引言

    在新型墻材工業(yè)中，各種原料的稱量、配比和混合是新型墻材生產(chǎn)流程中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，會直接影響到最終墻材成品的質(zhì)量。原有的PLC配料自動化監(jiān)控系統(tǒng)對于保障配料過程的精確性和可靠性等具有重要作用，但依然存在諸如數(shù)據(jù)處理能力弱、人機界面不太友好等不足。

    組態(tài)軟件WinCC具有開發(fā)平臺友好、功能豐富等特點，可直觀展現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)，并支持多種數(shù)據(jù)庫用于存儲過程、事件等重要數(shù)據(jù)。因此，基于組態(tài)軟件WinCC開發(fā)和設(shè)計配料監(jiān)控系統(tǒng)，可進一步改進存在的不足，提高配料系統(tǒng)的易用性和可靠性，更好地滿足工業(yè)現(xiàn)場需要。

1 配料工藝概述

    在某新型墻材生產(chǎn)項目中，采用的主要原料有山砂、石灰、石膏等，其配料過程整體上可以分為生石灰入倉、砂石料入倉、混合料人倉、成型料入倉等4個主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，涉及生產(chǎn)設(shè)備有：料倉、定量給料機、皮帶輸送機、消化倉等，工藝過程¨1如圖1所示。

    (1)山砂經(jīng)過破碎后進入砂倉；生石灰、石膏經(jīng)過破碎、粉磨后進入料倉，儲存待用。

    (2)經(jīng)連續(xù)式計量皮帶秤計量后的砂、螺旋式計量秤計量的粉狀生石灰和石膏等原料，按需要的質(zhì)量配比，輸送至雙軸攪拌機攪拌混合后，輸送到消化倉內(nèi)，進行大約6 h消解熟化。

    (3)消解好的原料經(jīng)過輪碾機進行二次碾壓混合，進一步提升原料塑性及混合均勻性，然后輸送入成型料倉，供后續(xù)壓制成型階段使用。

    圖1 配料工藝過程圖

    配料監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)控各配料設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，并具有手動／自動等控制模式，可模塊化配置控制單元。

2 配料監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

    2．1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

    所設(shè)計的配料自動化系統(tǒng)可分為：現(xiàn)場操作控制、過程控制和管理層控制等3個不同層次模塊，如圖2所示。

    配料操作層控制模塊應(yīng)用先進的S7—200 PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的有機銜接、重要生產(chǎn)參數(shù)的自動檢測與控制、減少能源及物料消耗、降低生產(chǎn)成本；過程控制模塊通過專用的WinCC V6．2組態(tài)軟件對中央監(jiān)控機進行組態(tài)，通過總線通訊的模式，將配料操作層的設(shè)備運行狀態(tài)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)，直接傳至中央監(jiān)控機，使管理者完成對現(xiàn)場生產(chǎn)裝置的管理和控制，并自動生成生產(chǎn)、故障等統(tǒng)計報表；管理層控制模塊通過增加網(wǎng)絡(luò)訪問模塊，可使企業(yè)異地管理者或技術(shù)工程師對生產(chǎn)裝置的運行狀態(tài)進行遠程的控制和管理。

    圖2 配料監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    2．2 現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控分析

    PLC現(xiàn)場操作控制系統(tǒng)選用S7—200可編程控制器，CPU選用S7—216CN，使用STEP 7 MirowWIN_V4專用軟件進行PLC編程，組成功能模塊和儀表如表1所示。

    表1 主要功能模塊與現(xiàn)場儀表

    在配料過程中，PLC主要工藝控制流程為：

    (1)生石灰／石膏入倉階段：生石灰／石膏經(jīng)鄂式破碎機破碎，進入雷蒙磨機磨輾到工藝要求后，經(jīng)空氣提升機提至石灰料倉存放備用。各生產(chǎn)設(shè)備啟、停采用生石灰料倉高、低位料位開關(guān)量控制(手／自)，當料倉高位時該設(shè)備組啟動禁止并報警，當料倉低位時具有啟動提示功能。

    (2)砂石料入倉階段：砂石經(jīng)振動篩篩選后，由輸送皮帶送入對輥機碾碎，進入提升皮帶機，送入砂石料倉備用。各生產(chǎn)設(shè)備采用開關(guān)量控制，其啟、停受砂石料倉高、低料位開關(guān)量控制(手／自)，當料倉高位時該設(shè)備組啟動禁止并報警，當料倉低位時具有啟動提示功能。

    (3)混合料入倉階段：粉狀生石灰采用螺旋定量給料機計量稱重，砂石料經(jīng)調(diào)速皮帶定量給料機計量稱重，補水采用三級水量控制，人工選定方式加入，按工藝重量配比，進入攪拌系統(tǒng)攪拌，達到標準時間后，由輸送皮帶送入消化倉消解陳化。

    各消化倉裝配有高、低位料位開關(guān)，混合料的人倉可由系統(tǒng)自動分配，在一個倉滿倉后，自動分配到下一個倉，采用模擬量和開關(guān)量控制。

    (4)成型料入倉階段：混合料在消化倉經(jīng)過標準時間的消解陳化后，經(jīng)調(diào)速皮帶定量給料機計量稱重，補水采用三級水量控制，人工選定方式加入，按工藝重量配比進入輪碾機輪碾，達到工藝要求時間后，由輸送皮帶送入成型料倉。在壓機成型料倉滿料時，自動停止向成型料倉輸送料，采用模擬量和開關(guān)量控制。

