（成都理工大學(xué),成都,610059）

基于 S7-400的玻璃涂層在線數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)

石 維,任家富,郭蘭芳,王曉帆,張俊文

（成都理工大學(xué),成都,610059）

本文設(shè)計了基于s7-400控制器模塊的在線玻璃涂層監(jiān)測系統(tǒng)，通過Wincc組態(tài)在上位機(jī)開發(fā)人機(jī)交互界面，并下載到配套觸摸屏，采用梯形圖設(shè)計程序，完成數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控，并保存歷史記錄。該系統(tǒng)適用于工業(yè)環(huán)境，且方便擴(kuò)展，已將該系統(tǒng)成功運(yùn)用在西安某公司玻璃涂層在線檢測系統(tǒng)中。

plc;工控機(jī);s7-400控制器;WinCC組態(tài);數(shù)據(jù)采集

0 引言

PLC是一種用于工業(yè)控制的裝置，它系統(tǒng)構(gòu)成靈活，可靠性高，擴(kuò)展性好，編程簡單，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在惡劣的環(huán)境下也能正常工作。本文選用PLC SIMATIC S7-400作為控制器模塊，模塊化免風(fēng)扇的設(shè)計，結(jié)實可靠，具有強(qiáng)大的通信能力，良好的用戶操作讓s7-400在解決中高檔性能控制方面的問題上起著突出作用。作為人機(jī)交互界面發(fā)展的主導(dǎo)趨勢，觸摸屏能長時間在惡劣的環(huán)境下正常工作，和觸摸屏配套使用，能夠彌補(bǔ)PLC在人機(jī)交互接口方面的缺陷，實現(xiàn)二者優(yōu)勢互補(bǔ)。本文提出的玻璃涂層在線檢測系統(tǒng)正是在此基礎(chǔ)上設(shè)計完成的。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

玻璃涂層在線檢測系統(tǒng)主要由工控機(jī)和西門子公司S7-400 PLC作為中央控制部分，選用研華工控機(jī)結(jié)合西門子10.4寸觸摸屏作為中控室和現(xiàn)場人機(jī)界面，通過傳感器捕捉信號，PLC將采集信號進(jìn)行處理，傳輸?shù)接嬎銠C(jī)系統(tǒng)，用戶可通過工控機(jī)設(shè)備完成參數(shù)的設(shè)置及修改，工控機(jī)和現(xiàn)場的觸摸屏均可以顯示當(dāng)前檢測的數(shù)據(jù)，并且可以操作。

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要包括：電源模板(PS): 將SIMATIC S7-400連接到120/230VAC或24DC電源上；中央處理單元(CPU)；數(shù)字量輸入/輸出(DI/DO)模塊和模擬量輸入/輸出(AI/AO)模塊；通訊處理器(CP)：用于總線連接和點(diǎn)到點(diǎn)連接；安裝機(jī)柜、存儲卡、備用電池等。

上位機(jī)與下位機(jī)通過以太網(wǎng)網(wǎng)口連接。現(xiàn)場的4~20mA和24VDC開關(guān)量標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)入S7-400，上位機(jī)通過以太網(wǎng)網(wǎng)口通信方式從S7-400獲得數(shù)據(jù)。

1.2 工控機(jī)及觸摸屏選型

選用研華IPC-610H系列工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是防塵、防沖擊、高防磁、連續(xù)長時間工作能力[3]。研華工業(yè)計算機(jī)，存儲容量大，擴(kuò)展能力強(qiáng)，方便做歷史數(shù)據(jù)存儲，以及報表打印等功能。觸摸屏選用西門子TP1200 Comfort,該系列多功能面板觸摸屏操作簡單，全圖形化10.4寸TFT顯示屏，真彩、分辨率高，內(nèi)置以太網(wǎng)接口，6MB的用戶存儲空間，具有組合插槽和USB接口。

2 在線數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

在線數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)軟件部分是整個控制系統(tǒng)的核心，工控機(jī)依據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)流水線和工件的實際需求來進(jìn)行控制。主要通過對不同型號涂料的溫度測量、比重檢測，黏度檢測、噴涂后涂層的厚度、硬度測量等參數(shù)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝的需要進(jìn)行編程來驅(qū)動各個執(zhí)行設(shè)備控制，從而達(dá)到全程在線控制。

2.1 軟件主要功能

（1）數(shù)據(jù)采集: PLC系統(tǒng)完成硬度、厚度、溫度、比重、粘度等數(shù)據(jù)的采集。

（2）數(shù)據(jù)處理：完成4-20mA模擬信號的處理，將采集各參數(shù)的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送到中央計算機(jī)中，中央計算機(jī)根據(jù)各參數(shù)指標(biāo)的修正系數(shù)完成計算，并在工控機(jī)和觸摸屏的監(jiān)控畫面實時顯示檢測到的厚度、溫度、比重、粘度等參數(shù)的值。通過對測量參數(shù)的分析、處理，根據(jù)所規(guī)定的工件噴涂前涂料的溫度、粘度以及噴涂后涂層厚度的參數(shù)范圍，計算得到控制參數(shù)和設(shè)備的控制量。

