西门子模块6ES7277-0AA22-0XA0使用方式
一、 TP 介绍
（ 1) 简介
TP 触摸式工业图形显示器（简称触摸屏）是一种连接人类和机器（主要为 PLC ）的人机界面（国外称为 HMI 或 MMI ），被称为 PLC 的脸面。它是替代传统控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数设置、数据显示、以曲线、动画等形式描绘自动化控制过程，并可简化 PLC 的控制程序。
比之模拟仪表、操作台控制的优点：
1 ） 体积变小，几乎不占空间；
2 ） 连线简单化。
(2) TP 触摸屏的主要作用
监视：以数据、曲线、图形、动画等各种形式来反映 PLC 内部位状态，存储器数值，从而直观反应工业控制系统的流程、走向。
控制：可以通过触摸操作改变 PLC 内部位状态，存储器数值，从而参与过程控制。
(3) TP 触摸屏主要功能
1 ） 以动画形式表现控制过程，可实现工况图、流程图，设备由静态到运行，画面模拟动画显示；
2 ） 离散点的 ON/OFF 表示；可实现管道、阀门、指示灯的颜色变化，电气开关闸刀的开合、档板的开关、多选一开关的实现等；
3 ） 参数设置、数据显示；可设计数据表格，制作操作面板的仿真图象；
4 ） 棒图、（半）饼图、容器图、趋势图及各种仪表表示；可制作操作面板的仿真图象，可实现信号量值、液体深度的变化；模拟表头指针或游标的移动等；
5 ） 各种报警动作：生产过程中出现异常情况，自动报警并用文字显示故障类型，画面同时自动切换至故障所在的流程画面；
6 ） 可进行报表打印（非屏幕硬拷贝）、报警信息打印，打印时序可由用户确定；可连 CCTV 监视头（ NTSC 制式），显示现场实时信息。
7) 把原来的开关、指示灯等移到触摸屏上，则可省去 PLC 上原来对应开关、指示灯等的输入输出点，从而可减小 PLC 系统的规模。
8 ）权限管理：操作员只有在开机时输入正确的登陆密码后，触摸屏才能进入运行状态
(4) TP 触摸屏在恶劣条件下使用特点
1) 防尘、抗震
2) 防水、防电磁
二、可编程序控制器（ PLC ）在搅拌楼控制中的应用特点：
1）可靠性高 PLC 在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可直接安装于工业现场而稳定可靠的工作，防磁，抗震，防尘。
2）编程简单、容易掌握。
3）适应性强，应用灵活。搅拌楼中心控制室的 PLC 系统可同时控制搅拌楼附属设备如：搅拌楼的骨料上料皮带、水泥及粉煤灰的脉冲控制系统。
4）控制系统设计、修改、调试方便，工作量少。
5）功能强大。 PLC 具有开关量输入 / 输出，模拟量输入 / 输出，大量的内部中间继电器，时间继电器，特殊继电器，数据寄存器，可进行逻辑控制、数据处理、模拟量处理。
三、 TP 和 PLC 在搅拌控制系统中的应用
1) 数据流程
在这套控制系统中， TP 主要是发挥工业流程监控、数据显示、资料存储、打印、生产管理、发布生产操作命令的作用，它并不参与过程控制， PLC 主要是采集现场生产信息 , 及时向 TP 传送各类生产状态和数据如：配料门的限位、搅拌机的状态、各称量斗的传感信号，操作台的开关信号等，使 TP 能以生动形象的动画形式及时显示出来， PLC 根据程序运行结果和 TP 发布的指令来控制现场设备。具体见如下框图：
2) 系统配置框图
3) 系统主要构成：
触摸屏 : TP 采用 加拿大 TouchWin 公司 TP 系列触摸屏，它负责处理现场与运行操作有关的人机界面，使操作员通过触摸屏实时了解现场运行状态，各种生产数据的当前值以及是否有故障报警发生，并可对工艺生产过程进行控制和调节 , 触摸屏本身具有 “ 配方 ” 功能，通过其内部的宏指令可以将不同产品的不同工艺配方存储在其中，随时调用，大大节tigao工作效率 , 它可以与近 30 个厂家的 PLC 通讯，兼容性极强，而且还可以和计算机通讯（开放式通讯协议），基于 bbbbbbs98/2000/XP 操作平台下的专用组态软件，界面友好直观，易学易用，大大节省产品开发周期。具有 RS232/422/485 通讯口，方便于连接其它厂家的 PLC 及外设产品（如：条形码、存储卡、变频器、个人计算机等）。触摸屏上的并行口还可以直接和打印机连接实时或定时打印当前或历史数据。在编程软件中选择好触摸屏和 PLC 型号后，在其系统设定中选择 PLC 型号，通讯的波特率为 38400bps ；奇偶校验为奇校验；数据长度 8 位；停止位 1 位；通讯方式 RS-232 。
