基于Modicon M238的控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

王衛(wèi)華，趙慶云，于寶青，祝蘇軍

WANG Wei-hua1, ZHAO Qing-yun2, YU Bao-qing1, ZHU Su-jun1

（1.天津金牛電源材料有限責任公司，天津 300400；2.中海油天津化工研究設(shè)計院，天津 300131）

0 引言

施耐德公司的電氣產(chǎn)品應(yīng)用普及，PLC這幾年的發(fā)展也非常不錯，特別是硬件易于安裝和調(diào)試，性價比高。在軟件編程方面，線圈、中間繼電器以及模擬量的定義類似C語言變量的定義方式，可任意取名，只需要在I/O地址表中將各變量和I/O地址相關(guān)聯(lián)，這樣I/O地址的改變不影響程序，提高了編程的靈活性[1]。TM238LFDC24DT控制器可擴展7個TM2模塊，集成兩個串行接口，一個CANopen接口，一個USB編程接口，通信功能強，TM2擴展模塊緊湊，節(jié)省安裝空間。可以選擇的類型有32通道開關(guān)量輸入、32通道開關(guān)量輸出及8通道模擬量輸入等，提高了系統(tǒng)的集成規(guī)模[2]。本文將M238系列模塊應(yīng)用于車間轉(zhuǎn)水、加水自動化操作，不但提高了工作效率，也避免了誤操作的發(fā)生，提升了本質(zhì)安全性，系統(tǒng)已投入使用，運行穩(wěn)定。

1 系統(tǒng)背景

某生產(chǎn)車間共有11個吸收罐，用于對反應(yīng)后的尾氣進行吸收，轉(zhuǎn)化成一定濃度的鹽酸后，再轉(zhuǎn)到鹽酸儲罐里。A～K罐每個罐分為轉(zhuǎn)水、加水兩個操作，H罐、I罐的加水有直接加水和從J罐加水兩種，J罐、K罐的加水需經(jīng)過一級、二級噴淋塔，工藝復(fù)雜，需要雙人操作。手動執(zhí)行加水時，需要1個人時刻盯著吸收罐液位，一個人控制泵的開關(guān)，不能出現(xiàn)溢滿、打空等現(xiàn)象。加水管路用的是臨時軟管，哪個罐需要加水，把管子伸到那個罐里，員工勞動強度大，特別是在冬季，室外結(jié)冰，增加了加水、轉(zhuǎn)水作業(yè)難度。隨著產(chǎn)量的增大，車間員工對自動化生產(chǎn)要求越來越迫切。因而對轉(zhuǎn)水、加水進行自動化改造，實現(xiàn)只需旋動加水、轉(zhuǎn)水開關(guān)，即可完成整個加水、轉(zhuǎn)水操作，各加水操作之間進行互鎖，大大提高了生產(chǎn)的安全性。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)拓撲設(shè)計

該系統(tǒng)I/O點數(shù)多，閥門互鎖邏輯復(fù)雜，根據(jù)工藝及設(shè)備布局將系統(tǒng)分為兩部分進行控制，A～G罐為一部分，H～K罐及兩個噴淋塔為一部分，每部分用一臺TM238LFDC24DT控制器及相應(yīng)的擴展模塊進行控制，兩臺TM238LFDC24DT用MODBUS協(xié)議，通過SL2口進行通信，每個控制器連接一臺觸摸屏，做組態(tài)畫面實時監(jiān)控，記錄報警、液位、閥門的開關(guān)等參數(shù)信息。電動閥門的執(zhí)行電源均為220V交流電，所以PLC的開關(guān)量輸出需經(jīng)過DC24V小型繼電器，控制各個電動頭的開、關(guān)電源。電動頭的全開、全關(guān)信號靠內(nèi)部凸輪觸動限位開關(guān)來返回，返回信號的公共電源取DC24V，這樣開、關(guān)信號均為DC24V信號，直接輸入PLC當中。同樣泵的開、關(guān)電源也是通過DC24V繼電器來控制，用DC24V繼電器來充當開、關(guān)按鈕，“開”接繼電器的常開觸點，“關(guān)”接繼電器的常閉觸點。這里給出H～K罐的工藝流程圖如圖1所示。

