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siemens WinAC在自動化系統中的應用舉例

WinAC是SIEMENS最新推出的基于PC的工業自動化控制系統兼具PC強大的計算功能數
據處理能力和PLC邏輯測控與運行可靠性特點本文介紹了WinAC在千層酥自動化生產線中的
成功應用及其獨具的特點
關鍵詞：千層酥　烘爐　基于PC自動化　分布式控制系統　過程控制系統
一、概述
千層酥生產線總長度約200米主要由如下單元組成
1、疊層起酥機

疊酥機是生產餅干的第一道重要工序可根據廠房的不同來選擇立式或臥式其包括七道軋輥三次軋制配備撒酥機要求自動化控制系統滿足如下要求：
傳動控制采用矢量型變頻器調速線速度同步工作穩定性高。
軋輥間隙采用數字化閉環調整系統控制操作簡單方便快捷高效。
人機界面操控能與其它成型主機的相關部分實現聯動控制操作簡單方便。
疊層次數、寬度在范圍內任意調節。
疊層寬度560-1000MM
疊層次數4-12層
壓片厚度0.1-10MM
2、送料機
送料機將攪拌好的韌性餅干胚料進行初步軋制后輸送到后一工序的雙軋軋面機電控系統要求能夠同步調速控制手動調節與自動運行控制。
3、雙軋軋面機
該設備是將疊酥機或送料機輸送來的面胚進行多次軋制使面胚由厚變薄電控系統要求；
軋輥采用變頻調速控制,速度同步性能穩定；
精確控制面皮厚度采用智能數字表設定與顯示。
4、烘爐
有熱風循環烘爐遠紅外線烘爐導熱油爐等
餅干烘烤爐是餅干生產線的重要組成部份由電器控制系統熱風循環系統加熱系統排煙
系統爐網輸送裝置爐網自動檢測張緊裝置等組成要求自動化控制系統達到如下功能：
生產線工作狀態的實時監測
溫度坐標升溫曲線等顯示
溫度調節系統參數在線修正
歷史工作狀態記錄保存
溫度控制精度高操作方便工作穩定高效可靠
熱風循環系統采用自動控制熱風量，閉環控制，可選擇自然與強制性排煙等自動功能
燃氣爐欠壓、超壓、漏氣、超溫等多種安全保護功能
5、成型機
成型機由多臺軋面機與傳動單元組成相互之間無機械傳動聯鎖無張力檢測單元要求整條生產線通過電器控制線速度同步運行控制難度較大對自動化系統的功能要求較高。
二、控制系統特點
綜上所述千層酥生產線控制系統是一個集運動控制與過程控制的綜合自動化控制系統歸納起來應有如下特點：
分布式：生產線總長度約200米，控制點多而且分散，因此選用分布式測控系統最為適宜，分布式測控系統具有布線量少，搞干擾能力強，擴展維護方便，運行安全可靠，故障風險降到最低的優點。
總線網：全線采用現場總線網絡控制，排除大量模擬信號的干擾因素，實現精確的速度協調控制與高精度溫度測控，檢測與控制協調一致。
大量配方存貯：一條生產線可生產上百種產品，因此有大量的配方存貯與調用，普通的PLC控制器由于受內存的影響，很難做到大量配方的存貯與調用，因此基于PC自動化是本系統的首選方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是現代過程控制系統的特點，本系統配備完善的人機界面操作系統，全面的系統監控與異常報警功能。
運動控制：速度同步也是本控制系統的關鍵，采用矢量型變頻器通，過網絡主令控制，達到全線速度的協調與統一。
三、基于PC 的自動化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司最新推出的基于PC的自動化控制系統，WinAC具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有強大的計算功能、數據處理能力和PLC無法比擬的計算速度，更兼顧了PLC的運行可靠性特點。其海量內存貯器特別適合于大數據量計算、大量配方存貯與管理。其計算功能與PC機相同，可靠性與功能更可與PLC-S7-400系統比美，是千層酥成型機與烘爐機械設備控制系統最理想的選擇：
先進性
WinAC是基于標準的Windows操作平臺下的PLC控制器，梯形圖編程，因此有獨立而嚴格的時序�？刂铺貏e滿足對于高速、精確、復雜計算及嚴格時間要求的控制任務。
WinAC支持標準的Windows NT 下的OPC、Active X 和DCOM 技術。控制和通訊內核與標準的Windows NT任務的通訊由其內置的代理服務器完成，因此相比普通的PLC控制器功能更強。
應用程序開發環境
SIEMENS統一的組態軟件STEP 7 是WinAC控制器的標準開發平臺，包括通信組態、編程、測試和啟動以及系統文件的編制，對于熟悉STEP7的工程師，不需占用額外的培訓時間。