……PLC 可采用 XINJE 或西门子、欧姆龙等系列产品
…… 打印机 可采用 HP 或其他品牌的针式打印机和喷墨打印机
……TP 软件 采用 TP 专用的制作软件 TPsoft 编程软件中备有大量的图形库（开关、灯、棒图等）供选择，还可以根据用户需求编辑所需要的工艺图形，能够转换 BMP 文件和 AUTOCAD 中的 DXF 文件。还具有留言板功能用于交接班记录用。在编程软件中可以设定触摸屏背光灯的关闭时间，节省其使用寿命。触摸屏中具有内部编程指令 —— 宏命令，可以减轻 PLC 的编程负担，甚至有些简单的设备中可以取代 PLC ，由触摸屏编程直接和其它设备通讯
……PLC 编程软件 采用的是 XINJE 的 FC 编程软件，用它完成整个程序的编制、调试。
…… 监视摄像头
…… 软起动器
4) TP+PLC 控制系统参数：
(1)A/D 转换 :1-16 路通道
(2) I/O 模块 : 采用 DC 输入输出 , 光电和机械隔离
(3) 配料精度 :
水泥 粉状 水剂 :±1%
砂石骨料 :±2%
5) 触摸屏和 PLC 控制系统的主要功能：
(1) 整个控制过程处于中文系统下工作 , 管理完全汉化
(2) 实现配料 , 下料 , 拌和 , 出砼自动控制
(3) 拌和时间 , 下料顺序随即可调
(4) 配料 , 下料 , 拌和动态模拟显示
(5) 系统自动校称
(6) 配方可达 200 余种
(7)I/O 状态自动检测
(8) 自动生成数据库 , 生产流程图 , 报警系统图 , 参数报表
历史查询 , 报表制作和打印
四 . 下面以某电站 2× 1m3 搅拌楼为例介绍各方面的制作
1) 系统组成：
…… 触摸屏选用 TFT 液晶显示器
…… 可编程序控制器选用信捷 FC-32R-E
…… 打印机选用 EPSON
2) 附属设备：
…… 强电柜一台，主要为各种动力设备提供电源、及各控制电源
…… 操作台一台
.
……PLC 及放大器柜
…… 上料皮带控制箱
…… 传感器 10 套
…… 其他低压电器
3) 触摸屏画面的制作采用 TouchWin 编辑工具软件完成。各画面画面包括各控制菜单及视频窗口，首页可由相关单位编写广告画面欢迎词或系统机型说明。本系统主要包含以下几项：
在主菜单画面中设计了 9 个画面选择开关 , 用于打开 9 个不同功能的画面 , 画面分布 :
a) 流程控制 : 在生产过程中切换到此画面 , 用于生产流程监控和控制
b) 重量设定 : 主要是用于配方设定和修改
c) 时间设定 : 主要是用于搅拌机搅拌时间设定 , 配料抖动时间及提前量设定，下料顺序时间参数设定
d) 主控画面：在进行系统校验时用于主控系统运算的基本参数，这也是程序运算的核心，因此为了防止误修改在标定画面中加入了权限功能
e) 状态监控：真实反映现场的 I/O 状态，利于故障的检查和排除
f) 配方：用于存储配方和调用配方，在此系统中设计了 20 个配方
g) 数据列表：在生产过程中随时记录每一循环的称量数据，便于汇总查询和打印
h) 打印：根据数据报表的内容控制打印机，在本系统中采用的时针式打印机
i) 资料管理：主要是操作使用说明以及相关的接线信息
下面列举本系统几个主要画面：
在设计各画面控件时，首先在画面框中画出所需要的控件，然后进行大小比例调整，上色，接下来进行属性连接，画面上的控件属性数据全部由下位机 PLC 提供，所以 TP 画面制作起来非常方便快捷，在实际运行过程中，若需在 TP 画面中增加新的内容，如开关、菜单选择等，只需在设计软件中增加相应的项目传送至 TP 即可。
在 TP 和 PLC 进行通讯和调试参数前，需特别注意以下几点：
a) 选择直接传送方式：选择直接通讯方式 ( 选择 PLC 类型及对应 I/O 地址 ), 该方式下 ,TP 直接读取或改写 PLC 的数据寄存器和继电器内容 , 这样可以大大减轻 PLC 用户程序的负担 .
