盾尾密封油脂生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

紀(jì)博林

摘 要 盾尾密封油脂是應(yīng)用于盾構(gòu)施工設(shè)備中的主要配套材料之一，具有密封和潤(rùn)滑的作用，可有效的保護(hù)盾尾和隔絕泥漿，保障盾構(gòu)順利推進(jìn)，對(duì)盾構(gòu)有防蝕和減少磨損的效果。在盾構(gòu)施工中，盾尾密封油脂作為一種消耗量較大且必不可少的工程材料，其生產(chǎn)要求也是很高的，因此，結(jié)合盾尾密封油脂的生產(chǎn)加工工藝，設(shè)計(jì)一套生產(chǎn)效率較高、生產(chǎn)質(zhì)量有保證的自動(dòng)化生產(chǎn)線是很有必要的。本文主要從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面闡述了自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，可為類似高分子制品實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)提供借鑒。

關(guān)鍵詞 組態(tài);盾尾密封油脂;PLC數(shù)據(jù)處理

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）22-0083-02

1 概述

盾尾密封油脂是盾構(gòu)尾部密封的重要材料，用來(lái)填充盾尾鋼絲刷與管片之間的空隙密封油脂與鋼絲刷結(jié)合形成的盾尾密封層能有效阻止泥漿和地下水的入侵，使盾構(gòu)的尾部實(shí)現(xiàn)密

封[1]。盾構(gòu)施工是城市軌道交通隧道施工的主要方法， 盾尾密封油脂是盾構(gòu)施工中密封防水的主要材料[2]。結(jié)合自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)在化工及食品等行業(yè)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)一套功能齊全、自動(dòng)化水平較高的盾尾密封油脂生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)是很有必要的。

在傳統(tǒng)的盾尾密封油脂生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)人員需根據(jù)配料比及生產(chǎn)任務(wù)計(jì)算出各成分的重量，然后要通過(guò)人工完成取料、稱重、投料等工序，在這個(gè)過(guò)程中，人工配料工作繁重，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)數(shù)據(jù)記錄，產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有保障且效率較低，不能很好的保證企業(yè)的生產(chǎn)要求和市場(chǎng)需求。

本文以可編程邏輯控制器（PLC），組態(tài)軟件，等現(xiàn)代工控技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)了以PC機(jī)為上位機(jī)[3]， 以PLC作為下位機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)。盾尾密封油脂自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)按照人工輸入的原材料配比及生產(chǎn)任務(wù)，自動(dòng)控制每種原材料的重量和溫度，并實(shí)時(shí)監(jiān)控記錄生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，形成報(bào)表保存在生產(chǎn)記錄文件中，為生產(chǎn)管理提供了歷史溯源，有效的保證了生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)油脂生產(chǎn)線的工藝流程，需要對(duì)原料的溫度、重量進(jìn)行采集與控制，為有效的實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)布料的功能，先初步確定PLC的型號(hào)，根據(jù)所選PLC型號(hào)及參數(shù)，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)備。

1）PLC的選取。根據(jù)油脂生產(chǎn)線的工藝流程，需要對(duì)原料的溫度、重量進(jìn)行采集與控制，為有效的實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)布料的功能，先初步確定PLC的型號(hào)，根據(jù)所選PLC型號(hào)及參數(shù)，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)備。

為保證自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)擁有更好的可靠性，選用西門子S7-200系列，該系列PLC與其他類似PLC相比較擁有以下一些優(yōu)點(diǎn)。

①西門子PLC的編程更加靈活，程序結(jié)構(gòu)中，子程序可編譯局部變量，在同一套程序中可隨時(shí)調(diào)用，減少了開發(fā)難度和時(shí)間。

②s7-200數(shù)據(jù)的處理能力更加強(qiáng)大，通過(guò)編程軟件，可進(jìn)行強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算。

③s7-200通過(guò)拓展模塊，可直接讀寫模擬量，程序編寫更加方便。

④s7-200的軟件操作更加方便，由于應(yīng)用性更加廣泛，可方便資料的查找，可靠性高，與其他設(shè)備如觸摸屏、軟件組態(tài)監(jiān)控等兼容性更好。

