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siemens WinAC在自动化系统中的应用举例

WinAC是SIEMENS最新推出的基于PC的工业自动化控制系统兼具PC强大的计算功能数
据处理能力和PLC逻辑测控与运行可靠性特点本文介绍了WinAC在千层酥自动化生产线中的
成功应用及其独具的特点
关键词：千层酥　烘炉　基于PC自动化　分布式控制系统　过程控制系统
一、概述
千层酥生产线总长度约200米主要由如下单元组成
1、叠层起酥机

叠酥机是生产饼干的第一道重要工序可根据厂房的不同来选择立式或卧式其包括七道轧辊三次轧制配备撒酥机要求自动化控制系统满足如下要求：
传动控制采用矢量型变频器调速线速度同步工作稳定性高。
轧辊间隙采用数字化闭环调整系统控制操作简单方便快捷高效。
人机界面操控能与其它成型主机的相关部分实现联动控制操作简单方便。
叠层次数、宽度在范围内任意调节。
叠层宽度560-1000MM
叠层次数4-12层
压片厚度0.1-10MM
2、送料机
送料机将搅拌好的韧性饼干胚料进行初步轧制后输送到后一工序的双轧轧面机电控系统要求能够同步调速控制手动调节与自动运行控制。
3、双轧轧面机
该设备是将叠酥机或送料机输送来的面胚进行多次轧制使面胚由厚变薄电控系统要求；
轧辊采用变频调速控制,速度同步性能稳定；
精确控制面皮厚度采用智能数字表设定与显示。
4、烘炉
有热风循环烘炉远红外线烘炉导热油炉等
饼干烘烤炉是饼干生产线的重要组成部份由电器控制系统热风循环系统加热系统排烟
系统炉网输送装置炉网自动检测张紧装置等组成要求自动化控制系统达到如下功能：
生产线工作状态的实时监测
温度坐标升温曲线等显示
温度调节系统参数在线修正
历史工作状态记录保存
温度控制精度高操作方便工作稳定高效可靠
热风循环系统采用自动控制热风量，闭环控制，可选择自然与强制性排烟等自动功能
燃气炉欠压、超压、漏气、超温等多种安全保护功能
5、成型机
成型机由多台轧面机与传动单元组成相互之间无机械传动联锁无张力检测单元要求整条生产线通过电器控制线速度同步运行控制难度较大对自动化系统的功能要求较高。
二、控制系统特点
综上所述千层酥生产线控制系统是一个集运动控制与过程控制的综合自动化控制系统归纳起来应有如下特点：
分布式：生产线总长度约200米，控制点多而且分散，因此选用分布式测控系统最为适宜，分布式测控系统具有布线量少，搞干扰能力强，扩展维护方便，运行安全可靠，故障风险降到最低的优点。
总线网：全线采用现场总线网络控制，排除大量模拟信号的干扰因素，实现精确的速度协调控制与高精度温度测控，检测与控制协调一致。
大量配方存贮：一条生产线可生产上百种产品，因此有大量的配方存贮与调用，普通的PLC控制器由于受内存的影响，很难做到大量配方的存贮与调用，因此基于PC自动化是本系统的首选方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是现代过程控制系统的特点，本系统配备完善的人机界面操作系统，全面的系统监控与异常报警功能。
运动控制：速度同步也是本控制系统的关键，采用矢量型变频器通，过网络主令控制，达到全线速度的协调与统一。
三、基于PC 的自动化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司最新推出的基于PC的自动化控制系统，WinAC具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有强大的计算功能、数据处理能力和PLC无法比拟的计算速度，更兼顾了PLC的运行可靠性特点。其海量内存贮器特别适合于大数据量计算、大量配方存贮与管理。其计算功能与PC机相同，可靠性与功能更可与PLC-S7-400系统比美，是千层酥成型机与烘炉机械设备控制系统最理想的选择：
先进性
WinAC是基于标准的Windows操作平台下的PLC控制器，梯形图编程，因此有独立而严格的时序。控制特别满足对于高速、精确、复杂计算及严格时间要求的控制任务。
WinAC支持标准的Windows NT 下的OPC、Active X 和DCOM 技术。控制和通讯内核与标准的Windows NT任务的通讯由其内置的代理服务器完成，因此相比普通的PLC控制器功能更强。
应用程序开发环境
SIEMENS统一的组态软件STEP 7 是WinAC控制器的标准开发平台，包括通信组态、编程、测试和启动以及系统文件的编制，对于熟悉STEP7的工程师，不需占用额外的培训时间。