b) 系统数据区：当选择直接传送方式时 ,TP 内部寄存器首地址开始的数个数据寄存器被规定为系统数据区 , 系统数据完成画面切换等动作 ,TP 和 PLC 内部占用特定的寄存器区 , 完成各种功能．系统数据区是 TP 与 PLC 交换数据的媒体 ,TP 初始化时 , 需确定 PLC 系统数据区的的起始定义号．
6)PLC 的程序分三部分设计：传感器模拟量数据采集及处理、逻辑控制部分、报表处理部分。在实际应用中，可根据需要随时增加 PLC 的功能，如：搅拌楼（站）附属设备的控制，皮带系统和水泥、煤灰脉冲系统等． PLC 实时采集传感称量值和输入信号 , 经逻辑运算后 , 由输出模块控制称量斗、搅拌机、螺旋输送机的启停以及报警等。程序设计思想和步骤 :a) 首先要全面了解被控制对象的机构、运行过程等，并明确动作逻辑关系； b) 根据系统功能要求（包括输入、输出信号数量的多少、性质、参数；选择 PLC 型号及各种附加配置，并有规则、有目的的分配输入、输出点； 根据控制及流程要求，对应输入、输出开发相应应用程序； c ）同时连接 PLC 与外部设备连线 , 将编制完成的程序写入 PLC 中，模拟工况运行，进行调试及修改； d) 在模拟调试成功后，接入现场实际控制系统中进行再次调试，直至完全通过为止 . FC 系列编程工具是 bbbbbbS 环境下的 PLC 编程软件 , 利用本软件可以进行程序设计，编程实现，编写注释说明文档和维护控制应用系统 , 它可以用两种方式编程即梯形图编程和命令语编程 , 见下图：
料皮带由于在配料过程中频繁起动，所以在这里采用的是软起动器。其目的主要是保护电机和机械，另一方面是防止因频繁起动引起的电网电压冲击
五．结束语
本系统由于采用目前占有量较高，技术成熟的加拿大 TouchWin 公司的人机界面及 FC 系统可编程控制器，既使生产过程中 PLC 控制系统硬件发生故障，也可以立即查明原因更换相应器件，大限度的缩小在线维修时间 , 另外在这种配置中，当 TP 因在运行中出现意外故障，无法显示和监控时， PLC 能单独完成一系列的工作，互不受影响，这样是防止当人机界面出现问题时，带来系统控制失灵。在系统界面设计过程中，比较多的考虑了用户的实际需求，界面操作简洁，明了。当生产过程硬件状态发生变化时，勿需修改软件，仅需在线进行简单参数设定既可，系统维护性强。
图1 生产工艺流程图
(2) 蒸发站的蒸汽流程为增浓效→ⅰ→ⅱ→ⅲ→ⅳ效，末效产生的二次蒸汽由螺旋板式冷凝器冷凝，其中除增浓效蒸发器使用新鲜蒸汽作为热源外，其余各效蒸发器均采用二次蒸汽作为热源。增浓效浓黑液闪蒸罐闪蒸产生的二次蒸汽及清洁冷凝水闪蒸罐产生的闪蒸汽作为ⅲ效蒸发器的补充热源使用。
(3) 蒸发站的冷凝水的流程为增浓效产生的清洁冷凝水送回锅炉房，其余各效产生的污冷凝水送至每下一效进行闪蒸，闪蒸出的二次蒸汽作为每下一效蒸发器的补充热源使用。
2.2 控制系统设计目标