    特別對于皮帶輸送機和皮帶提升機設(shè)備而言，為保證各工藝階段皮帶機設(shè)備在下次啟動時，不會因為物料堆積過重打滑，影響各皮帶機正常啟動運轉(zhuǎn)，需要確保物料不要堆積在各皮帶機上，在各設(shè)備組間設(shè)置一定的聯(lián)鎖控制邏輯，在后端設(shè)備停機指令下達后，需按照物料運行順序要求，各皮帶機和提升機先后自動運行l(wèi)圈后停止。

    2．3 過程監(jiān)控軟件設(shè)計

    WinCC 6．2組態(tài)軟件包含有變量管理、圖形編輯器報表編輯器、報警記錄等多種模塊，可快速生成一個符合要求的、針對特定工業(yè)現(xiàn)場的配料監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場運行情況的監(jiān)控管理，設(shè)計的配料監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能如圖3所示。

    圖3 配料監(jiān)控軟件設(shè)計圖

    該配料系統(tǒng)具有配料工藝流程圖、設(shè)備運行狀態(tài)、故障報警和報表等不同的功能畫面，配料主要工藝流程圖如圖4所示，配料生產(chǎn)過程的整體物料流程，各生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)、過程等都有形象地表現(xiàn)。

    單擊該流程圖子流程按紐，即可進入生石灰入倉、砂石料入倉、混合料入倉和成型料入倉等各生產(chǎn)環(huán)節(jié)。同時，雙擊配料生產(chǎn)流程畫面中的設(shè)備圖標，則會彈出對應(yīng)設(shè)備的控制窗口畫面，便于修改設(shè)備的控制和工藝參數(shù)。

    該配料系統(tǒng)提供了手動、自動2種控制切換模式，通過不同級別的監(jiān)控管理權(quán)限，在啟停設(shè)備、工況發(fā)生變化、調(diào)整工作流程等情況下，可選用不同的過程控制方法；現(xiàn)場重要參數(shù)設(shè)定有報警功能，有新報警產(chǎn)生時，可自動彈出報警畫面，并自動記錄報警發(fā)生時間、報警類型等信息。

    圖4 配料工藝流程界面圖

    要實現(xiàn)WinCC 6．2對S7—200 PLC的當前過程值的訪問，需在WinCC 6．2與S7—200 PLC之間組態(tài)一個通訊通道。使用WinCC 6．2自帶有PROFIBUS—DP專用通道，直接在WinCC 6．2“變量管理”中添加“SIMATIC S7”通道，再在“SI—MATIC S7”通道下建立WinCC 6．2與s7—200 PLC之間的邏輯連接，最后在該邏輯連接下，使用WinCC變量管理器組態(tài)過程變量，WinCC 6．2與現(xiàn)場s7—200PLC之間的數(shù)據(jù)交換可通過上述過程變量來完成。

    2．4 數(shù)據(jù)和報表管理

    配料監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)需要，手動或自動創(chuàng)建生產(chǎn)、設(shè)備、報警和用戶等數(shù)據(jù)報表，除具有自己的實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫外，還可實現(xiàn)與Excel文件數(shù)據(jù)交換。用戶使用記錄對軟件維護而言非常重要，由于不便于對用戶數(shù)據(jù)直接進行歸檔數(shù)據(jù)，需利用SQL2005軟件專門創(chuàng)建用戶記錄數(shù)據(jù)表，并在配料監(jiān)控系統(tǒng)運行時訪問和顯示該數(shù)據(jù)表，可實時完成對該數(shù)據(jù)表的更改維護工作。

    為實現(xiàn)該用戶使用記錄功能，主要開發(fā)步驟如下：

    (1)在SQL2005數(shù)據(jù)庫軟件中建一個本項目專用的wince數(shù)據(jù)庫，在該數(shù)據(jù)庫中建名為啪r-datarecord的用戶使用記錄表，如表2所示。

表2 用戶使用記錄表

    (2)在WinCC 6．2軟件中變量管理組態(tài)模塊內(nèi)部變量組中，定義user logintime、user—exittime等內(nèi)部相關(guān)變量，編寫記錄用戶使用數(shù)據(jù)的Getlogintime()、Getexittime()、Getonlinetime()等全局C腳本函數(shù)，分別完成記錄用戶登陸、退出、在線數(shù)據(jù)等功能。

    (3)在用戶管理畫面“用戶使用記錄數(shù)據(jù)報表”中插入VB6．0的listviewctrl控件，并在該控件column headers屬性中依次插入序號、用戶名，登陸時間，登出時間，在線時間五列，通過在“畫面對象”的“打開畫面”動作㈣中加入下列VBS代碼：

    在每次調(diào)用用戶管理畫面時，觸發(fā)該動作，調(diào)用上述VBS代碼，實現(xiàn)從SQL2005 wince數(shù)據(jù)庫的user_datarecord表中獲取用戶使用記錄數(shù)據(jù)，顯示在該界面中l(wèi)istviewctrl控件中，如圖5所示。

3 結(jié)束語

    開發(fā)基于WinCC 6．2的配料監(jiān)控系統(tǒng)，可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場需要，靈活使用多種方式，對配料生產(chǎn)過程中的各種被控設(shè)備對象和過程組態(tài)。從該系統(tǒng)測試和實際使用過程來看，該系統(tǒng)使工藝設(shè)備運行過程的修改變得更加靈活方便，同時可對配料生產(chǎn)過程的重要參數(shù)進行記錄、存檔及報表打印，較好地實現(xiàn)了預(yù)期目標。在以后的工作中，可進一步優(yōu)化過程界面和豐富運行趨勢分析功能，以更好地滿足生產(chǎn)需求。

圖5 用戶使用記錄報表圖 

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