系统组态界面

开放式接口
WinAC提供标准的OPC控件接口及Active X控件接口,对于我们的应用提供了极大的方便。
OPC 过程控制OLE 是一种通过Windows NT应用程序自动存取数据的国际标准，也是WinAC的标准特性。使用OPC服务器可以访问控制驱动程序中的过程数据：Active X 控件接口，不用编程直接从OLE 标准应用程序访问过程数据。这种功能使得我们可以在软件开发中借助于高级语言Visual Basic进行更复杂的应用开发。
计算功能
WinAC提供强大的计算功能，与工业过程数据，之间建立起一条工作数据链路。使得上位计算机能够实时处理过程数据，完成复杂的测量控制与故障分析计算，并能够在Visual Basic中创建自己的HMI 前端或在大家熟知Excel中做统计分析。在过程控制和PC 应用程序之间管理数据信息流量。允许高效、简便地访问并能显示和修改过程数据。对于数据处理量大，要求内存高的过程控制系统，一般的PLC控制器难以胜任的工作，用WinAC则可以轻松解决，这是我们选用WinAC的理由，也是SIEMENS给我们提供了一个合适而且经济的解决方案。
四、系统原理结构

全系统成型机共有18台机组，每台机组配备一台TD-200和CPU224控制器，用于本机运行速度。面皮厚度的测控及参数显示与给定设定，其中9台轧面机的PLC兼控面皮厚度，实现面皮厚度闭环控制。18台PLC与18台变频器分布于生产全线，全部控制设备配备了-DP通讯接口板，通过一条高可靠的PROFIBUS-DP现场总线组网，实现统一的网络结构，分布式的控制系统，方便的就地控制与操作。
除每台机组可以单独设定参数并监控运行数据外，成型机控制区设有一台触摸式人机界面，通过PROFIBUS-DP网络负责对成型区全部设备的实时监控。在烘炉区设一台15寸的屏式计算机，通过PROFIBUS-DP对全生产线的设备进行人机操作与监控、人机对话、数据存贮、报表打印、生产管理。
全生产线的主控制器是中央控制器WinAC, 担负着生产线的主控PROFIBUS-DP网络管理及网络服务器的任务控制系统的软件核心配方数据库均由WinAC控制器完成为避免报表、打印、人为操作对控制系统产生无法预测的影响，本系统采用了在软件WinAC控制系统基础上研制的硬件控制器--WBC416, 除保存了基于PC自动化完整的优点与特点外，更有设计坚固、可扩展性强、坚固的外壳设计电子硬盘无风扇结构的特点。整体的结构设计针对抗振动抗冲击的高防护等级。集成的接口：USB、 10/100M以太网接口、PROFIBUS-DP/MPI工业现场总线系统铸就了其主控制器的地位也保证了系统的高档与完美。
轧面机面皮厚度控制系统
轧面皮厚度测控系统由光栅传感器、PLC 、步进电机组成闭环实时监控系统。
面皮厚度通过KA-300光栅检测，检测精度为0.02mm。
厚度反馈值由PLC处理后进行PID计算并控制步进马达，形成闭环控制系统，消除机械累积误差。
闭环控制系统能够实时在线校正厚度。提高产品质量。
五相步进马达，步角0.72度 输出频率9KHz,V=1.95 A=0.75 N.M=0.45(4.5公斤力)

烘炉温度控制系统
烘炉温度分为8个区每区温度都是一个闭环测控系统并配备有智能算法控制精度
可达到+1OC.
专用的热电偶模块进行温度采集面温与底温分别控制
控制可控硅调功器从而控制温度.
SCR调功器的输入信号为0—10V, 输出功率可连续调节三相平衡式调功器共8个调
功器
温区烟囱根据配方调节开度进行流量控制
自动检测钢带打滑并自动调整
智能闭环控制算法,自适应参数整定功能
中控站可进行温度设定与温度监视

