论文部分内容阅读
摘要：
本文现针对工厂双向拉伸电容薄膜生产线电气自动化系统的设计及应用来剖析电气自动化控制技术。以便同行交流。
关键词：电气自动化；设计应用
前言：
智能控制、信息网络、电子技术的飞速发展与电子信息技术紧密结合，促使计算机技术成为了工业控制的标准平台。自从可编程控制器（PLC）及PC控制软件的标准化后，电气自动化在工业领域更受到了高度重视，尤其是在工厂生产方面。
1. 工厂电气自动化控制技术系统分析
自动化控制技术系统具有可靠性高和可维护性好、环境适应性强、控制的实时等优良特点，但设计一个性能优良的工厂电气自动化控制系统，要注意对实际情况的调查，通过对生产过程的深入了解、分析以及对生产操作过程和现场环境的熟悉，才能确定系统的控制任务，设计出切实可行的控制系统。
以下针对实际工厂中双向拉伸电容薄膜生产线的自动化控制系统工程为例，对电气自动化控制系统设计及应用产生的效益加以阐明。
2.电气自动化控制系统的设计
根据双向拉伸电容薄膜生产线的实际情况及技术要求，硬件方案设计大体包含以下几个方面的的内容：
（1） 确定系统的结构和类型
根据系统要求，确定采用开环还是闭环控制。闭环控制还需进一步确定是单闭环还是多闭环控制。实际可供选择的控制系统类型有：操作指导控制系统；直接数字控制（DDC）系统；监控计算机控制（SCC）系统；分级控制系统；分散型控制系统（DCS）；工业测控网络系统等。
（2） 确定系统的构成方式
系统的构成方式应优先选择采用工业控制机来构成系统的方式。工业控制机具有系统列化、模块化、标准化和开放结构，有利于系统设计者在系统设计时根据要求任意选择，搭积木式组建系统。这种方式可提高研制和可发速度，提高系统的技术水平和性能，增加可靠性。
（3） 选择输入输出通道模块
一个典型的自动化控制系统，除了工业控制主机以外，还必须有各种输入输出通道模块，其中包括数字量I/O（即DI/DO）、模拟量I/O（AI/AO）等模块。系统中的输入输出模块，可按需要进行组合，但不管哪种类型的系统，其模板的选择与组合均可由生产过程的输入参数和输出控制通道的种类和数量来确定。
（4） 选择变送器和执行机构
常用的变送器有温度变送器、压力变送器、液位变送器、压差变送器、流量变送器、各种电量变送器等。系统设计人员可根据被测参数的种类、量程、被测对象的介质类型和环境来选择变送器的具体型号。
执行机构是控制系统中必不可少的组成部分，它的作用是接受控制主机发出的控制信号，并把它转换成调整机构的动作，使生产过程按预先规定的要求正常运行。例如：电磁阀、电气转换器、气动调节阀等。
另外，还应考虑人—机联系方式、系统的机柜及现场操作机台的结构设计、抗干扰等方面的问题。
2.2 软件方案设计
软件方案设计应考虑确定系统的数学模型、控制策略、控制算法。一般工业控制机会把工业控制所需的各种功能以模块形式提供给用户。其中包括：控制算法模块（多为PID），运算模块（四则运算、工程量变换、上下限报警等），计数/计时模块，逻辑运算模块，输入模块，输出模块，CRT模块等。系统设计者应根据控制要求，选择所需的模块生成系统控制软件。具体的设计主要包含有以下几个方面的内容：
（1） 系统数据类型和数据结构的规划
明确各接口参数的数据类型和数据机构，保证系统各个模块之间能进行各种信息的传递。
（2） 系统资源的分配
系统资源中的ROM、RAM、定时器/计算器、中断源、I/O地址等需提前分配好，其中RAM资源的规划分配将作为后阶段编程的重要依据。
（3）实时控制程序的设计
实时控制软件的设计一般包含以下程序：①数据采集及数据处理程序：（数字滤波程序、线性化处理和非线性补偿、标度换货程序、越限报警程序等）；②控制算法程序（数字PID控制算法、达林算法、Smith补偿控制算法、串级控制算法、前馈控制算法、模糊控制算法、最优控制算法等）；③控制量输出程序，控制量输出程序实现对控制量的处理（上下限和变化率处理）、控制量的变换及输出，驱动执行机构或各种电气开关；④实时时钟和中断处理程序；⑤数据管理程序
（这部分程序用于生产管理，主要包括画面显示、变化趋势分析、报警记录、统计报表打印输出等）；⑥数据通信程序（数据通信程序主要完成计算机与计算机之间、计算机与智能设备之间的信息传递和交换。这个功能主要在分散型控制系统、分级计算机控制系统、工业网络等系统中实现）。
