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摘 要：以枣庄某白炭黑厂白炭黑改造项目为实例，讨论了一种基于组态王6.53和西门子S7-200 PLC的白炭黑反应釜自动控制系统改造方案。重点介绍了上位机监控画面的设计过程，利用Visual Basic对组态王进行编程，能够有效管理和监控采集到的数据，提高了系统的控制精度和可靠性。
关键词：白炭黑；组态王；S7-200 PLC；自动控制系统
引言
组态王开发监控系统软件是一种方便操作人员在工业现场监控各项实时和历史数据的人机交互界面。它具有操作简单、适应性强、易于开发、扩展性好等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。
白炭黑是一种白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，广泛应用于橡胶制品、农业化学制品等领域。目前国内生产白炭黑主要以人工手动控制为主，效率低，精度差，且整个生产过程不能信息化，给操作人员造成了很多不便。为了改进这个问题，我们采用S7-200 PLC及其扩展模块作下位机，控制现场的智能仪表，将其与北京亚控科技的组态王6.53相结合，做成友好的人机交互界面。在这里，工业现场智能仪表由PLC控制，而人工监控与信息管理可从上位机得到。系统生产包括628、728两个配方，628含有两个60反应釜，728含有一个90反应釜，三个反应釜除生产工艺外基本一致，本文仅以628的两个60反应釜为例进行介绍。
1 控制方案介绍
系统分为手动控制、半自动控制和自动控制三种模式。手动控制按照工艺流程手动点击上位机画面中各个智能仪表的起停按钮；半自动控制需按照工艺流程依次点击“一、二、三、四、无、六”六个按钮，六个按钮依次代表“一、加底水、底碱、升温；二、酸化过程；三、沉化过程；四、加热搅拌；五、酸碱并流；六、二次酸化”；全自动控制只需点击"启动、停止"按钮即可。操作人员可以在上位机画面中输入酸、碱等原料的瞬时流量（或累计流量）的设定值，系统会通过PID自动调节。如果在半自动或自动模式下出现问题，操作人员可将控制柜上的方式选择按钮扳至手动控制模式执行，开启或关闭相应智能仪表的按钮即可。
2 系统硬件介绍
系统硬件部分主要由S7-200 PLC及其扩展模块、研华工业控制计算机等组成，现场设备主要包括热电阻、电磁阀、流量计、PH传感器、冲洗装置、软化水泵、水玻璃加料泵、硫酸液下泵、搅拌电机等。
三套PLC分别控制三个反应釜，采用S7-200 PROFIBUS-DP与上位机组态王进行通讯。工控机作为主站，三套PLC作为从站，主站向从站发出请求，按照站号顺序轮询从站，这是DP配置的单主站结构。工控机安装有支持DP的通讯卡。下位机设备有支持DP的通讯口EM277 Profibus-DP模块，通过DP通讯电缆连接组态软件和硬件设备。硬件链接图如下图1所示：
图1 硬件链接图
3 运用组态王设计人机界面
3.1 命令语言的编写
右键单击画面空白处选择“画面属性”，单击“命令语言”按钮，可以编写相应的命令语言。这里以水泵2控制水流动1流动为例介绍命令语言的编写。命令语言如下：
if(\\本站点\水泵2启动指示= =1)
{\\本站点\水流动1=\\本站点\水流动1+5; }
if(\\本站点\水流动1>20)
{\\本站点\水流动1=0;}
以上命令语言的功能是：当“水泵2启动指示”为真时，水流动1流动，每次移动距离5，当距离大于20时，返回0。
3.2 主画面的设计
白炭黑反应控制系统的各个画面是利用组态王所提供的图库和工具箱完成的，下面以60反应釜全自动控制系统画面为例进行介绍。在“工程浏览器”左侧的“工程目录选择区”单击“画面”选项，在右侧“视图”中双击“新建”选项，在弹出的对话框中将画面名称改为“60反应釜全自动控制系统”，点击“确定”按钮，组态王将生成名为“60反应釜全自动控制系统”的画面，可采用图库和工具箱等绘制画面，本系统生成的“60反应釜全自动控制系统画面”如图2所示。
图2 60反应釜全自动控制系统
3.3 其它画面介绍。
（1）报警画面
要显示报警首先要定义变量。在“定义变量”的“报警定义”属性页中，比如我们设定反应釜的温度为越限报警，当温度大于90度时，即产生报警。这里我们设报警限，高为90，报警文本为高。
（2）报表画面
作者为系统绘制了“实时数据报表”和“历史数据报表”，操作人员可从实时数据报表中直接观测三个反应釜的在线数据，也可根据需要从历史数据报表中查询某个时间段所需变量的数值。历史数据报表窗口如图3所示。
图3 历史数据报表
