基于ABB-AC500PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计

总结资料总结资料基于ABB-AC500PLC和组态王的酸奶生产监控系统的设计2013/6/516:06:29供稿：X建军,陈志军阅读：5356打印针对传统酸奶生产过程自动化程度低、效率不高等特点，为了提高酸奶生产系统的可靠性、稳定性和抗干扰性，本文设计完成了基于ABB-AC500PLC和组态王的酸奶生产监控系统，该系统采用集中监控的方式，与外界通讯能力强，能够有效提高生产效率0引言酸奶生产是一个压力、温度、液位控制系统，以发酵罐为主反映器，具体过程就是把新鲜原奶和发酵剂（乳酸菌）加入混合罐，通过监控混合罐的液位控制原料的注入量，经搅拌充分混合后注入到发酵罐，通过监控严格控制发酵罐温度，发酵完成后即可获得成品酸奶。PLC控制系统以其运行可靠、使用维护方便、抗干扰能力强、适合新型高速网络结构等显著的优点，在小型工业控制系统和机械设备中，通常采用PLC单机控制模式实现顺序控制和传动控制，并确保生产效率。为了提高酸奶生产系统的经济性、可靠性和可维护性，目前酸奶生产系统都倾向于采用先进、实用、可靠的PLC来进行控制，同时在上位机利用亚控公司的组态软件“组态王”设计一个人机界面（HMI）,通过口5485与可编程控制器通信，对控制系统进行全面监控，从而使用户操作更方便。总体上包括的技术路线：硬件设计，软件编程，组态设计［1］。PLC选型与I/O分配［2］系统控制要求酸奶生产控制方式主要分为继电器控制系统、口口-直接数字式控制器）控制系统和PLC控制系统等几种形式。采用传统的继电器控制系统来实现酸奶生产控制，由于机械接触点很多，导致接线复杂、参数调整不方便、功耗高等明显的缺点，而且机械接触点的工作频率低、故障率高、容易损坏、可靠性差，所以继电器控制系统已逐渐被淘汰。采用DDC控制系统虽然可以减少接线，使得可靠性有所提高，但是由于其本身的抗干扰能力差、不易联网、信息集成度不高和分级分步式结构的局限性，因此，越来越不能满足复杂多变的智能控制要求。采用PLC来控制酸奶生产，不仅可以通过编程实现复杂的逻辑控制，而且可以在很大程度上简化硬件接线，提高控制系统可靠性，操作界面友好，信息集成度高，便于实现智能控制。该酸奶生产控制系统主要是根据模拟量输入发酵罐压力、混合罐液位和发酵罐温度控制2阀（原牛奶阀1、发酵罐阀2）和一泵（混合泵）的启停。系统控制要求如下:1.能过在上位机HMI通过或在在现场启停控制系统。.系统上电后原牛奶阀1打开，发酵剂罐中压力大于25乂口2时，发酵剂阀2打开，此时原牛奶和发酵剂在混合罐中混合，当混合罐液位大于5m时，混合泵打开（否则关闭）。.检测发酵罐温度，当其温度低于36度时，混合泵关闭。图1系统设计框图1.2PLC及编程软件的选择美国ABB公司生产的AC500-ECOPLC。AC500-ECOPLC由于其技术领先、功能前大、价格合理，在冶金、石油、化工、水利、电力等行业有广泛的应用。AC500-ECOPLC可满足各种小型控制任务的要求:结构紧凑、扩展性强、应用简单、配置灵活、维护便捷。考虑到酸奶生产监控系统总的I/O点数不多，本文我们选用AC500-ECOPLC作为控制器而编程软件我们采用ABB的PS501ControlBuilder。AC500-ECOPLC具有以下特点：1.CPU数据备份可靠，无需电池；2.CPU模块上集成了©，扩展2模块更容易;3.程序容量:128KB，集成数据容量:10KB（保持数据可靠）4.兼容性高:所有的I/O模块均可自由连接5」/。模块接线端子（弹簧和螺钉）可插拔，接线更简单6.与AC500同一个产品平台，并使用同一个编程软件和工具7.CPU单元可支持2个串口，用于编程和通讯PS501ControlBuilder适用于AC500系列的所有CPU的编程工具，是可编程逻辑控制器PLC的完整开发环境它支持IEC61131-3标准IL、ST、FBD、LD、CFC、SFC六种PLC编程语言，用户可以在同一项目中选择不同的语言编辑子程序，功能模块等。并具有以下特

