西門子S7-200PLC自由口通信在水泥廠配料控制系統中的應用設計

　　1 前言

　　四川省安縣銀河建化集團有限公司(以下簡稱銀河建化)的水泥熟料粉磨系統有兩套配料系統(如圖1所示)，而且兩種系統的控制方式不同，一種為恒速皮帶秤間歇式給料系統，另一種是新上的核子秤。

　　圖1 原配料系統結構

　　兩種配料系統控制上相對獨立，各自有相應的控制室且相距較遠，給操作和管理帶來了不便。因此，在產品的產量、質量方面都需要得到進一步提高，在現有系統結構不變的條件下，進行自動化改造可以滿足上面目的。

　　本文給出了基于PLC并且針對水泥工業上不同種類秤混合配料的控制系統，該系統已經投入使用，實踐證明此系統自動化程度高、穩定性好、運行可靠。

　　2 配料控制系統設計

　　本文設計的配料控制系統是雙層式結構，類似一個小型的DCS系統。控制系統結構如圖2所示。上層是在工業控制計算機上實現監視管理;下層通過PLC完成配料及負荷控制。西門子PLC中的S7-200系列可以滿足多種多樣的自動化控制需求。S7-200系列不僅穩定可靠而且還具有緊湊的設計、良好的擴展性、強大的指令，使得其可以近乎完美的滿足小規模的控制系統要求。

　　圖2 控制系統硬件結構圖

　　根據實際現場布局，系統是由2套西門子PLC S7-200和一臺工控機構成;

　　因為核子秤控制室和皮帶秤控制室距離較遠，所以之間采用RS 485總線進行通訊;

　　因為水泥廠配料系統中數據量較大，實時性要求較高，所以PLC采用自由口通訊，自己定義通訊格式;

　　考慮整個配料系統的可靠性和安全性，讓S7-200_1 作為主站，主要負責7路核子秤的配料控制，讓S7-200_2作為從站，負責5路皮帶秤的配料控制，上位機作為從站，主要負責生產監控和管理。

　　3.自由口通信實現

　　S7-200 CPU內部集成的PPI通訊接口為用戶提供了強大的通訊功能。PPI接口的電氣特性為RS485，可在三種方式下工作：

　　(1) PPI方式

　　(2) MPI方式

　　(3) 自由通訊口方式

　　本系統采用自由通訊口方式，自由口通訊是通過用戶程序可以控制S7-200 CPU通訊口的操作模式，利用自由口模式，可以實現用戶定義的通訊協議連接多種智能設備。通過使用接受中斷、發送中斷、發送指令(XMT)和接受指令(RCV)，用戶程序控制通訊口的操作，通過SMB30(通訊口0)允許自由口模式，而且只有在CPU處于RUN模式時才能允許。當CPU處于STOP模式時，自由口通訊停止，通訊口轉換成正常的PPI協議操作。PPI通訊協議是西門子專為S7-200系列PLC開發的一個通訊協議，可通過普通的兩芯屏蔽雙絞線電纜進行聯網。波特率可選。

　　S7-200使用STEP-7 MicroWin基本編程軟件，因為測點數量較多，功能相對比較復雜，所以程序中大量使用子程序和中斷，采用結構化編程。由于PLC采用自由口通訊，所以需要用戶自己定義數據通訊協議，PLC通訊初始化子程序梯形圖：

　　上位機軟件采用了Borland公司出品的基于Windows平臺的軟件開發工具C++ Builder 6.0，作為當前最受歡迎的R&D開發工具，C++ Builder 6.0具有以下優點：

　　VCL可視組件庫是當前最為功能完備和高效的Windows基礎類庫之一。提供對Windows系統平臺上開發所需的全方位支持。

　　基于C++這樣一種面向對象的結構化程序設計語言。帶有快速C語言編譯器。

　　基于組件設計和可視化的開發環境。

　　基于組件的設計思路，豐富的屬性配置和事件驅動的方法提供了快速開發Windows應用程序的途徑。

　　豐富的數據庫組件提供對各種不同類型的數據庫的全面支持。獨具特色的BDE數據庫引擎提供多種數據庫的訪問支持。

　　4 結束語

　　該系統經過現場的運行，結果令人滿意，系統顯示畫面豐富、直觀，現場運行可靠，不僅各項指標滿足技術要求，同時系統的效益也有很大提高，主要表現在管理成本的降低、崗位的縮減、系統檢修周期的延長和檢修費用的降低等。

　　另外，隨著PLC技術水平的提高，其計算能力、響應速度、聯網能力、靈活性和可維護性已經達到或超過了傳統的DCS，性能價格比有了更大的提高，從而進一步推動了PLC控制系統在中小型水泥廠的應用。