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基于S7-300PLC的纸张质量控制系统

　　3.2 控制算法

　　纸张定量的控制特性表现为滞后时间长、时间常数较短、测量值离散度较大。纸张水分的特性表现为时间常数大、易受干扰。在纸张生产过程中定量水分的控制存在着强耦合特性，因此要想达到理想的控制效果，就必须对定量水分的控制回路进行解耦，把纸张定量水分的控制回路分离开消除它们之间的相互影响。控制方案如图2所示。控制软件包括：纵向定量水分控制软件，绝干浆控制软件，烘缸控制软件。

　　3.3 软件设计

　　（1） 设计平台：控制系统在bbbbbbs xp环境下运行，编程软件为stpe7v5.4，组态软件用wincc。为方便操作人员操作，所有微机操作都是用鼠标，画面切换、各参数设定都采用鼠标点击画面上的按钮来实现，所有的操作界面都使用汉语。画面直观、易懂、操作方便。系统用profibus总线与下位s7-300plc进行数据通讯，下位s7-300通过cp340通讯模块与上位机进行数据交换，使系统的软件和硬件组成一个完整的系统，保证系统高效稳定运行。（2）人机界面：操作站上的人机界面有以下画面组成。

       各参数（纸张定量、水分、厚度、灰分等）信号横向显示，设5s画面更新一次；

　　各参数（定量、水分、厚度、车速、流量、浓度、压力阀门开度等）历史趋势记录，设2秒钟更新周期。

　　实时、动态、直观的显示各控制点的工艺流程。

　　报警画面：操作员用鼠标点击报警按钮，就会切换到报警画面，操作员可直观的看到报警信号的工位号、报警类型、注释、报警时间和当前值（实时更新），点击报警项就会切换到报警工号对应的操作界面，操作员可进行相应的修改。所有的报警可通过复位按钮进行复位。

　　历史报告画面：可以查询操作人员的操作记录和操作的详细时间，包括程控系统的启停、各参修改前和修改后的值等控制参数和工况参数设定界面。可存贮1年的历史数据库。

4结束语

　　目前国内纸张质量控制系统通过进口国外关键设备结合国内的技术和装置可以达到国外成套设备的控制精度与控制效率。从而开创了一种性能/价格比极高的qcs模式。

GE PLC与iFIX 4.0控制系统在矿井排水处理站中的应用

3 系统架构

　　3.1 上位监测管理系统

　　硬件构成：研华工业控制计算机、交换机、不间断ups电源、打印机等。

　　软件构成：bbbbbbs xp操作系统、microsoft office 2003、监控组态软件ifix4.0等。

　　上位监控管理系统采用由研华工业控制机与美国ge公司的ifix4.0实时监控组态软件构成的平台。该平台分为1个操作员站和1个工程师站，布置于排水站控制室中，用ifix4.0实时监控组态软件编制的上位监控程序能够完成整个控制系统的数据采集、控制系统组态、工艺参数的在线修改和设置，也可实现远程监控系统中各设备及各种仪表的运行状态和实时参数的采集，并以动态图形显示，还能实现历史数据查询及调用、系统状态诊断等功能，同时也具备系统报警显示查询、生成数据库、数据报表及打印等功能。该平台提供标准的hmi运行画面，使全厂整个生产情况能够在显示器上实时地显示出来，不仅使调度指挥人员能够对控制系统进行观察和操作，还能迅速了解现场设备的运行情况，并及时作出正确决策［2］。上位远程监控主画面如图2所示。

　　3.2系统网络构成

　　整个控制系统由以太网和genius网两层网络组成。plc主站通过以太网与上位机连接通讯，通过genius总线网和远程扩展方式分别与3#和2#分站连接通讯。以太网既是监控层网络，也是管理网络，主要由网络交换机、上位机以太网卡、下位机以太网通讯模块等组成。这样上位机和下位机就实现了基于tcp/ip通讯协议进行100mbps的高速数据通讯。

　　genius工业总线网是控制层网络，也是生产控制的执行层，控制层的主站plc和3#分站间采用genius通讯单元进行数据通讯［3］，主站plc和2#分站间采用geplc专用远程扩展方式进行数据通讯。管理网络与控制网络之间的信息交换是双向的，即上位机通过以太网与控制层网络中的下位plc主站相连，采集其所需的各种运行参数信息及实时数据，经过监控软件的运算处理并在显示器上显示出来，同时能自动或手动操作将各种指令下发给控制网络中的plc。这样就实现了自动监测及控制的生产过程。控制网络中各个plc的分站按照硬件地址在genius网络中相互识别，这样系统就不会造成信号拥塞［4］。监控系统网络结构如图3所示。