点:1.可对整个系统进行组态（包括现场总线和通讯接口）；2.强大的诊断功能报警处理；3.集成可视化和开放的软件接口；1.310的分配与选择表1酸奶生产控制系统IO分配酸奶生产控制系鳞io分配信号类型名称 ，PLC地址开关输入启动开关%1叉40CO:0停止开关：:：,%U40W,1开关输出原牛奶阀1螭%4。0第0圾对OCO：1混合蓑版血.（翊£模拟量输入 ;发酵测醺力阴工购〔mn发螫耀温度表2IO模块型号选择表攫虫芟墓假幽S3号和抉说明订堂号控制器主单元FM554-R12BKB程序内落带3DI#8（维电韩输出卜供电电压24VDC1TTJE巩密眦鼠底胸康母星喻人桎&LAiiiI4At(U/E)r分辨率[].2tnL-ji^i1TNE加目901R11UAJ5622Al(RTD%削解军：^brt-stgnIIXE^3902R)J^综上，酸奶生产监控系统共需要1点DI、3点DO和3点AI,而AC500-ECOPLC的CPU集成了8口1+6口0,能够满足系统需要，故不需要额外的IO模块。2.PLC主程序设计硬件组态通过I/OBUS添加AI模块，添加如下图所示：闻曰E点frpjrt|nwiEx^JigfW喻dwMp画审刊耳刎现国却和明固礴I^Rmuwi(SLJ□^Rmuwi(SLJ□」安阳ioic*1M06i$5i才必3」如ET7mm坳皿如情M51E学梵的，YW(£jer父_J4”部鹏小附中1节F0S1E帘静晔i¥M*ta_1jSyrQdd浜41BJ015395E m■川•昌•」如叫UMH>1中07%壮现炉bfl冲#An口Jtl】V=：响Akmqxnl^^in.』LcfPlL£-CcrEiuiAiri哥Tim卜 4I田加啊gAW-alch-wxlR«<ieManegei公哂*势*4eg<soo-由|守号paraEH.rs[Fin□JfC^EoarclOEDI0可小心「风6—3小1-4■物旃阳HnMOWiClbGHM/AifllQMkFlVmj5-R助型州1幅1超&即=因/八TWfcVOIMT；L・^oqm叩QVEGHMJMELRB一门AtWWlll-<t：C7149酊矶n1rpirtANN.ELQ」--1AT黑物廿・T.CAn加qMmfl2■]CCHJWtJELQE3@(JM6&2-? 展M(RJTD)尸邮的厩St心MSPJWAR]白一5 in皿%的i『的Hu孙npri皿眩岬y呼1tlILBtowrawE-p-lI—门三IJjj所国匚」」二Zj」」总结资料总结资料- - 总结资料- - 总结资料图2系统IO模块组态1/0地址映射及变量声明PS501ControlBuilder是一个完整的用于逻辑控制器的开发系统，易于进行程序的开发，具有高级语言编程系统的开发环境，可为编辑器的操作和调试功能设置模式。在POUs中，Main（PRGM/f|当于汇编的主程序，在PROGRAMMAINVAR与END_VAR中定义系统所需变量，在人88PLC的语言编辑器的说明语句部分里设置输入输出端子的地址，相当于定义变量及类型。变量通常有AI,AO,DI,DO,DI和D。为BOOL型；AI和A。为INT或REAL型；当完成PLC配置后，配置出对应的硬件扩展模块，接着就要对这些扩展模块进行编程，即可编程。在编程中，扩展的模块地址通过专用的定义表示，有两种方法：变量声明:SymbolAT%ArrayprefixFormatAddress:Datatype:=init.value;（*ment*）可以在变量声明里，将地址信息映射，例如do1AT%QX4000.0:BOOL;（*将do1写到第4000个字节的第0位*）turn_onAT%IX4000.0:BOOL;（*将第4000个字节的第0位赋值给turn_on*）直接表示。例如%IX4000.0:=TURE;控制程序的编写[3]控制系统的主要功能是对酸奶生产系统进行自动启停，显示压力、液位、温度等运行参数，控制电磁阀（原牛奶阀1、发酵罐阀2）和泵（混合泵）的开关，实现对酸奶生产系统的控制。从控制系统的主要功能出发，为了增加程序可读性和减少程序代码，PLC程序采用了主程序调用功能块的程序结构。对于多个功能块调用的变量，采用全局变量声明。主程序变量声明如下：PROGRAMPLC_PRGVARstartAT%IX4000.0:BOOL;（*启动开关*）stopAT%IX4000.1:BOOL;（*停止开关*）output:BOOL; （*系统启动状态标志*）value1AT%QX4000.0:BOOL;（*原牛奶阀1*）AI1AT%IW0:WORD:=16#7530;（*发酵剂罐压力*）AI_yali_ins:AI_FB;（*发酵剂罐压力模拟量输入模块*）

