PLC与工控机应用分析

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:431

1 系统组成

　　某电厂化学水处理系统基础设备具有良好的可控性，利用plc和工业控制计算机对其进行实时监控管理，系统基本组成如图1—1所示。

　　采用3台西门子公司的simatic s5—115u可编程序控制器控制现场的一次设备，程控系统分为3套，依次为＃1补给水处理单元、＃2补给水处理单元、＃3凝结水处理单元。

　　操作员站选用两台研华586工控机，软件开发平台选用美国intellution公司的fix5.5组态软件。fix5.5是一种能完成数据采集及控制、报警、图形数据显示等功能的完整工业自动化软件，该版本在windows或windowsnt环境下运行，采用了图形用户界面，相应其内部的图形处理是基于第三代图形技术。

　　数据通信系统采用sinec l2网，它把simatic系列可编程序控制器以及工控机连成网络。snec l2是令牌总线网，网络传输介质是双绞线或光缆。每个节点通过总线连接器连到总线网上，在本系统中，三台plc之间以及与两台工控机之间都实现了数据通讯。

　　该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着系统实时响应快和系统危险分散，操作管理集中便于集中管理，方案配置还具有冗余特性。

　　2 plc及其程序设计

　　2.1 simatic s5-115u硬件组成及编程概要

　　可编程序控制器simatic s5-115u采用标准的模块式结构，电源、cpu、各种i/o模件都插在一块母板上，并可以根据不同的i/o点数增加扩展母板，输入、输出模件和存储器的精细分级，使得这种装置具有较强的配置适应能力；通过通讯处理器和局部网，可方便地实现plc之间及与计算机的通讯。

　　simatic s5-115u的编程语言是step5，有3种表达方法，即控制系统流程图csf，梯形图lad和语句表stl。其中语句表stl最接近于机器内部的控制程序，功能也比前两种方法丰富得多，因此在本系统实际编程应用中全部采用语句表stl。

　　step5的最大特点是采用了结构化编程方法，并提供大量标准功能块如乘法功能块fb242、通讯功能块fb244等，使得编程工作大大简化，而且所编程序条理清晰，易于读懂、修改和测试，这一优点尤其在编制大型复杂程序时更能显现出来。

　　要完成复杂任务，可以把整个程序分成一个个独立的程序块，step5有5种块类型，即组织块(ob)、程序块(pb)、顺序块(sb)、功能块(fb)和数据块(db)，其中组织块(ob)用以管理用户程序，形成了操作系统和控制程序之间的接口，所有其它类型块在此被调用执行。功能块(fb)用于实现反复调用或者特别复杂的程序功能，这些功能块可以是系统以标准功能块的形式提供的，也可以由用户自己编制。例如标准功能块fb242就可以实现16位二进制乘法功能、fb244可以实现cpu与通讯处理器之间的数据传送，用到这些功能时可以直接调用这些功能块。

　　2.2 simatic s5-115u大型程序的设计

　　以本系统＃1补给水处理单元的控制程序为例，在组织块ob1内主要有下面几条语句，完成各功能块的无条件调用。

　　ju fb1 (定义plc1向两台工控机传送的数据)

　　ju fb2 (定义两台工控机向plc1传送的数据)

　　ju fb231 (完成plc1与两台工控机之间通讯的基本设置)

　　ju fb232 (完成plc1与plc2、plc3之间通讯的基本设置)

　　ju fb4 (实现自动控制及无扰切换功能)

　　ju fb3 (气动门及电动门控制)

　　ju fb10 (实现模拟量处理功能)

　　ju fb11 (报警处理)

　　在fb1、fb2内主要将需要通讯的数据分别写入某数据块如db10的相应位，由此才能与通讯处理器中的变量取得一致。在fb231中调用两个step5本身提供的标准功能块fb244(发送数据)、fb245(接收数据)，再根据通讯处理器填写一些必要的参数如接口、作业号等，从而实现数据通讯功能。在fb232内按照通讯处理器分配的数据位，定义3台plc之间需要传送的数据。在fb4内根据生产工艺流程要求及操作规范，充分利用其它功能块及i/o模块传送的数据，实现系统的自动控制及无扰切换功能；针对多个被控对象相似的特点，分别编制了几个有代表性的功能块fb20、fb30、fb40，例如在fb4内多次调用了fb20以便解决plc内某程序步时间和工控机画面显示时间保持一致的问题，而且fb20内又调用了乘法功能块fb244。fb3根据fb4发出的自动程序步指令去控制气动门、电动门及泵等现场设备。fb10负责所有模拟量的处理，在此调用了开方功能块fb5。fb11根据fb10转换出来的数据，对模拟量进行报警处理，在此一定要注意模拟量和plc内部数字量的对应关系，以保证模拟量显示和报警的准确性。

　　3 工控机监控管理软件的设计

　　工控机监控管理软件在fix5.5软件平台下完成，fix55是一个高精度模块化的软件系统，包括十几种软件模块，在此主要介绍开发本应用软件时所用到的几种软件模块。

　　(1)系统配置模块(scu)：它主要完成网络、i/o驱动程序、数据