系統組態界面

開放式接口
WinAC提供標準的OPC控件接口及Active X控件接口,對于我們的應用提供了極大的方便。
OPC 過程控制OLE 是一種通過Windows NT應用程序自動存取數據的國際標準，也是WinAC的標準特性。使用OPC服務器可以訪問控制驅動程序中的過程數據：Active X 控件接口，不用編程直接從OLE 標準應用程序訪問過程數據。這種功能使得我們可以在軟件開發中借助于高級語言Visual Basic進行更復雜的應用開發。
計算功能
WinAC提供強大的計算功能，與工業過程數據，之間建立起一條工作數據鏈路。使得上位計算機能夠實時處理過程數據，完成復雜的測量控制與故障分析計算，并能夠在Visual Basic中創建自己的HMI 前端或在大家熟知Excel中做統計分析。在過程控制和PC 應用程序之間管理數據信息流量。允許高效、簡便地訪問并能顯示和修改過程數據。對于數據處理量大，要求內存高的過程控制系統，一般的PLC控制器難以勝任的工作，用WinAC則可以輕松解決，這是我們選用WinAC的理由，也是SIEMENS給我們提供了一個合適而且經濟的解決方案。
四、系統原理結構

全系統成型機共有18臺機組，每臺機組配備一臺TD-200和CPU224控制器，用于本機運行速度。面皮厚度的測控及參數顯示與給定設定，其中9臺軋面機的PLC兼控面皮厚度，實現面皮厚度閉環控制。18臺PLC與18臺變頻器分布于生產全線，全部控制設備配備了-DP通訊接口板，通過一條高可靠的PROFIBUS-DP現場總線組網，實現統一的網絡結構，分布式的控制系統，方便的就地控制與操作。
除每臺機組可以單獨設定參數并監控運行數據外，成型機控制區設有一臺觸摸式人機界面，通過PROFIBUS-DP網絡負責對成型區全部設備的實時監控。在烘爐區設一臺15寸的屏式計算機，通過PROFIBUS-DP對全生產線的設備進行人機操作與監控、人機對話、數據存貯、報表打印、生產管理。
全生產線的主控制器是中央控制器WinAC, 擔負著生產線的主控PROFIBUS-DP網絡管理及網絡服務器的任務控制系統的軟件核心配方數據庫均由WinAC控制器完成為避免報表、打印、人為操作對控制系統產生無法預測的影響，本系統采用了在軟件WinAC控制系統基礎上研制的硬件控制器--WBC416, 除保存了基于PC自動化完整的優點與特點外，更有設計堅固、可擴展性強、堅固的外殼設計電子硬盤無風扇結構的特點。整體的結構設計針對抗振動抗沖擊的高防護等級。集成的接口：USB、 10/100M以太網接口、PROFIBUS-DP/MPI工業現場總線系統鑄就了其主控制器的地位也保證了系統的高檔與完美。
軋面機面皮厚度控制系統
軋面皮厚度測控系統由光柵傳感器、PLC 、步進電機組成閉環實時監控系統。
面皮厚度通過KA-300光柵檢測，檢測精度為0.02mm。
厚度反饋值由PLC處理后進行PID計算并控制步進馬達，形成閉環控制系統，消除機械累積誤差。
閉環控制系統能夠實時在線校正厚度。提高產品質量。
五相步進馬達，步角0.72度 輸出頻率9KHz,V=1.95 A=0.75 N.M=0.45(4.5公斤力)

烘爐溫度控制系統
烘爐溫度分為8個區每區溫度都是一個閉環測控系統并配備有智能算法控制精度
可達到+1OC.
專用的熱電偶模塊進行溫度采集面溫與底溫分別控制
控制可控硅調功器從而控制溫度.
SCR調功器的輸入信號為0—10V, 輸出功率可連續調節三相平衡式調功器共8個調
功器
溫區煙囪根據配方調節開度進行流量控制
自動檢測鋼帶打滑并自動調整
智能閉環控制算法,自適應參數整定功能
中控站可進行溫度設定與溫度監視