yali_val:REAL;（*发酵剂罐压力工程值*）value2AT%QX4000.1:BOOL;（*发酵剂阀2*）AI_yewei_ins:AI_FB;（*混合罐液位*）AI2AT%IW1:WORD:=16#61A8;（*混合罐液位*）yewei:REAL;（*混合罐液位工程值*）bengAT%QX4000.2:BOOL;（*混合泵*）AI_wendu_ins:AI_FB;（*发酵罐温度模拟量输入模块*）AI3AT%IW4:WORD:=16#7FF8;（*发酵罐温度*）wendu:REAL;（*发酵罐温度工程值*）ok:BOOL;END_VAR主程序采用1口（梯形图）作为MAINPOUs的编程语言，主程序如下图所示：主程序采用1口（梯形图）作为MAINPOUs的编程语言，主程序如下图所示：AQumfrb・I1AMu#MWT.3IF.awww二」」_!21」」二。匚口」匚图3系统控制主程序子程序（功能块）的编写对温度、压力、液位的线性变换［4］：所谓线性参数，指一次仪表测量值与人口转换结果有线性关系，或者说一次仪表是线性刻度的。标度变换公式为：4=3。送4式中，4为一次测量仪表的下限；4为一次测量仪表的上线三4为实际测罐值（工程量*M,为仪表上线对应的数字量，1%为测量值所对应的薮字量-其中、4td羯、N■，寸于某-一个固定的被测手薮来说常敬，不同的爹数有不同的值口为使程序简单犷一般把被测参数的起点4（输入信号为0）所对应的AD输出值为。即不,=0,上式可化为；在Pf^Us中*还可以［忝加一个POUm七招即设置为AI）类型谀置为FunctionBlocks编程语言选FW,这样就成功的添加了一个里口山，也就是一个:AIPOU5功能块。例如，双击打开A工的编辑器，在编辑器的说明曲句都会中输为原下变量：FUUCTIOITBLOCKAI下鲸INPUTAIIETc:REAL;'R4eiqn口曰MAjl：EHAL;F.fe-feier.c^MTK-：REAL;Val^eMAX：施虹:Value_NIN:REAL,END_VARVAR_OUTPUT叵|程序的编译与下载

PLC数据存储区的统一规划设置，灵活、合理的规划出各部分的内存空间是软件设计的基础和保证。也是整个PLC系统实现控制的关键所在。编程修改调试都很方便,大大缩短了调试时间，提高了系统的自动化程度，降低了硬件的复杂程度。控制程序编写完成后，对程序进行编译。(1)单击“project”；⑵编写1口或FBD的程序；(3)单击“rebuildall”，编译；(4)没有语法错误时,否则根据提示修改。单击“online"，选择“municationparameter1参数设置如下：Port：3；Baudrate：波特率;Parity：奇偶校验;Stop匕抬：停止位Motorolabyteorder：Yes(5)单击理。。门,，下载。3上位机监控画面的设计组态王的通信设置在组态王的设备1中新建设备，选择莫迪康MODBUS(RTU)串行，输入设备的逻辑名字，选择1，通讯参数设置为：波特率9600，无校验，数据位：8，停止位：1。数据词典中I/O变量定义在数据词典中定义所需要的监控变量：外二林装・却&匹g120缰事限图4组态监控变量表组态画面的设计新建一个命名为“酸奶生产车间”的画面，该画面就是酸奶生产过程中的反应车间，该反应车间包括原料罐(盛装原奶)、发酵剂罐、混合罐、发酵罐、搅拌电动机、泵、以及若干阀门。其中原料罐关联自身压力，混合罐关联自身液位，发酵罐关联自身温度，电机开关关联搅拌电机开关。在“反应车间”画面中从“图库”选择四个合适的反应器分别作为原料罐、发酵剂罐、混合罐，发酵罐，并关联自身变量，以液位为例，如下图：回图5变量关联为了使各个变量的实时数值直观的反映出来，可以建立动画连接，以液位为例：选择工具箱中文本，在对应位置写下###，进行变量显示关联。注意：保存主画面。“文件”下“全保存”。运行时，为使该放映车间的画面显示出来，在运行前应在“系统配置”中“设置运行系统”的主画面配置，把“反应车间”设为主画面。运行画面如下：酸奶生产反应车间新鲜果I潮越仍俯而酸奶生产反应车间新鲜果I潮越仍俯而我IM报警暗而 褰时截据报破 博班配方,Lrn二1匚D-T-J留一控件控面图6主画面运行效果为了使各个变量的变化趋势直观的反映出来，可以从“工具箱”中添加实时趋势曲线于主画面，并关联需要显示变化趋势的变量。由于之后的工作中还要建立若干不同的画面，我的工程中将做实时报警画面、酸奶配方、趋势画面、历史曲线、XY控件画面、实时报表、退出控件这些画面。为了运行时可以方便地在这些画面中进行切换，可以新建画面，并添加按钮。建立实时报警画面，为了当系统中某些量的值超过了所规定的界限时，系统自动产生相应警告信息（指示灯闪烁或者出现报警声音），表明该量的值已经超限，提醒操作人员。为了方便查看、记录和区别，要将变量产生的报警信息归到不同的组中，即使变量的报警信息属于某个规定的报警组。对相应变量定义报警之后，还需要新建压力报警标志、温度报警标志、液位报警标志，为报警窗口下的按钮、报警灯的关联打下基础。产生新报警时，为了提醒操作员，故添加指示灯以及发出警报声音，从图库中找到合适的指示灯，并进行报警设置。在出现报警后，指示灯将会一直闪烁，添加“报警确认”按钮，设置按钮按下时这样按下“报警确认”按钮后，在出现下次报警指示灯将不再闪烁。图7实时报警画面运