（3）趋势曲线画面
作者将“实时趋势曲线”与“历史趋势曲线”绘制在同一画面中，分别连接PH与温度变量，方便操作人员观测变量的变化趋势。
3.4 定义外部数据和数据库变量
（1）定义外部数据
单击“工程浏览器”左侧“设备”中的COM1(或COM2)，双击右侧“新建”选项，进入“设备配置向导”对话框，选择PLC\西门子\S7-300系列(DP)\Profibus-DP，单击“下一步”，输入“PLC226”，依次按照提示完成要求，从而完成设备配置。外部设备定义完后，“工程浏览器”右侧会显示定义好的外部设备“PLC226”，实验的I/O变量可以通过新建的外部设备与上位机组态王进行通信。
（2）定义数据库变量
单击“工程浏览器”左侧“数据库”中的“数据词典”，双击右侧“新建”选项，选择合适的变量类型和寄存器类型等选项，连接设备选择刚定义的“PLC226”，按照提示完成变量定义。例如：
变量名：1号温度显示；变量类型：I/O实数；
连接设备：PLC 226；寄存器：INB1.16；
数据类型：FLOAT；读写属性：只读；
最小值：0；最大值：150；
采集频率：100毫秒；记录：数据变化记录。
则该变量每0.1秒从INB1.16的寄存器中读取1号反应釜的温度值，并显示在上位机界面上。数据为6400～32000对应4～20mA。其它变量的定义与之类似。
3.5 建立动画连接
定义动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系， 当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。
打开“60反应釜全自动控制系统”画面，如图2所示。双击“酸瞬时流量显示”文本，弹出动画连接对话框。单击“模拟值输出连接”，弹出“模拟值输出连接”对话框，在表达式中选择合适的变量，点击确定，这样建立连接后文本显示值将随变量值的变化而变化。
4 结束语
基于组态王与西门子S7-200 PLC的白炭黑反应釜自动控制系统，实现了白炭黑工艺的自动化生产，并且实现了对现场生产状况的实时监控、数据通讯、数据采集处理及查询等多项功能。系统改造后，在现场已运行已一年多，实践表明，系统控制精度明显提高，产品的配方严格按照生产需要自动调节，排除了人为因素造成的配方失准，保证了产品的质量和生产稳定，提高了产品的市场竞争力。
参考文献
[1] 方贇，虎恩典，李帅，李晓婷.西门子PLC与组态王在葡萄酒发酵过程控制系统中的应用[J].制造业自动化，2011（2）
关键词：白炭黑；组态王；S7-200 PLC；自动控制系统
引言
组态王开发监控系统软件是一种方便操作人员在工业现场监控各项实时和历史数据的人机交互界面。它具有操作简单、适应性强、易于开发、扩展性好等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。
白炭黑是一种白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，广泛应用于橡胶制品、农业化学制品等领域。目前国内生产白炭黑主要以人工手动控制为主，效率低，精度差，且整个生产过程不能信息化，给操作人员造成了很多不便。为了改进这个问题，我们采用S7-200 PLC及其扩展模块作下位机，控制现场的智能仪表，将其与北京亚控科技的组态王6.53相结合，做成友好的人机交互界面。在这里，工业现场智能仪表由PLC控制，而人工监控与信息管理可从上位机得到。系统生产包括628、728两个配方，628含有两个60反应釜，728含有一个90反应釜，三个反应釜除生产工艺外基本一致，本文仅以628的两个60反应釜为例进行介绍。
1 控制方案介绍
系统分为手动控制、半自动控制和自动控制三种模式。手动控制按照工艺流程手动点击上位机画面中各个智能仪表的起停按钮；半自动控制需按照工艺流程依次点击“一、二、三、四、无、六”六个按钮，六个按钮依次代表“一、加底水、底碱、升温；二、酸化过程；三、沉化过程；四、加热搅拌；五、酸碱并流；六、二次酸化”；全自动控制只需点击"启动、停止"按钮即可。操作人员可以在上位机画面中输入酸、碱等原料的瞬时流量（或累计流量）的设定值，系统会通过PID自动调节。如果在半自动或自动模式下出现问题，操作人员可将控制柜上的方式选择按钮扳至手动控制模式执行，开启或关闭相应智能仪表的按钮即可。
2 系统硬件介绍
系统硬件部分主要由S7-200 PLC及其扩展模块、研华工业控制计算机等组成，现场设备主要包括热电阻、电磁阀、流量计、PH传感器、冲洗装置、软化水泵、水玻璃加料泵、硫酸液下泵、搅拌电机等。