五、測控系統實現的功能
中文動態人機操作界面，設備運行狀態動態顯示，電氣參數、工藝參數、實時顯示，
具備實時曲線顯示、歷史曲線顯示、大型動態標準數據庫，提供年報表、月報表、日報
表和隨機打印報表的功能；
通過中央監控站可監測與控制現場設備的開/停，干預生產過程
彈出菜單方式進行參數設置、更改；包括速度設定、溫度設定、厚度設定、訂單更改、訂單參數設置，并能下傳至現場控制器PLC單元，更改工藝參數和控制過程；
配方參數設置：可根據生產需要設置上百種配方，使一線多能成為現實
美觀的立體動態設備圖形和工藝運行圖界面
自動運行，電腦遠程控制運行
內置數據庫、能進行各類年報表、月報表和日報表及即時報表，方便的打印與輸出功
能
三級口令保護、只有授權的人員可以相應操作
報警提示與報警記錄數據庫
精確的厚度設定與厚度控制
全線速度同步與速度跟蹤、整機同步聯控等功能
溫度設定、顯示、報警與控制
煙道閥門開度調節與開度顯示

PLC程序家族的故事

  1．程序家族有哪些成員？
    PLC的控制程序一般由主程序、子程序和中斷程序組成。西門子的S7-300/400將子程序分為功能（Function，或稱為函數）和功能塊（Function Block）。
    在每一個掃描循環周期，CPU都要調用一次主程序，用戶程序必須有一個并且只能有一個主程序。小型控制系統可以只有主程序。
    中斷程序用于快速響應中斷事件。在中斷事件發生時，CPU將停止執行當時正在處理的程序或任務，去執行用戶編寫的中斷程序。執行完中斷程序后，繼續執行被暫停執行的程序或任務。
    2．哪些情況需要使用子程序？
    當系統規模很大、控制要求復雜時，如果將全部控制任務放在主程序中，主程序將會非常復雜，既難以調試，也難以閱讀。使用子程序可以將程序分成容易管理的小塊，使程序結構簡單清晰，易于調試、查錯和維護。
    子程序也可以用于需要多次反復執行相同任務的地方，只需要編寫一次子程序，別的程序在需要的時候多次調用它，而無需重寫該程序。
    3．怎樣調用子程序？
    主程序可以調用子程序，子程序也可以嵌套調用別的子程序。嵌套調用的層數是有限制的，例如S7-200的最大嵌套深度為8級。
    執行完子程序后，返回調用它的程序中的調用指令的下一條指令。
    4．每個掃描周期都會執行子程序嗎? 
    子程序的調用可以是有條件的，在被調用期間，每個掃描周期都要執行一次被調用的子程序。調用條件不滿足時不會執行子程序中的指令，因此使用子程序可以減少掃描循環時間。
    5．停止調用子程序后，子程序中的線圈處于什么狀態？
    停止調用子程序后，不再執行子程序中的指令。子程序中線圈對應的編程元件如果沒有受到別的程序的控制，將保持子程序最后一次執行后的狀態不變。即使控制這些線圈的觸點的狀態變化，該線圈對應的元件的狀態也不會變化，因為這時根本就沒有執行子程序中的指令。
    6．怎樣實現子程序的無條件調用？
    有的PLC的子程序調用指令不能直接接到左側的垂直“電源”線上，需要通過觸點電路來控制是否調用子程序，即子程序的調用是有條件的。可以用一直為ON的特殊位元件（例如S7-200的SM0.0或FX系列的M8000）的常開觸點來實現子程序的無條件調用。