一组PLC程序的逻辑错误分析

4 十字路口交通灯控制程序

　　题目：交通灯控制程序

　　来源：plc应用技术开发与实践

　　编程平台：omron公司cqm1系列

　　●任务描述

　　工作顺序：启动按钮，南北绿灯，东西红灯，东西绿灯，南北红灯。按此顺序循环。

　　时序控制：（90秒周期）

　　●主干道

　　南北左转灯：绿10秒，黄2秒，红78秒；

　　南北直行灯：红10秒，绿30秒，绿闪3秒，黄2秒，红45秒；

　　东西方向左转灯和直行灯的工作方式与上相仿，但延迟45秒。人行道灯与主干道直行灯相同。

　　●强通控制

　　打开强通开关，强通方向绿灯亮，断开强通开关，绿灯闪3秒，恢复正常控制；

　　闪烁控制，亮0.5秒，暗0.5秒，持续3秒；

　　这个程序比较长，不便全部抄录在此。这里仅指出程序中的几个错误，并列出相关的程序段。

　　图7程序的实现

　　程序错误（1）：闪烁控制错误。闪烁过程通过一个专门的程序段控制，按要求该程序应该每隔0.5秒输出1，然后0.5秒输出0，不断循环。图7是书中该程序的实现：

　　其中只用到tim050一个定时器，计时单位为十分之一秒。omron的tim型定时器的工作方式同西门子ton型定时器相仿，当输入为1时启动计时，一旦输入转0，立即停止计时，定时器变量输出复位为0。

　　起始状态tim050的值为0，取反后送入定时器1，启动计时，5个单位之后到时定时器产生信号1。该信号经反馈之后，把0送入定时器，这一输入值立即把定时器输出重新变为0。因此，该段程序只能产生非常短暂的1，而不是持续0.5秒的1。当该信号用于驱动绿灯时，无法产生正常的均匀闪烁效果。

　　程序修正（见图8）

　　图8 程序修正图

　　这里用了两个定时器，当个定时器tim050到时之后，它的输出信号1送到第二个定时器tim051启动后者计时。但tim051需要5个单位之后才能到时，在这段时间内，tim050依然的输入依然是1，因此它能够把1继续保持0.5秒，由此产生一个均匀的每隔0.5秒变化的脉冲。

　　程序错误（2）：在系统初始启动阶段，南北方向绿灯亮，但东西方向的左转红灯和直行红灯没有同时点亮

　　原因分析：由于相关程序比较长，不便在这里展示，这里我们仅分析一下出错的原因及解决的办法。原程序中采用顺序启动各个颜色灯的方法。即左转绿灯10秒后启动直行绿灯，30秒后绿闪，2秒后黄灯，然后55秒红灯。然而，按这一顺序运行时，一开始南北直行红灯的10秒缺掉了，东西左转红灯45秒漏了，后东西直行红灯55秒也漏了。要改变这一情况，需要改变后一程序，同时再引入两个定时器，把红灯控制切分成两段完成。

　　可能人们认为上一个问题不算严重，因为原来程序在启动一分钟之后就能达到正常。但下面的强通控制的错误确是比较严重的。所谓强通是指紧急车辆到达路口时，人工控制按下相应方向的强通开关，使得这一方向的绿灯亮，另一方向亮红灯。紧急车辆过去之后，强通开关方块，强通方向绿灯闪动三下之后，恢复原来的系统运行。

　　程序错误（3）：强通按钮放开之后，按规定强通方向绿灯应该闪烁三下，然后熄灭，但实际情况是绿灯没有按照规定闪烁和停止，而是持续发亮。

　　原因分析：

　　我们以东西向直行绿灯控制程序段为例分析这一问题。

　　该程序中100.12为控制东西向绿灯的输出变量。该方向的强通通过hr0.00控制，强通按钮按下之后，该变量为1，从而引起100.12输出为1，绿灯亮。强通按钮放开之后，这条通路切断，hr0.01变为0之后，hr0.03会变为1，过程在这里略去。hr0.03所在的通路将产生一个3秒钟的闪烁脉冲。编程者的意图是通过它在结束强通之后制造一个绿灯闪烁过程。然而，由于变量100.12的反馈存在，一旦该变量为1，它将自动地继续保持为1。只有两种方式可以使它恢复为0，一种是30秒定时器到时（tim010），另一个是另一方向的强通信号hr0.01。在同方向强通信号结束之后，一般情况下，上述两个信号均不会转为1，因此绿灯无法马上停止。系统并不产生规定的效果。

　　这是一个比较严重的错误，因为此处本应经过绿灯闪烁转为红灯，但系统却始终保持绿灯。这样的系统是无法接受的。

　　这一问题的解决比较复杂一点。由于我们的主要任务是发现错误，此地我们不再讨论如何修正这一错误的问题。

　　图9 东西向直行绿灯控制程序分析图