圖1 H～K罐工藝流程圖

2.2 設(shè)備選型

控制器選用TM238LFDC24DT，觸摸屏選用北京昆侖通態(tài)公司的TPC1062K，觸摸屏與控制器之間用MODBUS協(xié)議通過SL1口進行通信。系統(tǒng)控制的主要變量是液位，在每個罐及噴淋塔內(nèi)，安裝一個磁翻轉(zhuǎn)液位計，共計14臺液位計，液位計的材質(zhì)均為聚丙材質(zhì)，已達到防腐效果。系統(tǒng)的閥門主要用電動閥共計40臺，每臺閥門的開關(guān)狀態(tài)要求反饋，系統(tǒng)包括14臺泵，每臺泵的開關(guān)狀態(tài)通過輔助觸點進行反饋。這樣A～G罐與H～K罐分別需要用1臺TM238LFDC24DT，2臺32通道開關(guān)量輸出模塊TM2 DDO 32TK，2臺32通道開關(guān)量輸入模塊TM2 DDI 32DK，1臺8通道模擬量輸入模塊TM2 AMI 8HT，1臺TPC1062K觸摸屏。系統(tǒng)將加水管道改成固定管道，并用電伴熱帶伴熱，以解決冬季防凍問題，電伴熱帶選用自控溫型低溫防腐伴熱帶。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 通信程序設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要分為通信程序設(shè)計和控制程序設(shè)計。系統(tǒng)通信主要包括觸摸屏與控制器之間的MODBUS通信以及兩臺控制器之間的MODBUS通信。

3.1.1 觸摸屏與控制器之間的通信

觸摸屏與控制器的通信較為簡單，需在觸摸屏MCGS組態(tài)軟件中建立兩個MODBUS設(shè)備，用“設(shè)備0”讀取控制器中的開關(guān)量，用“設(shè)備1”讀寫控制器中的模擬量，“通用串口父設(shè)備”的通信參數(shù)如MODBUS地址，通信波特率、數(shù)據(jù)位位數(shù)，奇偶校驗等的設(shè)置應(yīng)與控制器一致，然后將“設(shè)備0”、“設(shè)備1”的“32位整數(shù)校驗碼順序”設(shè)為“2-3412”，“32位浮點數(shù)解碼順序”設(shè)為“2-3412”，“設(shè)備地址”設(shè)為“1”，此地址便是M238的SL1口的MODBUS從機地址。M238的MODBUS地址只用到4區(qū)，在和MCSG通信時，位的地址加1，雙字的地址乘2加1。例如MCSG中的MODBUS地址40001.00～40001.15對應(yīng)M238中的位地址%MX0.0～%MX1.7，40002.00對應(yīng)%MX2.0，4DF0201對應(yīng)%MD100，4DF0203對應(yīng)%MD101。

3.1.2 M238之間的通信程序設(shè)計

圖2 “READ_VAR”功能塊參數(shù)設(shè)置

兩臺M238之間通過SL2口用MODBUS 協(xié)議進行通信，選H～K罐的控制器為主站，A～G罐的為從站，在主站里做通信程序，讀寫從站里的變量。程序主要用到“ADDM”功能塊，“READ_VAR”功能塊，“WRITE_VAR”功能塊以及“BLINK”功能塊等?，F(xiàn)以讀變量為例進行說明，首先用“ADDM”功能塊將從站地址轉(zhuǎn)化位地址變量格式，再用“BLINK”功能塊定時觸發(fā)“READ_VAR”功能塊，經(jīng)調(diào)試M238只能讀取字類型變量，即參數(shù)Objtype只能選擇ObjectType.MW類型，參數(shù)FirstObject設(shè)置為300即讀取從站%MW300開始的變量，Quantity設(shè)置為2，即讀取%MW300，%MW301兩個變量。在從站里需要用“BIT_AS_WORD”功能塊將用到的各開關(guān)量轉(zhuǎn)換為字變量，然后將該值發(fā)送到地址為%MW300的變量當中。參數(shù)Buffer的值是存儲讀取變量的數(shù)組的地址，即將讀取到的兩個值存儲在v_wregister[0]和v_wregister[1]當中[3]。“READ_VAR”功能塊的各參數(shù)設(shè)置如圖2所示。