      不同品牌的PLC的子程序大致可以分為兩種，一種子程序沒有輸入、輸出參數和局部變量，另一種則有。
       1．什么是全局變量和局部變量？
        以西門子的S7-200為例，輸入I、輸出Q、變量存儲器V、內部存儲器位M、定時器T、計數器C等屬于全局變量，可以在符號表中為全局變量定義符號名。
       程序組織單元(Program Organizational Unit)簡稱為POU，包括主程序、子程序和中斷程序。每個POU均有自己的64字節局部變量，局部變量用L(Local)來表示，局部變量只能在它所在的POU中使用。與此相反，全局變量可以在各POU中使用。
       2．局部變量有哪些類型？
       子程序可以使用下列局部變量：
       1) TEMP (臨時變量)是暫時保存在局部數據區中的變量。只有在執行該POU時，定義的臨時變量才被使用，POU執行完后，不再保存臨時變量的數值。主程序和中斷程序的局部變量表中只有TEMP變量。
       2) IN(輸入參數)由調用它的POU提供的傳入子程序的輸入參數。
       3) OUT(輸出參數)是子程序的執行結果，它被返回給調用它的POU。
       4) IN_OUT(輸入_輸出參數)的初始值由調用它的POU傳送給子程序，并用同一變量將子程序的執行結果返回給調用它的POU。
       主程序和中斷程序的局部變量表中只有臨時變量TEMP。
       3．子程序的輸入、輸出參數有什么作用？
       具有輸入、輸出參數和局部變量的子程序易于實現結構化編程，對于長期生產同類設備或生產線的廠家尤為有用。編程人員為設備的各部件或工藝功能編寫了大量的通用的子程序。即使不知道子程序的內部代碼，只要知道子程序的功能和輸入、輸出參數的意義，就可以用它們快速“組裝”出滿足不同的用戶要求的控制程序。就好像可以用數字集成電路芯片組成復雜的數字電路一樣。
       如果子程序沒有輸入、輸出參數，這種子程序沒有明確的軟件接口，使用起來很不方便。
       4．局部變量有什么優點？
       1) 子程序如果沒有局部變量，它和調用它的程序之間只能通過全局變量來交換數據，子程序內部也只能使用全局變量。將它移植到別的項目時，需要對各POU使用的全局變量作統一安排，以保證不會出現地址沖突。當程序很復雜，子程序很多時，這種地址分配是很花時間的。
       如果子程序有局部變量，并且在子程序中只使用局部變量，不使用全局變量，因為與其他POU沒有地址沖突，不作任何改動，就可以將子程序移植到別的項目中去。
       為了減少移植子程序的工作量，在子程序中應盡量避免使用全局變量和全局符號。
       2) 如果使用局部變量表中的臨時變量（TEMP），同一片物理存儲器可以在不同的程序中重復使用。

    下面以S7-200為例，介紹子程序的編程和調用的過程。
    1．創建子程序
    生成項目時，自動生成一個子程序。打開程序編輯器，執行“編輯”菜單中的命令“插入”→“子程序”，將自動生成和打開新的子程序。
    2．生成局部變量
    名為“模擬量計算”的子程序如下圖所示，在該子程序的局部變量表中，定義了3個輸入（IN）參數，一個輸出（OUT）參數，和名為“暫存1”的臨時（TEMP）變量。局部變量表最左邊的一列是自動分配的每個變量在局部存儲器（L）中的地址。

    3．編寫子程序的梯形圖
    局部變量表的下面是程序區（見上圖），輸入參數“轉換值”是來自模擬量輸入模塊的與模擬量成正比的轉換值，輸出參數“模擬值”是計算出的對應的模擬量（例如壓力、溫度等）的工程值。子程序中變量名稱前的“#”表示該變量是局部變量，它是編程軟件自動添加的，輸入局部變量時不用輸入“#”號。特殊存儲器位SM0.0的常開觸點總是閉合。
    4．子程序的調用
    可以在主程序、其他子程序或中斷程序中調用子程序，調用子程序時將執行子程序中的指令，直至子程序結束，然后返回調用它的程序中該子程序調用指令的下一條指令之處。
    創建子程序后，在上圖左邊指令樹最下面的“調用子程序”文件夾中自動生成剛創建的子程序“模擬量計算”對應的圖標。
    在梯形圖程序中插入子程序調用指令時，首先打開主程序，顯示出需要調用子程序的網絡。打開指令樹最下面的“調用子程序”文件夾，用鼠標左鍵按住需要調用的子程序圖標，將它“拖”到程序編輯器中需要的位置。放開左鍵，子程序塊便被放置在該位置。

    子程序方框中左邊的“轉換值”等是在子程序“模擬量計算”的變量聲明表中定義的輸入參數，右邊的“模擬值”是輸出參數。它們被稱為子程序的形式參數，簡稱為形參，形參在子程序內部的程序中使用。調用子程序時，需要為每個形參指定實際的參數（簡稱為實參），例如為形參“轉換值”指定的實參為模擬量輸入字AIW2（見上圖）。
    子程序調用指令中的實參的有效操作數為存儲器地址、常量、全局符號和調用指令所在的POU中的局部變量，不能指定被調用子程序中的局部變量。
    CPU調用子程序時，輸入參數被復制到子程序的局部存儲器，子程序執行完后，從局部存儲器復制輸出參數到指定的輸出參數地址。