同時(shí)，根據(jù)采集與控制的模擬量及數(shù)字量的點(diǎn)數(shù)選擇該系列的cpu226和3塊EM235模擬量拓展模塊。

2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的選擇。

①溫度傳感器的選擇。本系統(tǒng)溫度傳感器采用E型熱電偶傳感器， E型熱電偶的特點(diǎn)是熱電動(dòng)勢(shì)大，靈敏度高，可測(cè)量微小的溫度變化。結(jié)合油脂生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝及現(xiàn)場(chǎng)濕度較大的生產(chǎn)環(huán)境，選用穩(wěn)定性好，抗氧化性能高的E熱電偶是最合適的。

②稱重傳感器的選擇。該系統(tǒng)配置LP110單剪切梁式稱重傳感器，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

推薦激勵(lì)電壓：6～15V（DC/AC）;

最大激勵(lì)電壓：20V（DC/AC）;

額定輸出：2±0.1%mV/V;

非線性：0.02%F.S;

滯后性：0.02%F.S;

重復(fù)性：0.01%F.S;

蠕變：0.02%F.S/30min;

輸出阻抗：350±1Ω;

安全過(guò)載：150%F.S;

極限過(guò)載：250%F.S。

③PC與PLC的硬件連接。為了便于PC機(jī)調(diào)試、下載PLC程序，同時(shí)實(shí)現(xiàn)PLC與PC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，需要在PC機(jī)和PLC 之間建立硬件連接。本系統(tǒng)采用了PPI協(xié)議，使用USB/PPI通信編程電纜實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和PLC 之間建立硬件連接。

3 軟件設(shè)計(jì)

1）PLC的編程。結(jié)合油脂生產(chǎn)線的工藝流程，確定各I/O口對(duì)應(yīng)的功能，內(nèi)部采用模塊化編程，根據(jù)各個(gè)采集模塊的不同，確定相應(yīng)的子程序以及采樣中斷，對(duì)模擬量的控制采用PID控制，通過(guò)對(duì)比例參數(shù)、積分參數(shù)的調(diào)節(jié)，使得PLC對(duì)模擬量的控制達(dá)到穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速的控制要求，同時(shí)，為保證生產(chǎn)線后期維護(hù)的可靠性，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)報(bào)警程序，以及觸摸屏的參數(shù)修改程序。PLC上電后的程序執(zhí)行過(guò)程如圖1。

圖1 PLC程序流程圖

2）人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用組態(tài)王設(shè)計(jì)人機(jī)界面，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括監(jiān)控畫面的組態(tài)、數(shù)據(jù)變量的創(chuàng)建、報(bào)警及報(bào)表窗口的設(shè)計(jì)，通過(guò)組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)的人機(jī)界面，可實(shí)現(xiàn)在有效的溫度范圍內(nèi)設(shè)定溫度及重量，同時(shí)，各原料罐的溫度及重量在畫面中實(shí)時(shí)顯示，需要的時(shí)候可將數(shù)據(jù)以xls的格式保存在文件當(dāng)中，以便日后的查閱及修改，提高油脂配方的可靠性，畫面參考語(yǔ)言如下：

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3）數(shù)據(jù)通訊。本系統(tǒng)中上位機(jī)PC與PLC的數(shù)據(jù)通訊是通過(guò)OPC實(shí)現(xiàn)的，OPC（OLE for Process Control，用于進(jìn)程控制的OLE）是一種開放式系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)，可允許在自動(dòng)化應(yīng)用（如PLC等）、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和基于PC的應(yīng)用程序（例如HMI或辦公室應(yīng)用程序）之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換圖如圖2。

圖2 OPC數(shù)據(jù)交換圖

本系統(tǒng)中選用的OPC服務(wù)器是S7-200 PC Access軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)的OPC服務(wù)器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可與所有標(biāo)準(zhǔn)OPC客戶機(jī)配合使用，并允許一臺(tái)PC機(jī)與多個(gè)PLC連接[4]。

本系統(tǒng)中所有與組態(tài)王中相關(guān)的數(shù)據(jù)變量均由s7-200 PC Access軟件創(chuàng)建，創(chuàng)建完成后，可通過(guò)該軟件自身的測(cè)試機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)是否配置成功，如圖3是已創(chuàng)建好的數(shù)據(jù)界面。

圖3 s7-200PC Access軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)

4 結(jié)束語(yǔ)

本自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用到了盾尾密封油脂的生產(chǎn)中，從現(xiàn)場(chǎng)反饋的情況，具有可靠性高，便于管理，集成度好等優(yōu)點(diǎn)，基于該自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)可延伸應(yīng)用到高分子制品的生產(chǎn)中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]王德乾.關(guān)于盾尾密封油脂抗水壓密封性和泵送性測(cè)試的探討[J].隧道建設(shè)：2014，34（2）：107-110.