3.2 控制程序設(shè)計

系統(tǒng)的控制程序主要內(nèi)容是根據(jù)液位變化控制各轉(zhuǎn)水、加水閥門和泵，各個罐的加水之間進行互鎖，即同一時間只能有一個罐進行加水，一個罐不能同時進行加水、轉(zhuǎn)水操作。加水、轉(zhuǎn)水完畢后發(fā)出聲光報警信息，誤操作時發(fā)出誤操作報警信息。 現(xiàn)以J罐加水為例進行說明，J罐加水時首先判斷是否滿足加水條件，滿足則進入加水程序，由蓄水池向噴淋塔1加水，噴淋塔1向噴淋塔2加水，噴淋塔1向J罐加水，當噴淋塔1液位低于下限時，停止向噴淋塔2加水，高于上限時回復(fù)加水，同樣噴淋塔2低于下限時停止向J罐加水，高于上限時回復(fù)加水。J罐液位超過上限后，噴淋塔2停止向J罐加水，當噴淋塔1、噴淋塔2的液位分別滿足上限后，程序結(jié)束。程序流程圖如圖3所示。

4 組態(tài)軟件設(shè)計

觸摸屏的組態(tài)軟件是MCGS嵌入版7.2，該軟件功能強大，具有配方管理、歷史趨勢、數(shù)據(jù)存儲、報警存儲等功能。內(nèi)置的圖庫種類齊全，方便用戶做出生動的組態(tài)畫面。軟件用類C語言進行編程，觸發(fā)事件，指定各種策略程序便于調(diào)用[4]。組態(tài)軟件程序主要是液位參數(shù)的在線修改及保存，其他的水流設(shè)置，數(shù)據(jù)存儲，報警存儲等主要參數(shù)設(shè)置。液位參數(shù)的置程序主要用到!SaveSi ngleDataInit()，!FlushDataInitValueToDisk()，兩個函數(shù)，兩個函數(shù)結(jié)合使用，實現(xiàn)的功能是將某變量的當前值設(shè)置為該變量的初始值，以便掉電重啟后，設(shè)置的參數(shù)值不會丟失，腳本程序如圖4所示。

5 結(jié)論

圖3 J罐加水程序流程圖

圖4 腳本程序圖

本控制系統(tǒng)已投入實際生產(chǎn)，運行穩(wěn)定。系統(tǒng)充分利M238的MODBUS通信功能，實現(xiàn)TPC1062K與M238，以及兩個M238之間的通信，以較低的成本完成了較大的控制系統(tǒng)。對于系統(tǒng)的磁力泵，通過電路設(shè)計實現(xiàn)多地控制，并將泵與對應(yīng)的閥門進行互鎖，避免串料現(xiàn)象發(fā)生。當轉(zhuǎn)水、打水的磁力泵啟動后，判斷30秒內(nèi)液位是否變化，以便及時發(fā)現(xiàn)磁力泵是否打空等，自動化成產(chǎn)不但提高了生產(chǎn)效率也避免了誤操作的發(fā)生，大大提升了系統(tǒng)的本質(zhì)安全。

[1]Modicon M218、M238、M258可編程邏輯控制器綜合選型指南[M].Schneider-Electric Pty Ltd.2012.1.

[2]SoMachine教程[M].Schneider-Electric Pty Ltd.2011.2.

[3]Modbus RTU Communications-Read/Write Variables[M].Schneider-Electric Pty Ltd.2012.4.

[4]MCGS嵌入版用戶指南[Z]. 北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司.2009.