五、测控系统实现的功能
中文动态人机操作界面，设备运行状态动态显示，电气参数、工艺参数、实时显示，
具备实时曲线显示、历史曲线显示、大型动态标准数据库，提供年报表、月报表、日报
表和随机打印报表的功能；
通过中央监控站可监测与控制现场设备的开/停，干预生产过程
弹出菜单方式进行参数设置、更改；包括速度设定、温度设定、厚度设定、订单更改、订单参数设置，并能下传至现场控制器PLC单元，更改工艺参数和控制过程；
配方参数设置：可根据生产需要设置上百种配方，使一线多能成为现实
美观的立体动态设备图形和工艺运行图界面
自动运行，电脑远程控制运行
内置数据库、能进行各类年报表、月报表和日报表及即时报表，方便的打印与输出功
能
三级口令保护、只有授权的人员可以相应操作
报警提示与报警记录数据库
精确的厚度设定与厚度控制
全线速度同步与速度跟踪、整机同步联控等功能
温度设定、显示、报警与控制
烟道阀门开度调节与开度显示

PLC程序家族的故事

  1．程序家族有哪些成员？
    PLC的控制程序一般由主程序、子程序和中断程序组成。西门子的S7-300/400将子程序分为功能（Function，或称为函数）和功能块（Function Block）。
    在每一个扫描循环周期，CPU都要调用一次主程序，用户程序必须有一个并且只能有一个主程序。小型控制系统可以只有主程序。
    中断程序用于快速响应中断事件。在中断事件发生时，CPU将停止执行当时正在处理的程序或任务，去执行用户编写的中断程序。执行完中断程序后，继续执行被暂停执行的程序或任务。
    2．哪些情况需要使用子程序？
    当系统规模很大、控制要求复杂时，如果将全部控制任务放在主程序中，主程序将会非常复杂，既难以调试，也难以阅读。使用子程序可以将程序分成容易管理的小块，使程序结构简单清晰，易于调试、查错和维护。
    子程序也可以用于需要多次反复执行相同任务的地方，只需要编写一次子程序，别的程序在需要的时候多次调用它，而无需重写该程序。
    3．怎样调用子程序？
    主程序可以调用子程序，子程序也可以嵌套调用别的子程序。嵌套调用的层数是有限制的，例如S7-200的最大嵌套深度为8级。
    执行完子程序后，返回调用它的程序中的调用指令的下一条指令。
    4．每个扫描周期都会执行子程序吗? 
    子程序的调用可以是有条件的，在被调用期间，每个扫描周期都要执行一次被调用的子程序。调用条件不满足时不会执行子程序中的指令，因此使用子程序可以减少扫描循环时间。
    5．停止调用子程序后，子程序中的线圈处于什么状态？
    停止调用子程序后，不再执行子程序中的指令。子程序中线圈对应的编程元件如果没有受到别的程序的控制，将保持子程序最后一次执行后的状态不变。即使控制这些线圈的触点的状态变化，该线圈对应的元件的状态也不会变化，因为这时根本就没有执行子程序中的指令。
    6．怎样实现子程序的无条件调用？
    有的PLC的子程序调用指令不能直接接到左侧的垂直“电源”线上，需要通过触点电路来控制是否调用子程序，即子程序的调用是有条件的。可以用一直为ON的特殊位元件（例如S7-200的SM0.0或FX系列的M8000）的常开触点来实现子程序的无条件调用。

