制部分的plc由s7-312-5boo-oabo完成，它有1o個數(shù)字量輸入，個數(shù)字量輸出，可以滿足本系統(tǒng)的數(shù)字量需要，除cpu312c外需要通過硬件組態(tài)配置一個模擬量輸入模塊6es7331-7kfo2-oabo，它是8路12bit擬量a/d轉換模塊，12位控制精度可以滿足本系統(tǒng)要求，8路輸入可以可以配置成3路溫度鉑電阻pt100輸入,0～10v電壓輸入供變頻器輸入速度信號，經轉化量顯示水流速度。一個模擬量輸出模塊6es7332-5hb01-oabo,它是4路12位模擬輸出模塊系統(tǒng)一路輸出4～20ma控制氣動薄膜調節(jié)閥，通過閥門開度控制水箱溫度恒定。第三部分是系統(tǒng)輸入檢測器，數(shù)字量輸入完成基本起停聯(lián)鎖以及水位控制。模擬量輸入溫度檢測，由ptl00傳感器完成3路溫度信號檢測，供水箱溫度閉環(huán)控制。一路電壓輸入，輸入變頻器輸出頻率，經系統(tǒng)轉化為數(shù)字信號供觸摸屏顯示水流速度。第四部分是執(zhí)行器，主要控制系統(tǒng)上下游聯(lián)鎖輸出信號，水流變頻器起停。加水電磁閥控制水位，入水加溫電磁閥控制入水溫度。保溫氣動薄膜調節(jié)閥，完成水箱溫度的恒溫控制。具體組成見圖1。
2、dop觸摸屏與西門子plc通訊
西門子s7-312cplc通訊口只有mpi接口，不具有標準的rs232和rs485接口，通常觸摸屏只連接西門子自己的觸摸屏，用自己的mpi接口，但西門子觸摸屏價格較高，有時考系統(tǒng)性價比，選用其它品牌，這樣通訊協(xié)議設定就需要多一些技術，通常采用西門子公司pc-mpi轉接電纜連接，這樣簡單可靠但成本較高，硬件安裝多個轉換盒，安裝不方便。本系統(tǒng)采用直接連接，協(xié)議設定就尤其重要，具體設置過程如下：首先通訊速率：19200，8,even,1.（rs485）；然后plc站號：zui后是控制區(qū)/狀態(tài)區(qū)：dbwo/dbw20。需要注意事項的有此驅動只能用于1臺dop人機界面連1臺plc；plc通訊速率需改為19200，（8,even,1.）；不可使用2個通訊口都用；dop站號需設為o～15，若超過此范圍，則通訊協(xié)議自動改為15；沒有接連接電纜時，dop人機界面約5s后，會顯示errormessage。若接上連接電纜時，dop人機界面需重新送電，才能連上通訊成功；送電后，因dop需接受plc通知后方可連上。故第1次聯(lián)機所需時間較長，正常情況下，應在5s內連上；此協(xié)議為多段來回的通訊（1個命令需dophmi與plc通訊多次，方可完成）。故通訊速度較一般控制器慢。但與s7-300使用pcadapter速度基本相同。具體dop觸摸屏與plc硬件接線如圖2。
3、模擬量模塊的設計
3.1 模擬量模塊的設置
在洗梗機水分控制部分中，選用sm331，模擬量輸入模塊是將模擬信號轉換為cpu內部處理用的數(shù)字信號，其主要組成是a/d轉換器。一般模擬由變送器輸出標準直流電壓、直流電流信號。sm331可以直接連接不帶變送器的溫度傳感器，這樣不用溫度變送器，不但節(jié)約硬件成本，而且減少故障點。但直接連接傳感器需要對測量范圍進行設置。s7331-7kfo2-oabo模擬量模塊的輸入類型用模塊側面的量程卡來設置。量程卡安裝在模擬模塊側面，每2個通道一組，8個通道4個量程卡，當設定為溫度時，2個通道為1路輸入。供貨時通常設置在默認的b位置（±10v）。需要設定3路溫度檢測，根據資料a為溫度傳感器輸入。所以使用改錐，將量程卡從模擬量輸入模塊中松開，再將量程卡選好位置a指向模塊標記點，插入量程卡。系統(tǒng)將3塊量程卡設為a，第四塊不變仍為b，這樣完成3路溫度、2路電壓輸入的量程卡設置。硬件設置完后要進行聯(lián)機進入step7中硬件設置中選擇模擬量量程，具體step7中模擬量輸入模塊量程設置如圖3。
3.2 模擬值模塊轉換、循環(huán)和響應時間
轉換時間由基本轉換時問和模塊的測試及監(jiān)控處理時間組成?；巨D換時間直接取決于模擬量輸入模塊的轉換方法（積分方法，瞬時值轉換）。模擬量輸入通道的掃描時間，即模擬量輸入值本次轉換到下一次轉換時所經歷的時間，是指模擬量輸入模塊的所有激活模擬量輸入通道的轉換時間總和。模擬量輸出通道的轉換時間由兩部分組成：數(shù)字量數(shù)值從cpu存儲器傳送到輸出模塊的時問和模擬量模塊的數(shù)一模轉換時間。模擬量輸出通道也是順序轉換，即模擬量輸出通道依次轉換。掃描時間，即模擬量輸出值本次轉換到再次轉換時所經歷的時間，是指模擬量輸出模塊的所有激活的模擬量輸出通道的轉換時間總和，所以可以通過在step7中禁用所有沒有使用的模擬量通道，來降低i/o掃描時間。