（3）控制功能：根據(jù)分析計算得到控制參數(shù)和設(shè)備控制量，閉環(huán)控制工件生產(chǎn)線；輸出控制命令給PLC系統(tǒng)驅(qū)動聲光報警；當(dāng)檢測參數(shù)超出數(shù)據(jù)范圍值自動調(diào)節(jié)供給量；可以設(shè)置各工作參數(shù)值

（4）自檢功能: 對系統(tǒng)的主要部分進(jìn)行自我檢測和診斷，檢測系統(tǒng)通信，保證系統(tǒng)正常工作。

（5）其它功能: 系統(tǒng)可實時保存數(shù)據(jù)，生成曲線圖，查看歷史生產(chǎn)信息，生成每個班次的報表（合格率、優(yōu)良率、不合格率）并打印，實時判斷各值超標(biāo)和報警處理等。

2.2 Wincc上位機(jī)組態(tài)軟件與PLC通信

工控組態(tài)軟件是一種專門用來進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制的軟件，采用靈活方便的組態(tài)方式，創(chuàng)造了監(jiān)控系統(tǒng)層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，方便用戶端迅速創(chuàng)建工業(yè)自動化控制系統(tǒng)并提供監(jiān)控功能，是一種通用層次的軟件包。選用SIMATIC WinCC組態(tài)軟件有兩大因素，一是因為Wincc強(qiáng)大的功能，在目前市場上占據(jù)一定地位，二是因為WinCC與下位機(jī)采用的s7-400PLC以及Step7 V12編程工具有同樣的業(yè)界規(guī)范，SIMATICWinCC自身提供驅(qū)動S7-400PLC的軟件，易形成人機(jī)交互，建立完整監(jiān)控方案。運(yùn)用SIMATIC WinCC組態(tài)軟件方便了工控機(jī)和PLC的連接。

西門子PLC模塊與上位機(jī)通信方式主要有以下幾種：串口通信：包括PC/PPI通信，MODBUS通信，現(xiàn)場總線通信：PROFIBUS，多主站通信：MPI，網(wǎng)口通信：以太網(wǎng)。結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場實際需要本文通過以太網(wǎng)實現(xiàn)PLC與WinCC的通訊，這種方式適用于傳輸距離大，實時性強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三個部分，又上往下以依次為：工控機(jī)部分，10 Base-5以太網(wǎng)部分，西門子S7-400 PLC。

該系統(tǒng)采用Step7 V12開發(fā)工具對PLC、觸摸屏以及PC站進(jìn)行軟件組態(tài)，使三者相互連接并進(jìn)行通信。與PLC系統(tǒng)建立通訊的過程：1、SEPT 7硬件組態(tài)，包括添加PLC硬件模塊（如圖2所示）及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，2、設(shè)置IP地址；3、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；4、設(shè)置通訊接口；5、增加通道及設(shè)置驅(qū)動連接；6、測試通訊，建立完成。

2.3 程序設(shè)計

玻璃涂層數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)采用模塊化編程，程序分成不同的塊，每個塊包含了一些設(shè)備和任務(wù)的邏輯指令。采用step7 v12開發(fā)工具，選擇梯形圖語言進(jìn)行具體編程和設(shè)計，PLC主程序主要完成對I/O端口的控制，對檢測數(shù)據(jù)的采集，模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換及處理，以及設(shè)置報警等。整個系統(tǒng)中，S7-40PLC實現(xiàn)保護(hù)、控制和數(shù)據(jù)采集的功能，工控機(jī)及觸摸屏執(zhí)行顯示、報警、存儲等功能。

[1] 蘇姍姍，蘇小光.基于PLC的信號采集系統(tǒng)[J].國外電子測量技術(shù)，2012,31(9)：51-53.

[2] 白冰，潘真，朱宇，靳繼紅.基于plc現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與分析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2007,17(21):198-199.

[3] 高彥軍， 賈永峰，基于PLC與上位機(jī)的動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2009,22(3):161-162.

石維，女，成都理工大學(xué)碩士研究生在讀，主要研究方向：自動化測控技術(shù)。

任家富，男，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域方向：測量控制技術(shù)、核技術(shù)、通信技術(shù)、電子信息技術(shù)應(yīng)用。

Online data detection system of glass coating based on S7-400

Shi Wei,Ren Jiafu,Guo Lanfang,Wang Xiaofan,Zhang Junwen
(Chengdu University of Technology,Chengdu,610059)

This paper designs an on-line monitoring system for glass coating based on S7-400 controller module.Through the Wincc configuration,the PC interface is developed and downloaded to the complete data acquisition and real time monitoring.The system is suitable for the industrial environment,and it is easy to extend, has been successfully used in a company in Xi'an,a company in the glass coating online detection system.

PLC;S7-400 controller;WinCC controller;data collection