WinCC和西门子S7-200在橡胶三角带生产中的应用

    摘要：橡胶三角皮带的生产，大量使用平版硫化机和硫化罐，老设备的硫化时间控制是由时间继电器显示，由于操作工的随意性，造成硫化时间难以保证，影响了三角带的质量。现采用WinCC＋S7-200组成集中监控系统，能快速可靠的对每台设备的硫化时间设定，并可实时监控。
关键词：WinCC S7-200 PC Access

Abstract
During the production of the rubber triangle leather belt, a great deal of machine with vulcanized usage flat plate and vulcanized bottle was used. The vulcanized time of the old equipment was controlled by time relay. Because of the random of the operator, the vulcanized time was hard to be controlled and also influenced the quality of the triangle. Now we use the monitor system which made up of WinCC+S7-200, can set the vulcanized time of each machine quickly and reliably and can make the supervision and control at the same time as well.

Key Words: WinCC S7-200 PC Accese
   
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。