3.电气自动化控制系统的应用
基于上述双向拉伸电容薄膜生产线的自动化控制系统设计基础上，对其在工厂应用上产生的效益加以阐明。
生产线的所有控制逻辑运算都由PLC完成，包括温度、压力、张力、流量等工艺参数、以及電机的速度、电流、转矩、运行状态。PLC选用西门子S7-300 大中型的CPU 317-2DP、开关量输入输出模板、模拟量输入输出模板、专用闭环控制模板。
上位机方面选用西门子WINCC监控软件与PLC进行通讯，在监控画面中显示生产过程的所有参数，以及把生产线的工艺设定参数传到PLC，同时对PLC中生产过程参数进行归档，对生产过程报警进行显示归档等处理。方便工程技术人员对以往生产过程设备运行参数进行分析对比、设备故障的排查，提高了生产设备运行状态的预知性。
WINCC有标准的数据接口可通过以太网能与整个工厂的生产管理系统连接，可与office应用程序电子表格excel、数据库程序Access交换数据，易于生产线数据的管理统计。标准的SQL数据库，可以方便与整个工厂的信息管理系统集成，有效地提高生产业务统计的效率。
同时上位机装有PCANYWHERE软件用于远程通讯，可通过普通网页浏览器异地远程监控生产过程，便于管理人员进行远程监控或作生产调度。
4. 结束语
随着经济技术的不断发展，电气自动化控制技术也将在各个经济领域得到广泛的应用，尤其是在企业的集约化大生产中，它不仅有利于企业的集中生产、提高生产效率、节约成本，从而就有利于提高企业的经济效益和扩大再生产。
【参 考 文 献】
【1】 高强. 马丁. 西门子PLC（200/300/400）应用程序设计实例精讲 [2版].北京.电子工业出版社 2009
【2】 廖常初. S7-300/400 PLC 应用技术.北京.机械工业出版社 2005
【3】 施耐德电气. Lexium 控制系统. 2004
【4】 高钦和. 可编程控制器应用技术与设计. 北京. 人民邮电出版社. 2004
【5】 MITSUBISHI. 三菱图示操作终端 F940GOT-SWD，F940GOT-LWD 操作手册. 1999
本文现针对工厂双向拉伸电容薄膜生产线电气自动化系统的设计及应用来剖析电气自动化控制技术。以便同行交流。
关键词：电气自动化；设计应用
前言：
智能控制、信息网络、电子技术的飞速发展与电子信息技术紧密结合，促使计算机技术成为了工业控制的标准平台。自从可编程控制器（PLC）及PC控制软件的标准化后，电气自动化在工业领域更受到了高度重视，尤其是在工厂生产方面。
1. 工厂电气自动化控制技术系统分析
自动化控制技术系统具有可靠性高和可维护性好、环境适应性强、控制的实时等优良特点，但设计一个性能优良的工厂电气自动化控制系统，要注意对实际情况的调查，通过对生产过程的深入了解、分析以及对生产操作过程和现场环境的熟悉，才能确定系统的控制任务，设计出切实可行的控制系统。
以下针对实际工厂中双向拉伸电容薄膜生产线的自动化控制系统工程为例，对电气自动化控制系统设计及应用产生的效益加以阐明。
2.电气自动化控制系统的设计
根据双向拉伸电容薄膜生产线的实际情况及技术要求，硬件方案设计大体包含以下几个方面的的内容：
（1） 确定系统的结构和类型
根据系统要求，确定采用开环还是闭环控制。闭环控制还需进一步确定是单闭环还是多闭环控制。实际可供选择的控制系统类型有：操作指导控制系统；直接数字控制（DDC）系统；监控计算机控制（SCC）系统；分级控制系统；分散型控制系统（DCS）；工业测控网络系统等。
（2） 确定系统的构成方式
系统的构成方式应优先选择采用工业控制机来构成系统的方式。工业控制机具有系统列化、模块化、标准化和开放结构，有利于系统设计者在系统设计时根据要求任意选择，搭积木式组建系统。这种方式可提高研制和可发速度，提高系统的技术水平和性能，增加可靠性。
（3） 选择输入输出通道模块
一个典型的自动化控制系统，除了工业控制主机以外，还必须有各种输入输出通道模块，其中包括数字量I/O（即DI/DO）、模拟量I/O（AI/AO）等模块。系统中的输入输出模块，可按需要进行组合，但不管哪种类型的系统，其模板的选择与组合均可由生产过程的输入参数和输出控制通道的种类和数量来确定。
（4） 选择变送器和执行机构
