WinCC和S7-200在橡胶三角带生产中的应用

一． 项目简介
1．  上海方电科技发展有限公司是一家由继续设计，计算机软硬件及自动化专业等高级技术人员组成的科技公司，主要从事帘帆布浸胶机设备及涂层设备的设计、开发和制造。该项目于2006初确定，3月开始实施，5月完成交付使用。
2．  用户单位：河南尉氏久龙橡塑集团有限公司，地处河南开封尉氏县，年产三角带以生产各种规格三角带为主。现有平版硫化机72台，硫化罐50台。久龙橡塑集团年生产三角带达7000万A米，处于行业领先地位。橡胶三角带的质量与硫化时间有关，硫化时间不能少，也不能太长。为保证质量，采用了 硫化计算机监控系统。
3．  三角带的规格繁多，小型的，采用模具固定，在硫化罐中加压、加热并保持一定硫化时间一次完成。对大型三角带，由于尺寸大，模具费用高，一般采用平版硫化机分段硫化。同时对6－8根三角带进行硫化，一段硫化完成后，转动三角带到下一段。反复5－10次才能对整根三角带都硫化一遍。为了更好的达到质量要求，工艺要求进行2遍硫化，分别为一次硫化和二次硫化。两次硫化时间各不相同。监控系统要求能对所有的硫化机和硫化罐的硫化时间进行设定，同时能实时观察实时硫化时间。硫化到时发出提示信号。对硫化时间不到或超过一定时间的设备，有报警输出。保存每次硫化的设定值和实际时间值，便于进行质量跟踪。
4．  系统配置：
DELL商用机一台，配CP5611卡
操作系统：WinXP Professional SP2
S7－224 2台，另配多个数字扩张模块
软件：WinCC V6.0 SP1中文版、S7-200 PC Access SP2。WinCC通过OPC方式，对S7－224进行读写，所有的控制由224完成。
5．  现场设备照片
     




二．  控制系统构成
1．  硫化机车间共有72台硫化机，每台硫化机有压力信号和2次硫化选择信号两点输入，一点到时提示输出。配1台S7-224+DI/DO模块，由于输入点太多，采用动态扫描输入。硫化灌车间共有50台硫化灌，每台硫化罐有一点压力信号输入，一点到时提示输出。配1台S7-224+DI/DO模块。通讯口地址分别设定为3、4，波特率：187.5K。
上位机位于车间办公室，PLC分别安装于两个车间，采用总线连接器和总线电缆与S7-224程控器相连，CP5611配置为MPI通讯，波特率：187.5K。电缆总长约200米。
2．  系统的硬件配置图，网络结构图，应用中的监视画面。
      

硫化机硫化时间设定画面：

硫化机实时数据显示：


硫化罐实时数据显示：


故障记录：


硫化机历史记录：



3．  该项目初始时是用户要求采用三菱FX2n程控器，经做方案时发现由于该型号程控器可扩展点少，须选用4台程控器。在编程方面，无法采用子程序，只能对每台设备单独编程。对比下来其编程工作量大，成本高。同时效果不理想。通过与用户多次沟通采用了现在的配置，用户感到使用方便，效果明显。

三．  控制系统完成的功能
1.     对硫化机来说由于机台数量多，笔者应用西门子程控器编程所特有的库程序，将8台设备为一组，先编制库程序。为简化编程，在库程序中要求输入编号，V区中为每个硫化机子程序保留30个字节暂存区，为每个硫化罐子程序保留20个字节暂存区，用于保存8台机组的运行状态、硫化计时、硫化时间到达输出提示、硫化时间出错输出报警及及硫化过程结束输出归档信号等。72台硫化机共调用9次，编号为0－8。52台硫化罐调用7次，编号0－6。