      不同品牌的PLC的子程序大致可以分为两种，一种子程序没有输入、输出参数和局部变量，另一种则有。
       1．什么是全局变量和局部变量？
        以西门子的S7-200为例，输入I、输出Q、变量存储器V、内部存储器位M、定时器T、计数器C等属于全局变量，可以在符号表中为全局变量定义符号名。
       程序组织单元(Program Organizational Unit)简称为POU，包括主程序、子程序和中断程序。每个POU均有自己的64字节局部变量，局部变量用L(Local)来表示，局部变量只能在它所在的POU中使用。与此相反，全局变量可以在各POU中使用。
       2．局部变量有哪些类型？
       子程序可以使用下列局部变量：
       1) TEMP (临时变量)是暂时保存在局部数据区中的变量。只有在执行该POU时，定义的临时变量才被使用，POU执行完后，不再保存临时变量的数值。主程序和中断程序的局部变量表中只有TEMP变量。
       2) IN(输入参数)由调用它的POU提供的传入子程序的输入参数。
       3) OUT(输出参数)是子程序的执行结果，它被返回给调用它的POU。
       4) IN_OUT(输入_输出参数)的初始值由调用它的POU传送给子程序，并用同一变量将子程序的执行结果返回给调用它的POU。
       主程序和中断程序的局部变量表中只有临时变量TEMP。
       3．子程序的输入、输出参数有什么作用？
       具有输入、输出参数和局部变量的子程序易于实现结构化编程，对于长期生产同类设备或生产线的厂家尤为有用。编程人员为设备的各部件或工艺功能编写了大量的通用的子程序。即使不知道子程序的内部代码，只要知道子程序的功能和输入、输出参数的意义，就可以用它们快速“组装”出满足不同的用户要求的控制程序。就好像可以用数字集成电路芯片组成复杂的数字电路一样。
       如果子程序没有输入、输出参数，这种子程序没有明确的软件接口，使用起来很不方便。
       4．局部变量有什么优点？
       1) 子程序如果没有局部变量，它和调用它的程序之间只能通过全局变量来交换数据，子程序内部也只能使用全局变量。将它移植到别的项目时，需要对各POU使用的全局变量作统一安排，以保证不会出现地址冲突。当程序很复杂，子程序很多时，这种地址分配是很花时间的。
       如果子程序有局部变量，并且在子程序中只使用局部变量，不使用全局变量，因为与其他POU没有地址冲突，不作任何改动，就可以将子程序移植到别的项目中去。
       为了减少移植子程序的工作量，在子程序中应尽量避免使用全局变量和全局符号。
       2) 如果使用局部变量表中的临时变量（TEMP），同一片物理存储器可以在不同的程序中重复使用。

    下面以S7-200为例，介绍子程序的编程和调用的过程。
    1．创建子程序
    生成项目时，自动生成一个子程序。打开程序编辑器，执行“编辑”菜单中的命令“插入”→“子程序”，将自动生成和打开新的子程序。
    2．生成局部变量
    名为“模拟量计算”的子程序如下图所示，在该子程序的局部变量表中，定义了3个输入（IN）参数，一个输出（OUT）参数，和名为“暂存1”的临时（TEMP）变量。局部变量表最左边的一列是自动分配的每个变量在局部存储器（L）中的地址。

    3．编写子程序的梯形图
    局部变量表的下面是程序区（见上图），输入参数“转换值”是来自模拟量输入模块的与模拟量成正比的转换值，输出参数“模拟值”是计算出的对应的模拟量（例如压力、温度等）的工程值。子程序中变量名称前的“#”表示该变量是局部变量，它是编程软件自动添加的，输入局部变量时不用输入“#”号。特殊存储器位SM0.0的常开触点总是闭合。
    4．子程序的调用
    可以在主程序、其他子程序或中断程序中调用子程序，调用子程序时将执行子程序中的指令，直至子程序结束，然后返回调用它的程序中该子程序调用指令的下一条指令之处。
    创建子程序后，在上图左边指令树最下面的“调用子程序”文件夹中自动生成刚创建的子程序“模拟量计算”对应的图标。
    在梯形图程序中插入子程序调用指令时，首先打开主程序，显示出需要调用子程序的网络。打开指令树最下面的“调用子程序”文件夹，用鼠标左键按住需要调用的子程序图标，将它“拖”到程序编辑器中需要的位置。放开左键，子程序块便被放置在该位置。

    子程序方框中左边的“转换值”等是在子程序“模拟量计算”的变量声明表中定义的输入参数，右边的“模拟值”是输出参数。它们被称为子程序的形式参数，简称为形参，形参在子程序内部的程序中使用。调用子程序时，需要为每个形参指定实际的参数（简称为实参），例如为形参“转换值”指定的实参为模拟量输入字AIW2（见上图）。
    子程序调用指令中的实参的有效操作数为存储器地址、常量、全局符号和调用指令所在的POU中的局部变量，不能指定被调用子程序中的局部变量。
    CPU调用子程序时，输入参数被复制到子程序的局部存储器，子程序执行完后，从局部存储器复制输出参数到指定的输出参数地址。