基于INTERBUS总线的GD包装机控制系统设计.docx

基于INTERBUS总线的GD包装机控制系统设计摘要：本文通过对INTERBUS现场总线技术的研究，根据GD包装机的工艺特点，设计了以SIEMENSS7400PLC为核心，加上INTERBUS现场总线的一套全新的PLC控制系统。3年度多的运行结果说明：本文提出的系统设计方案是非常成功的，同时按照该方案进展的GDPLC的工程改造也很成功的。关键字：GD包装机，S7400PLC，INTERBUS现场总线一、绪言目前，我国烟厂的包装机很多是GD公司消费的X1/X2型包装机。由于该机型是早期90年度代初引进的，其电控系统为FZ控制系统,主要采用逻辑线路板作为其主控设备,随着设备的长期运行,逻辑电路控制方式的缺点就逐渐显露出来了。主要表达在以下几个方面：1故障率高；2维护困难；3机台操作工故障定位困难；4实现网络数据收集功能困难；5原机采用的软、硬件都是GD公司消费的，通用性差，而且GD公司已通知以后不再提供老式FZ电控系统备件，因此给今后的维修将带来很大的困难。由于以上这些种种问题，很有必要对该控制系统进展技术改造。改造后的控制系统除应保证原机正常消费功能外，系统还必须具有先进性，符合当代烟机控制系统开展的潮流，可以提供直观人机界面，具有计算机网络接口，能进展单机数采等。二、改造方案针对上述的问题和要求，我们设计了以德国SIEMENSS7400PLC为核心，采用INTERBUS现场总线的一套全新的PLC控制系统，以取代原GDX1包装机所用的全部电路板。改造后的系统主要由PLC控制系统、INTERBUS总线和上位工控机组成，系统组成如图1所示。align=center图1系统组成框图/align随着计算机和通讯技术的不断开展，串联数据传输技术也渐渐地进入了工业自动化控制系统。这种传输技术可以将现场信号通过几根导线相互串接起来进展通讯。因为这种串联数据传输被广泛地应用于变送器/执行器等现场设备上，所以这种方法又被称为现场总线系统。这样仅需一根电缆便取代成千上百的输入/输出线，大大减少了现场布线的复杂性，减少网络的硬件设备，降低了本钱。INTERBUS总线是PhoenixContact公司推出的现场总线产品，是一种经济、简单、开放的传感器执行器总线。主要用于消费现场设备与PLC控制系统之间的互联，构建具有较高实时性要求的工业现场控制网络，具有快速传输简单输入输出数据的才能。它具有以下几方面的优点：1INTERBUS总线采用了集总帧型的数据环通讯，这种通讯保证了数据传输严格的同步性和周期性；2全双工的通讯方式和500K的一致速率保证了数据通讯的实时性；差分信号传输和专门的总线环路检查保证了强大的抗干扰性和设备实时监控；3INTERBUS网络传输媒介可以混合使用，不管光缆、光导、红外均可按要求而定；4INTERBUS总线系统调试方便，即插即用，安装方便，不用终端电阻，调试时间短，不会地址重叠；5INTERBUS发生故障时能正确告诉操作人员错误位置、类型、解决方法、诊断功能极强。另外，INTERBUS十分合适数据块小，但传输次数较频繁的场合，因此很合适与GD包装机的改造场合。总线适配控制器是INTERBUS总线系统与PLC控制系统通信的核心，也是INTERBUS总线系统与PLC之间的桥梁，它的性能的优劣对于整个控制系统都有很大的影响。本系统的PLC控制系统采用的是西门子公司的S7-400PLC，所以选择菲尼克斯电气公司专门为西门子S7-400控制系统消费的第四代总线适配控制器IBSS7400DSC/I-TDirmode。该控制器与PLC系统间采用直接I/O形式通信。所谓直接形式，是指INTERBUS系统的输入和输出数据被直接拷贝到PLC的输入和输出地址区。使用上，IBSS7400DSC/I-T被看作S7-400控制系统的一块S5模块。作为第四代标准诊断控制器DSC，IBSS7400DSC/I-T不仅与西门子的S7-400PLC完全兼容。