3.3 連接傳感器至模擬量輸入
根據測量方法的不同，我們可以將電壓或電阻等不同類型的傳感器連接到模擬量輸入模塊。為了減少電磁干擾，對于模擬信號應使用屏蔽雙絞電纜，并且模擬信號電纜的屏蔽層應該兩端接地。如果電纜兩端存在電位差，將會在屏蔽層中產生等電勢耦合電流，造成對模擬信號的干擾。在這種情況下，應該讓電纜的屏蔽層一端接地。對于帶隔離的模擬量輸入模塊，在cpu的m端和測量電路參考點mana（一般是端子10和11）之間沒有電氣連接。如果參考電壓un和cpu的m端存在一個電位差uiso,必須選用隔離模擬輸入模塊。通過在mana端子和cpu的m端子之間使用一根等電位連接導線，可以確保uiso不會超過允許值。如果使用的傳感器是非隔離傳感器，在輸入通道的測量線m-和測量電路的參考點maa之間會發(fā)生有限電位差ucm（共模電壓）。為了防止超過允許值，在測量點之間必須使用等電勢連接導線。
4、溫度控制程序功能塊設計
step7程序允許在線和離線編輯程序，首先創(chuàng)建ob1系統(tǒng)組織塊，然后創(chuàng)建定時中斷組織塊ob35,在ob35中調用溫度控制功能塊fb58，調用fb58前提是在step7中安裝標準庫（standardlibrary）,調用過程是打開ob35→點擊view→點擊overview→點擊右側library→點擊standardlibrar→點擊pidcontrolblocks→點擊fb58溫度控制功能塊，在輸入參數(shù)時，輸入背景數(shù)據庫db1。db1作為ob35背景數(shù)據庫，背景數(shù)據庫中的數(shù)據結構是由系統(tǒng)自動生成，用戶不能修改，必須按標準庫中的數(shù)據格式要求輸入數(shù)據，在背景數(shù)據庫中還有一些系統(tǒng)控制參數(shù)設定，有些控制參數(shù)也可以在背景數(shù)據庫中修改，打開背景數(shù)據庫db1,選擇參數(shù)視圖，就可以修改參數(shù)如：采樣周期、pid參數(shù)、上下限、脈沖輸出等。
在ob35中調用fb58功能，輸入響應控制量、數(shù)字量及模擬量等，當參數(shù)輸入完成，系統(tǒng)就可以運行程序。在程序調用lad顯示當中有十幾個輸入中可以選擇必須的輸入，有些必須輸入，有些可以用系統(tǒng)默認值，在本系統(tǒng)啟動后輸出m6.0,啟動fb58。設定值用變量sp＿int是浮點數(shù)格式必需輸入，通過觸摸屏輸人數(shù)據mw2,mw2轉化成浮點數(shù)md6中，md6作為sp＿int；過程變量輸入用pv＿per（外圍過程控制變量）輸入外圍設備（i/o）格式過程變量，即用s7—331—7kf02模擬量輸入模塊的piw258的數(shù)字值作為過程變量，如果將此數(shù)據轉化為浮點數(shù)，即可輸入pv＿in，梯形圖中程序pv＿in和pv＿per輸入1個即可，輸入pv＿per即簡單又減少轉化控制程序的編寫，在控制功能塊中，一般常輸入pv＿per在功能塊中將pv＿per轉化為浮點數(shù)pv＿in，用設定值sp＿int減去pv＿in就是誤差。在系統(tǒng)中參與pid控制。功能塊還有手動功能，當外界條件不滿足自動工作條件可以用手動控制工作，具體是將其中man＿on設置為m1.o,當m1.0為1時，可以將設定觸摸屏設定手動輸出數(shù)據md10,設定mam為md10中，lmn＿per過程輸出直接輸出控制值。
控制器有7個輸出可以作為系統(tǒng)控制的控制輸出和顯示用輸出，其中主要利用pv格式化過程變量，可以作為蒸氣調節(jié)閥閥開度顯示。lmn＿per是i/o格式的控制量輸出值，這里直接輸出到pqw272，在模擬量輸出端輸出4～10ma控制氣動薄膜調節(jié)閥。功能模塊還有qlmn＿hlm、qlmn＿llm上下限報警。這樣功能塊程序設計基本完成。溫度控制功能塊編程界面如圖4。
5、結束語
dop人機界面美觀大方、具有直觀的圖形化界面、操作簡單、使用方便，把復雜生產線監(jiān)控變得簡單明了，大大減少了勞動強度，在洗梗機控制系統(tǒng)的生產實踐表明，該系統(tǒng)各項功能滿足生產需要，提高了生產效率。應用dop人機界面完成的梗絲水溫自動控制系統(tǒng)，從而保證梗絲的水份在合格范圍內。