本蒸发站的控制目标是:通过对蒸发过程工艺参数的优化，在输入的热量和通过的黑液蒸发能量之间取得必要的平衡，系统能正常、稳定运行，并使终的浓黑液保持要求的浓度。使整个系统运行的成本少，终产品的产量高。也就是要tigao蒸发系统的蒸发效率。
2.3 控制系统设计
为了达到上述目标，我们经过多方面分析，认为影响浓黑液浓度的因素主要是进效稀黑液的liuliang及蒸发设备各效总的有效差压。为了稳定有效压差我们决定对增浓效蒸发器的液位、浓黑液闪蒸罐的液位、清冷凝水分离罐的液位、清冷凝水闪蒸罐的液位进行控制，使它们分别稳定在某个值，为了控制黑液的浓度我们决定对进增浓效黑液的liuliang和进增浓效新蒸汽的压力进行控制。
因此，需要控制的量一共有六个，分别是增浓效蒸发器的液位、浓黑液闪蒸罐的液位、清冷凝水分离罐的液位、清冷凝水闪蒸罐的液位、进增浓效黑液的liuliang和进增浓效新蒸汽的压力，除了这几个要控制的量外，还有一些连锁，如:工艺连锁等。为了便于操作工人操作，还需要增加一些显示和报警，如温度显示、压力显示报警等。
对于黑液浓度的控制，由于多效蒸发器具有热容量大、滞后时间长等特点，利用常规的单回路pid控制，控制质量差，很难达到预期的效果。在此我们双闭环比值控制系统(如图2)，其中，黑液liuliang为主动量，蒸汽压力为副动量。蒸汽压力按黑液liuliang进行配比，随黑液liuliang变化而变化，实现了对黑液liuliang的定值控制，大大克服了黑液liuliang干扰的影响，使黑液liuliang变得比较平稳，通过比值控制，蒸汽压力也将比较平稳，这样系统的总的物料也是比较平稳的。比值控制系统方框图如图2所示。
图2 比值控制系统方框图
图3 系统配置图
2.4 硬件选择
基于上述控制内容，根据厂方要求，我们选用了西门子s7-300的plc。如图3所示。
3 程序设计
3.1 下位机程序设计
采用西门子step7 v5.1编制下位机程序，根据工艺特点我们采用了结构化编程的方法编制了采样、标度变换、pid控制、报警、连锁等子程序，pid控制子程序在循环中断组织块ob35中进行调用，其余子程序都在循环组织块ob1中进行相应的调用。结构化编程的方法具有程序结构层次清晰、部分程序通用化、标准化、易修改、简化程序调试的优点。
下面对各个子程序功能做相应的简单说明:
采样子程序:把模拟量输入存放在响应的共享数据块中，供标度变换子程序调用。
标度变换子程序:把0~27648的整数变换成相应的工程量的值，供pid控制子程序和显示用。
pid控制子程序:完成单回路的pid控制和比值控制用，通过调用系统自带的fb41来完成。
报警子程序:对模拟量进行超上限或超下限判断, 若有则置位超限标志，为防止超限标志输出抖动, 设置判断死区。
连锁子程序:主要完成工艺连锁和电机的连锁用。
3.2 上位机程序设计
采用西门子wincc v5.1编制了上位机的人机界面，主要包括:主画面、设定画面、趋势画面和报警画面，操作工人可以方便地对所有设备进行监控和相应的值进行一些设定，减轻了劳动强度。主画面如图4所示。
4 结束语
该系统已投入生产一年多，没有出任何故障，实践证明其设计合理、可靠，达到预期目标。