改造后的系统主要由PLC控制系统、INTERBUS总线和上位工控机组成。PLC主要完成包装机组中各个设备的逻辑控制及温度控制，上位工控机完成故障显示、速度显示、温度设定值的设定和实际值的显示、参数修改、产量和材料消耗统计及历史数据保存等功能。PLC通过MPI通讯协议与上位工控机进展数据交换，上位工控机再通过CAN总线或者以太网将各种机台数据送到厂级MIS系统。控制器与现场设备之间通过INTERBUS总线连接。由图1可以看到，各种传感器和操作按钮等检测、控制信号一局部经INTERBUSI/O模块组输入PLC，一局部送至PLC直接驱动执行机构，以减少中间环节，进步系统的可靠性。继电器、断路器等低压电器安装在主动电柜中。而原机13个温控器全部取消，由PLC模块直接进展PID模糊控制，在工控机屏幕上可以进展各温度点的温度设定和温度显示。控制系统的总线组态软件选用菲尼克斯电气公司的第四代INTERBUS系统组态软件IBSCMDG44.51。IBSCMDG4是与PLC控制系统互相独立的组态软件。该软件可以使用户以可视化方式交互配置、操作、诊断INTERBUS网络中所有的连接设备，设定INTERBUS总线设备与PLC控制系统通信的内存区域。通过对总线适配控制器进展配置，设置了标准存放器和地址区，存放器最终被映射到PLC的输入和输出区。标准存放器包括两个诊断存放器和三个标准功能存放器，诊断存放器包括诊断状态存放器输入字和诊断参数存放器输入字。PLC控制软件编程采用STEP7。其编程思想及经过为：1消化原机图纸，理解其控制逻辑；2现场解析工艺操作经过，熟悉工艺流程；3软件控制逻辑根本和原控制板逻辑保持一致，如信号连动、互锁、移位存放器操作等；4结合现场工艺对局部逻辑作简化、修改，使控制方式更简洁、合理；5将其它检测信号无缝参加到如今的控制软件中。三、改造结果目前，该系统在全国10多家烟厂里已正常消费运行，最长的运行时间已经超过3年度，运行一直良好，不但比原机故障率大大减少了，而且维护本钱也大大降低，操作也直观方便了。同时该系统检测功能也全面，使得烟包质量也得到了很好的控制。具有以下优点：1操作方式上保持原机的所有功能和操作方式，并且根据需要可在原有根底上增加相应的控制功能。2接口方式上保持了原有的整体布局和接口方式，现场安装便捷，同时增加一台工控机用于故障、温度、统计数据等的显示和参数设定。故障显示直观、准确。触摸屏具有良好的中文人机界面，为操作和维修提供了极大的方便。3由于INTERBUS具有强大的总线组态、监控、故障诊断功能，通过总线控制板，可以很方便的对每一个总线设备的状况进展监控和故障诊断，进而极大地进步了控制系统的易维护性和可靠性。4PLC电柜设计构造合理，上位工控机进展温度设定，PLC硬件模块完成加热器温度的PID控制，操作方便，稳定性好。5本系统具有数据统计功能。本系统对产量、有效作业率、材料消耗等数据进展统计。自动生成报表。根据需要可以保存历史数据，可调用其间任意时间段的历史数据。故障查询直观方便，具有智能化报警功能。上位机的网络接口可以将各种所需的消费数据和设备运行状态直接发送到厂级MIS系统，所以讲具有很好的网络数采功能。6除保证原机的所有检测功能外，新控制系统增加封签歪斜检测、缺包检测功能，并无缝的拼接到原系统中，而不是采用原来那种打补丁的控制方式。另外，控制系统电控柜、现场子站配电箱采用德国威图电柜，主电控柜采用德国威图致冷装置。低压电器采用SIEMENS产品，一体化工控机、开关电源、继电器、光电耦合器、接线端子采用菲尼克斯产品。可靠性、通用性都很强，性能上不差于国外如今的控制系统。四、结论几年度来的运行结果说明：本文提出的基于INTERBUS总线的GD包装机控制系统设计方案是非常成功的，同时按照该方案进展的GDPLC的工程改造也很成功的，技术上、性能上完成到达国外新一代控制系统程度，这也进一步加强了我们进展国产化改造的信心，使我们相信我们自己有才能做好设备的改造工作，而不一定非要依靠外国人！0