    硫化机子程序输入输出要求：
输入：
编号            双字，根据编号分配缓存区地址
压力信号 字，输入压力和二次硫化信号，8台硫化机共16位。
运行状态 双字，采用间接寻址，用&vbxxxx格式输入，硫化机实际运行状态，将当前输入状态保存，用于判断边缘。
时间设定 双字，采用间接寻址，用&vbxxxx格式输入，一二次硫化设定时间（字）
实际时间 双字，采用间接寻址，用&vbxxxx格式输入，一二次硫化实际时间（字）
硫化次数 双字，采用间接寻址，用&vbxxxx格式输入，一二次硫化次数（字节）
输出：
报警输出 字，每台硫化机2个位，分别代表一二次硫化时间故障
次数报警 字节，两次硫化次数不等时报警
完成输出 字节，硫化到时输出提示信号
一次脉冲 字，一次硫化卸压时输出5秒脉冲，用于归档
二次脉冲 字，二次硫化卸压时输出5秒脉冲，用于归档
次数脉冲 字节，当二次硫化信号消失时为二次硫化结束，输出3秒脉冲，用于归档
2.     由于采用了库程序，S7-224的编程比较简单。需要注意的是符号定义，对符号采用连续成块的定义。这样既便于了PC Access的变量读取，也方便WinCC的变量的添加和使用。
3.     库程序的编制难点在于对8台机组进行计时。信号输入，每台硫化机有2点输入（压力、二次硫化选择）共16位一个字，时间设定采用间接寻址方法输入地址，实际硫化时间也是采用间接寻址方法，输出端不能输入地址信号，是通过输入端送入。对每台设备的硫化时间的计时，由于库程序无法使用计时器，笔者采用字加1的办法实现计时，只要保证子程序每秒运行一次，则该数字就是实际时间，时间单位为秒。
硫化机库库程序简介：
程序运行，需要30个字节内存保存运行时的数据，实时时间计时保存，每台一个字，共16个字节。输出报警状态暂存2个字节，当前运行状态保存，每台2位，共16位2个字节。硫化次数保存，每台一个字节，共8个字节。2次硫化次数不一致时的次数报警暂存1个字节。共29个字节，保留1个字节。其存储器起始地址，由库程序调用时定义。
以1＃－8＃硫化机为例，计时处理，IW0是输入信号，VW2000是1＃一次硫化设定时间，VW2002是1＃二次硫化时间设定。VW2400是1＃一次实际硫化时间，VW2402是1＃二次实际时间。采用&vb2000和&vb2400输入库程序。在每次运行，先将压力信号移到LW29临时寄存器，L29.0是1＃机压力信号，L29.1是1＃机的二次硫化信号。只要有压力信号就对计时保存字加1，并根据L29.1状态分别将当前时间送到实际时间地址中（间接寻址输入程序）。当实际时间到达设定时间时，对提示位置1，一旦压力信号为0时，提示位复位，同时根据状态暂存位状态判断是否首次为0，是首次为0，运行比较程序段，比较时间值，小于设定值或大于一定值输出报警位，同时硫化次数加1。每循环一次，LW29右移2位，实际时间地址的间接寻址数加4。循环8次，可以对8台硫化机处理完。
由于库程序中要处理多种位信号和数字，在循环处理时，必需做到一一对应，程序结束时，将当前运行状态信号、时间报警状态，次数报警状态及归档脉冲信号保留至暂存内存相应地址中。在编制时，多次对试验后的结果进行调整，造成内容繁杂，有些内容可以简化，但是在程序中，用了大量的临时地址，一旦改动输入输出的数量和数据格式，会造成L地址的变动。鉴于现程序在实际应用中工作正常，为避免产生差错，也就保留一下多余程序段。具体参见附件程序。

四．  项目运行
系统于2006年5月投入工作，运行情况良好，用户感到使用方便。集中监控系统使得车间工艺员更便于管理，只需要在车间办公室就可对所有设备进行时间设定和监视。均比以前有了很大的提高。更直观，更可靠。保证了三角带的硫化时间，稳定产品质量。同时，通过历史数据的分析，可以优化品种的搭配，直接提高了产量，增加效益。

五．  应用体会
1．  对库程序的编制有了更深刻的了解，在编制8台硫化机的库程序时，先对一台进行编程，然后再循环运行。为了保证能一一对应，先将信号输入字，暂存临时地址，每次均以L0.0和L0.1作为当前信号输入处理，并在每次循环时右移2位。循环结束后并将其保存在缓存区中，以便下次调用时作比较用。
2．  计时处理：库程序不能采用定时器，就采用字加一来计时。定义库程序每秒运行一次，则字中的数字就是时间，单位是秒。为了对应，硫化时间的设定也是以秒为单位。通过字比较，可以判断硫化到时或出错。笔者采用定时中断，100mS中断一次，1秒为一个周期。子程序分时运行，保证每100mS只运行一个编号子程序，所有子程序每秒运行一次。在实际使用中，其时间误差为1秒。
3．  库程序中需判断信号输入的首次和结束，库程序无法采用边沿指令，笔者采用信号输入位与暂存信号位比较来确定。当信号输入位是1，暂存信号位是0，此时就是首次信号输入，运行首次程序段，并对暂存位置位。当信号输入位是0，暂存信号位是1，此时就是信号输入结束，运行结束程序段，并对暂存位复位。
4．  项目的硫化时间数据保存要求，对过程时间记录毫无意义，只需要每次硫化结束时保存结果数据。WinCC的故障记录和数据归档，采用触发归档，由程序给出一个脉冲信号进行触发。这样数据量少，查找方便。
5．  PC Access作为S7-200程控器的OPC服务器，对与200通讯有一个缺点。开始做试验时，用一台S7-200只进行数据移动运行，PC Access组态对PLC读写，在WinCC上观察从数据写入到数据读出，其响应速度很快。后将两台PLC的变量全部配置好，在公司进行模拟运行，发现运行速度很慢，数据输入到显示要等上近20秒！反复检查硬件和软件都没有问题，当时几乎想放弃使用PC Access改用别的OPC。直到后来订货的2台PLC到齐后，全部连上再次试其通讯速度又很快。分析后发现是通讯等待响应问题。原来在以前试验时，只接了一台PLC，PC Access在通讯时，对不存在的PLC通讯会反复进行，大量的时间浪费在这上面！建议PC Access应能设定通讯重试间隔时间，并对每次通讯重发次数进行限制。这样会给现场调试使用带来方便。
六．  结束语
     首次使用WinCC配PC Access，深感其使用方便，尤其是变量的导入，几乎不需花费时间，几分钟就全部完成。为底端PLC也能用上高端的组态软件提供了良好的应用条件，便于开发出更多的产品。