基于PLC的高炉上料控制系统软件设计与实现
【摘 要】高炉上料的控制系统软件包括上位机的监控组态软件和下位机的PLC编程软件。上位机的监控软件以德国西门子公司的工业控制组态软件WinCC6.0为平台，开发设计了工作软件；下位机PLC编程以西门子公司提供的专用编程软件SIEMENS STEP7 V5.3为平台进行工作软件的设计。该控制系统在某厂高炉上料生产线已经运行，实际运行效果表明：控制精度和抗干扰能力等性能满足工业应用的需求。
【关键词】高炉上料控制；PLC；软件设计
0 引言上位机软件开发培训
PLC 在当今工业自动化控制领域发挥了重要的作用，它集自动化技术、计算机技术，通讯技术于一体，在工业控制领域得到了广泛的应用。高炉上料系统是保证高炉正常生产的关键。软件的稳定直接关系到高炉的可靠运行。本设计中运用SteP7编程软件，编制了下位机的上料控制程序，实现了高炉上料系统按生产工艺自动完成配料、称重、上料、布料全过程，满足控制要求。同时，使用工控组态软件WinCC6.0对上料控制系统进行组态，设计了具有Windows风格
的操作画面，可进行生产过程实时监控、动态模拟、数据统计、记录查询等操作。该控制系统工作效率高，可靠性好，故障率更低，从而使高炉生产的技术层次和经济指标大幅提高[1]。
1 系统采用的软件及特点
系统采用的控制软件为西门子STEP7 V5.3[2]。
STEP7 V5.3是用于SIMATIC可编程控制器的组态和编程的标准软件包。该软件包支持自动化任务创建、实施过程的各阶段，包括任务的建立和管理、对硬件和通信做组态和参数赋值、符号管理、程序块和程序的编制、程序的下载、系统测试和设备故障诊断。标准软件包组成如图1所示。
SIMATIC管理器：管理属于一个自动化项目的所有数据，无论是为项目的哪个可编程控制系统设计的。编辑所选数据所需的工具由SIMATIC管理器自行启动。
符号编辑器：使用符号编辑器可以管理所有的共享符号。符号编辑器可为过程信号（输入/输出）、位存储和块设定符号名、注释和分类。
硬件组态：该功能可以为自动化项目的硬件做组态和参数赋值。包括：组态可编程控制器，将所需的模块安排在合适的机架和槽上；组态分布I/O与中央I/O；设置模块属性及设置通道属性。
通信组态：该功能可以设置通信连接及连接地址：选择所采用的通信方式和模块；选择通信协议。
编程语言：STEP7集成了梯形逻辑（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）三种编程语言。梯形逻辑（LAD）；语句表（STL）是编程语言的文本表达方式；而功能块图（FBD）也是编程语言的图形表达方式，但用与布尔代数相类似的逻辑框来表达逻辑。
硬件诊断：该功能用来显示模块的概况信息；显示中央和分布式I/O站的模块信息；显示来自诊断缓冲区的报文及显示CPU、MPI的性能数据。
2 PLC工作程序设计
在S7-400中编写程序时一般有两种编程结构即线性化编程和结构化编程。线性化编程只有在编写简单程序并且需要较少存储区域时才考虑使用这种方法；结构化编程是将复杂的自动化
任务分解为能够反应过程的工艺、功能或可以反复使用的小任务。
在进行PLC程序设计时，为增强程序的可读性，方便调试和维护工作和为能使数据库结构统一，方便WINCC组态时变量标签的统一编制和设备状态的统一显示，采用模块式结构的程序，即结构化编程。
1）标准组控制块的设计：组的三种控制方式由上位机设定；设置组起动和停止、组内故障报警和综合输出、故障应答和复位；针对组起动命令、组停止命令、组起动完成、组停止完成信号、组运转信号、组起停连锁信号、故障信号分别输出不同的组状态字；除正常各种开停控制外，设置了紧急组停。标准组控制块程序流程图如图2所示。
2）控制设备的分组：主要是根据工艺要求将生产流程上的设备分为若干个工艺组。譬如料仓设备控制组、料车设备控制组、探尺设备控制组、液压与布料器设备控制组等等。
3）设备控制组程序编制：调用标准组控制块并生成相应的背景数据块；将各组、各台设备的I/O点、各种连锁信号分别对应到标准程序块的变量上；分别设置各台设备的起停顺序、起停连锁、起停延时；逻辑控制线路及闭环控制的设计；设置组内设备报警信号。
3 工作站PC机程序设计
主监控图形画面上，许多的操作图形均是与对象相连接的。但这些操作图形必须插入到主监控图形画面上，在定义它们的显示属性时，初始状态一般定义为不显示，当与它相连的对象被击发时才显示，譬如，各个工艺参数的趋势窗口、各个程序组的操作窗口、各个电机的操作窗口、各个给定的调节窗口等等。
主监控图形画面可以是一个或多个，一般以工艺流程图为基础，控制操作方便为原则。图3是高炉操作监控图形画面。
WinCC监控程序完成以上组态后使操作站具有如下功能：
控制操作：在控制室里能对全控设备进行控制，对各现场控制站的PLC的参数进行设定和修改，具有良好的人机界面，可方便地进行图形间的切换和各种功能的调用。设立不同的安全操作等级，针对不同的操作者，设置相应的加密等级，记录操作员及其操作信息。
显示功能：用设计或实地图片的方法生成图形，实时显示某参数，可定义不同的颜来表示被测参数所处的不同范围，使参数的变化过程一目了然。对全工艺过程、工艺参数、设备状
态等通过颜的变化、百分比、标填充、动画等多种直观方式动态显示。
数据处理及管理：记录并显示工艺参数、量参数的变化曲线或趋势图，利用在线数据和数据库的数据进行分析、统计、计算、显示。
报警功能：当某一参数异常或设备故障时，可根据不同的报警类别，发出声光报警、屏幕报警、输入报警表、打印输出或播放事先录制的语言提示，同时显示相应的提示信息，并记录在报警数据库中，且可分等级。
4 结语
本文研究了集散式控制软件系统的设计。PLC编程软件采用西门子STEP7 V5.3，实现设备之间的连锁，系统的手动、自动控制。上位监控软件西门子监控软件WinCC 6.0的强大功能实现了系统的全面监控、变量存档、报警记录，提供了很好的人机界面。该系统软件运行稳定可靠。
【参考文献】
[1]张君霞.高炉上料控制系统的研究[D].西南交通大学，2007，9.
[2]SIEMENS user’s STEP7 Manual[M].Siemens AG，2001.

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