三套PLC分别控制三个反应釜，采用S7-200 PROFIBUS-DP与上位机组态王进行通讯。工控机作为主站，三套PLC作为从站，主站向从站发出请求，按照站号顺序轮询从站，这是DP配置的单主站结构。工控机安装有支持DP的通讯卡。下位机设备有支持DP的通讯口EM277 Profibus-DP模块，通过DP通讯电缆连接组态软件和硬件设备。硬件链接图如下图1所示：
图1 硬件链接图
3 运用组态王设计人机界面
3.1 命令语言的编写
右键单击画面空白处选择“画面属性”，单击“命令语言”按钮，可以编写相应的命令语言。这里以水泵2控制水流动1流动为例介绍命令语言的编写。命令语言如下：
if(\\本站点\水泵2启动指示= =1)
{\\本站点\水流动1=\\本站点\水流动1+5; }
if(\\本站点\水流动1>20)
{\\本站点\水流动1=0;}
以上命令语言的功能是：当“水泵2启动指示”为真时，水流动1流动，每次移动距离5，当距离大于20时，返回0。
3.2 主画面的设计
白炭黑反应控制系统的各个画面是利用组态王所提供的图库和工具箱完成的，下面以60反应釜全自动控制系统画面为例进行介绍。在“工程浏览器”左侧的“工程目录选择区”单击“画面”选项，在右侧“视图”中双击“新建”选项，在弹出的对话框中将画面名称改为“60反应釜全自动控制系统”，点击“确定”按钮，组态王将生成名为“60反应釜全自动控制系统”的画面，可采用图库和工具箱等绘制画面，本系统生成的“60反应釜全自动控制系统画面”如图2所示。
图2 60反应釜全自动控制系统
3.3 其它画面介绍。
（1）报警画面
要显示报警首先要定义变量。在“定义变量”的“报警定义”属性页中，比如我们设定反应釜的温度为越限报警，当温度大于90度时，即产生报警。这里我们设报警限，高为90，报警文本为高。
（2）报表画面
作者为系统绘制了“实时数据报表”和“历史数据报表”，操作人员可从实时数据报表中直接观测三个反应釜的在线数据，也可根据需要从历史数据报表中查询某个时间段所需变量的数值。历史数据报表窗口如图3所示。
图3 历史数据报表
（3）趋势曲线画面
作者将“实时趋势曲线”与“历史趋势曲线”绘制在同一画面中，分别连接PH与温度变量，方便操作人员观测变量的变化趋势。
3.4 定义外部数据和数据库变量
（1）定义外部数据
单击“工程浏览器”左侧“设备”中的COM1(或COM2)，双击右侧“新建”选项，进入“设备配置向导”对话框，选择PLC\西门子\S7-300系列(DP)\Profibus-DP，单击“下一步”，输入“PLC226”，依次按照提示完成要求，从而完成设备配置。外部设备定义完后，“工程浏览器”右侧会显示定义好的外部设备“PLC226”，实验的I/O变量可以通过新建的外部设备与上位机组态王进行通信。
（2）定义数据库变量
单击“工程浏览器”左侧“数据库”中的“数据词典”，双击右侧“新建”选项，选择合适的变量类型和寄存器类型等选项，连接设备选择刚定义的“PLC226”，按照提示完成变量定义。例如：
变量名：1号温度显示；变量类型：I/O实数；
连接设备：PLC 226；寄存器：INB1.16；
数据类型：FLOAT；读写属性：只读；
最小值：0；最大值：150；
采集频率：100毫秒；记录：数据变化记录。
则该变量每0.1秒从INB1.16的寄存器中读取1号反应釜的温度值，并显示在上位机界面上。数据为6400～32000对应4～20mA。其它变量的定义与之类似。
3.5 建立动画连接
定义动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系， 当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。
打开“60反应釜全自动控制系统”画面，如图2所示。双击“酸瞬时流量显示”文本，弹出动画连接对话框。单击“模拟值输出连接”，弹出“模拟值输出连接”对话框，在表达式中选择合适的变量，点击确定，这样建立连接后文本显示值将随变量值的变化而变化。
4 结束语
基于组态王与西门子S7-200 PLC的白炭黑反应釜自动控制系统，实现了白炭黑工艺的自动化生产，并且实现了对现场生产状况的实时监控、数据通讯、数据采集处理及查询等多项功能。系统改造后，在现场已运行已一年多，实践表明，系统控制精度明显提高，产品的配方严格按照生产需要自动调节，排除了人为因素造成的配方失准，保证了产品的质量和生产稳定，提高了产品的市场竞争力。
参考文献
[1] 方贇，虎恩典，李帅，李晓婷.西门子PLC与组态王在葡萄酒发酵过程控制系统中的应用[J].制造业自动化，2011（2）