常用的变送器有温度变送器、压力变送器、液位变送器、压差变送器、流量变送器、各种电量变送器等。系统设计人员可根据被测参数的种类、量程、被测对象的介质类型和环境来选择变送器的具体型号。
执行机构是控制系统中必不可少的组成部分，它的作用是接受控制主机发出的控制信号，并把它转换成调整机构的动作，使生产过程按预先规定的要求正常运行。例如：电磁阀、电气转换器、气动调节阀等。
另外，还应考虑人—机联系方式、系统的机柜及现场操作机台的结构设计、抗干扰等方面的问题。
2.2 软件方案设计
软件方案设计应考虑确定系统的数学模型、控制策略、控制算法。一般工业控制机会把工业控制所需的各种功能以模块形式提供给用户。其中包括：控制算法模块（多为PID），运算模块（四则运算、工程量变换、上下限报警等），计数/计时模块，逻辑运算模块，输入模块，输出模块，CRT模块等。系统设计者应根据控制要求，选择所需的模块生成系统控制软件。具体的设计主要包含有以下几个方面的内容：
（1） 系统数据类型和数据结构的规划
明确各接口参数的数据类型和数据机构，保证系统各个模块之间能进行各种信息的传递。
（2） 系统资源的分配
系统资源中的ROM、RAM、定时器/计算器、中断源、I/O地址等需提前分配好，其中RAM资源的规划分配将作为后阶段编程的重要依据。
（3）实时控制程序的设计
实时控制软件的设计一般包含以下程序：①数据采集及数据处理程序：（数字滤波程序、线性化处理和非线性补偿、标度换货程序、越限报警程序等）；②控制算法程序（数字PID控制算法、达林算法、Smith补偿控制算法、串级控制算法、前馈控制算法、模糊控制算法、最优控制算法等）；③控制量输出程序，控制量输出程序实现对控制量的处理（上下限和变化率处理）、控制量的变换及输出，驱动执行机构或各种电气开关；④实时时钟和中断处理程序；⑤数据管理程序
（这部分程序用于生产管理，主要包括画面显示、变化趋势分析、报警记录、统计报表打印输出等）；⑥数据通信程序（数据通信程序主要完成计算机与计算机之间、计算机与智能设备之间的信息传递和交换。这个功能主要在分散型控制系统、分级计算机控制系统、工业网络等系统中实现）。
3.电气自动化控制系统的应用
基于上述双向拉伸电容薄膜生产线的自动化控制系统设计基础上，对其在工厂应用上产生的效益加以阐明。
生产线的所有控制逻辑运算都由PLC完成，包括温度、压力、张力、流量等工艺参数、以及電机的速度、电流、转矩、运行状态。PLC选用西门子S7-300 大中型的CPU 317-2DP、开关量输入输出模板、模拟量输入输出模板、专用闭环控制模板。
上位机方面选用西门子WINCC监控软件与PLC进行通讯，在监控画面中显示生产过程的所有参数，以及把生产线的工艺设定参数传到PLC，同时对PLC中生产过程参数进行归档，对生产过程报警进行显示归档等处理。方便工程技术人员对以往生产过程设备运行参数进行分析对比、设备故障的排查，提高了生产设备运行状态的预知性。
WINCC有标准的数据接口可通过以太网能与整个工厂的生产管理系统连接，可与office应用程序电子表格excel、数据库程序Access交换数据，易于生产线数据的管理统计。标准的SQL数据库，可以方便与整个工厂的信息管理系统集成，有效地提高生产业务统计的效率。
同时上位机装有PCANYWHERE软件用于远程通讯，可通过普通网页浏览器异地远程监控生产过程，便于管理人员进行远程监控或作生产调度。
4. 结束语
随着经济技术的不断发展，电气自动化控制技术也将在各个经济领域得到广泛的应用，尤其是在企业的集约化大生产中，它不仅有利于企业的集中生产、提高生产效率、节约成本，从而就有利于提高企业的经济效益和扩大再生产。
【参 考 文 献】
【1】 高强. 马丁. 西门子PLC（200/300/400）应用程序设计实例精讲 [2版].北京.电子工业出版社 2009
【2】 廖常初. S7-300/400 PLC 应用技术.北京.机械工业出版社 2005
【3】 施耐德电气. Lexium 控制系统. 2004
【4】 高钦和. 可编程控制器应用技术与设计. 北京. 人民邮电出版社. 2004
【5】 MITSUBISHI. 三菱图示操作终端 F940GOT-SWD，F940GOT-LWD 操作手册. 1999