[2]嚴(yán)振林，郭京波.盾尾密封油脂性能評(píng)價(jià)方法研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，23（4）：91-94.

[3]陳欽標(biāo).基于PLC和組態(tài)軟件InTouch9.5的配料控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與工程學(xué)院，2010：1-3.

[4]陳新，周元玲.通過(guò)OPC實(shí)現(xiàn)PC與西門子S7-200PLC數(shù)據(jù)通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint

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3）數(shù)據(jù)通訊。本系統(tǒng)中上位機(jī)PC與PLC的數(shù)據(jù)通訊是通過(guò)OPC實(shí)現(xiàn)的，OPC（OLE for Process Control，用于進(jìn)程控制的OLE）是一種開放式系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)，可允許在自動(dòng)化應(yīng)用（如PLC等）、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和基于PC的應(yīng)用程序（例如HMI或辦公室應(yīng)用程序）之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換圖如圖2。

圖2 OPC數(shù)據(jù)交換圖

本系統(tǒng)中選用的OPC服務(wù)器是S7-200 PC Access軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)的OPC服務(wù)器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可與所有標(biāo)準(zhǔn)OPC客戶機(jī)配合使用，并允許一臺(tái)PC機(jī)與多個(gè)PLC連接[4]。

本系統(tǒng)中所有與組態(tài)王中相關(guān)的數(shù)據(jù)變量均由s7-200 PC Access軟件創(chuàng)建，創(chuàng)建完成后，可通過(guò)該軟件自身的測(cè)試機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)是否配置成功，如圖3是已創(chuàng)建好的數(shù)據(jù)界面。

圖3 s7-200PC Access軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)

4 結(jié)束語(yǔ)

本自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用到了盾尾密封油脂的生產(chǎn)中，從現(xiàn)場(chǎng)反饋的情況，具有可靠性高，便于管理，集成度好等優(yōu)點(diǎn)，基于該自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)可延伸應(yīng)用到高分子制品的生產(chǎn)中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]王德乾.關(guān)于盾尾密封油脂抗水壓密封性和泵送性測(cè)試的探討[J].隧道建設(shè)：2014，34（2）：107-110.

[2]嚴(yán)振林，郭京波.盾尾密封油脂性能評(píng)價(jià)方法研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，23（4）：91-94.

[3]陳欽標(biāo).基于PLC和組態(tài)軟件InTouch9.5的配料控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)自動(dòng)化科學(xué)與工程學(xué)院，2010：1-3.

[4]陳新，周元玲.通過(guò)OPC實(shí)現(xiàn)PC與西門子S7-200PLC數(shù)據(jù)通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint

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3）數(shù)據(jù)通訊。本系統(tǒng)中上位機(jī)PC與PLC的數(shù)據(jù)通訊是通過(guò)OPC實(shí)現(xiàn)的，OPC（OLE for Process Control，用于進(jìn)程控制的OLE）是一種開放式系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)，可允許在自動(dòng)化應(yīng)用（如PLC等）、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和基于PC的應(yīng)用程序（例如HMI或辦公室應(yīng)用程序）之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換圖如圖2。

圖2 OPC數(shù)據(jù)交換圖

本系統(tǒng)中選用的OPC服務(wù)器是S7-200 PC Access軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列PLC設(shè)計(jì)的OPC服務(wù)器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可與所有標(biāo)準(zhǔn)OPC客戶機(jī)配合使用，并允許一臺(tái)PC機(jī)與多個(gè)PLC連接[4]。

本系統(tǒng)中所有與組態(tài)王中相關(guān)的數(shù)據(jù)變量均由s7-200 PC Access軟件創(chuàng)建，創(chuàng)建完成后，可通過(guò)該軟件自身的測(cè)試機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)是否配置成功，如圖3是已創(chuàng)建好的數(shù)據(jù)界面。

圖3 s7-200PC Access軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)

4 結(jié)束語(yǔ)

本自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用到了盾尾密封油脂的生產(chǎn)中，從現(xiàn)場(chǎng)反饋的情況，具有可靠性高，便于管理，集成度好等優(yōu)點(diǎn)，基于該自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)可延伸應(yīng)用到高分子制品的生產(chǎn)中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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