发布时间：2014-11-23 来源：人大经济论坛

新型PLC生产控制系统的设计及其在中型规模水泥厂的应用_自动化专业毕业论文   摘要：本文总结苏州南新水泥有限公司日产700吨余热发电水泥生产线新型PLC生产控制系统的应用实践，通过比较全面的调查研究，选择当今世界上最优秀的软硬件，构成高性能价格比的实用系统，具有良好的人机界面，完善的操作功能，实现对工艺设备和生产过程的实时监控，符合中型规模水泥厂装备水平的实际需要，对当前为数众多的地方水泥厂扩建改造具有普遍的指导意义。本文在系统网络功能、组态软件运用、与成套电控设备的连接与通信、提高系统抗干扰性能等方面，做出了较为详细的论述。     关键词  PLC系统设计  网络功能  组态软件  生产线控制  微机配料     进入九十年代以后，在我国水泥工业中占居重要地位的地方水泥企业，已经开始进入一个新的发展阶段。大批有实力的立窑厂，正在逐步改造成为日产700～1000吨规模的新型干法窑厂。这些厂原有电气系统一般采用传统方式，单机控制设备开停，或有简单的“转换开关──继电器”联锁，而在生料配料和预加水成球等关键工艺环节，也采用了一些技术比较成熟的单项微机控制，除此以外的自动化仪表都比较少。     随着预分解窑、五级旋风预热器窑和余热发电窑等新型干法窑的普及，对工艺参数和设备运行实现全方位的监控，已经成为非常必要的管理手段。新生产线的建设者们正越来越重视生产控制系统的设计，要求达到更高的水平，计算机应用的普及势在必行。因此，尽快摸索出一套适合地方水泥厂实际条件、技术先进、实用可靠、投资较省的新一代控制系统，已经成为当务之急。新型PLC生产控制系统的开发和应用，必将对企业的技术进步起到重要的促进作用，因而具有很好的推广价值。 一、系统总体设计原则 近几年来，由国家投资建设的日产2000吨以上新型干法窑水泥厂，已经普遍采用全套从国外引进的集散型计算机控制系统，包括对设备的监控、报警，堆场管理、磨机配料、窑的模糊逻辑控制等各项功能，赶上了当代国际水平。但其控制系统的投资费用过高，调节控制功能要求与国产装备不相适应，对大多数地方中型水泥厂来说并不合适。在建材行业推广计算机应用的热潮中，有一些厂投资了近百万元，尝试利用STD总线或PC总线组成局部网络，融生产过程监控和管理为一体，进行计算机应用示范，实际效果并不理想。特别是系统的抗干扰性能较差，在遭受雷击等意外冲击后硬件极容易损坏，不能适应水泥厂的现场使用条件，因此推广比较困难。 我们对新一代控制系统提出最基本的要求是实用、可靠，根据地方水泥厂的实际情况，系统以实现设备顺序控制、工艺流程显示、实时数据采集、多种功能的报警为主。在进行广泛调查研究和充分比较的基础上，我们选择当今世界上最优秀的软硬件，将它们组合起来构成新型PLC生产控制系统。     我们把硬件配置的重点，放在提高它的可靠性和便于检修维护之上，而对软件功能要求的重点，则放在加强它的实用性和方便操作之上。系统应当具有灵活的组态方式，完善的监控功能，可靠的现场适应性能，同时要求它的开发过程快捷，使用操作方便，日常维护简单。 二、系统硬件的选择和网络功能     系统硬件的选择包括操作员站和现场控制站两大部分组成，其总的依据是系统所要求达到的功能、系统的可靠性、对环境的适应性、系统今后的可扩展性，以及至关重要的价格因素等多方面来考虑。     作为人机界面的操作员站（监控站）硬件的选择比较简单，采用通用的工业型计算机，其性能一般都能满足要求。为进一步提高可靠性以适应长期连续运行，我们选用美国Intel公司的工控机和日本EIZO名牌大屏幕显示器组成高品质的监控站，就能实现各项操作功能，清晰显示复杂的工艺流程画面。可供现场控制站选择的PLC硬件品种繁多，我们必须根据水泥厂应用的实际需要以及现场条件，重点考虑其网络功能的特点，相比较而优选出具有高性能价格比的硬件配置。     1. 水泥厂生产过程控制的现场特点     地方中型水泥厂的生产管理模式，一般是按工艺流程将全厂划分成3～4个主要生产车间，以车间为单元进行生产控制和管理。每个车间都包括大小数十台设备，分散在前后各道工序，距离较远，且电气设备的装机容量大，高压电动机多，现场干扰强，这些都是比较典型的大型工业集中──分散控制系统的共同特征。     选择一个合适的局部网络对控制系统设计的成功显得十分重要，因为工业计算机网络不同于一般的办公室自动化联网，响应时间可在几秒钟的范围内，操作和控制某些设备的过程往往需要在几个毫秒内完成。网络技术是集散型控制系统的基础，对工业控制的系统网络而言，必须要求它具有快速的实时响应能力和极高的可靠性，能适应在恶劣的工业现场环境中连续运行。     网络功能是PLC可编程控制器的一项重要品质指标，无论是分车间控制的相对独立小系统，或全厂集中控制的大系统，往往都需要由一个以上的现场控制站连接而成，现场总线如采用主控站──远程站的结构形式，可以充分发挥PLC控制系统的优越性，节省大量电缆，减少故障隐患，但同时对系统的网络功能提出了更高的要求。     2. 几种局部网络的拓朴结构和性能     网络拓朴结构是集散型控制系统中的一个非常重要的概念，它是系统网络功能的决定性因素之一。根据构成网络中的节点和站之间互连方式的不同，局部网络常见有三种拓朴结构。  星型结构：以一个PLC主控站或其它智能主机作为控制通信中心，所有其它节点都作为终端通过点对点与之相连接，每个接点可随时发送和接收信息，这种网络结构简单、清晰。但它有如下缺点：作为星的控制中心一旦出现故障就会引起整个网络的瘫痪。两个节点之间信息的传递都必须通过中心，从而导致只有低的数据吞吐率，当需要组成大规模系统时连线费用昂贵等。早期某些公司的低档PLC采用了这种结构，一般不适宜在集散型工控系统中应用。 图1  星型结构网络  公共总线：在一条主干线上以多挂点的形式将各个节点互相连接在一起，与星型结构相比，通信可不经过网络中心控制器，而能在任意两个节点之间传递信息，总线拓朴结构一般使用同轴电缆或双绞线电缆加适当的硬件接口。它的优点是在网络上增加或减少站点都比较容易，网络结构也很简单。其缺点也是显而易见的，即在主干线上如出现断路，就可能影响较多的节点。同时，在这种总线结构下的各个节点，是以并列的形式连接到一条共享的传输总线上，必须规定某种控制协议才能避免信息冲突，增加了软硬件技术的复杂性。 图2  公共总线网络     网络中控制通信的方式一般可分为两种类型：其一是主从方式，即网络是由一个作为主机的网络控制器和多个PLC从站组成，在这种方式下由主机统一控制通信，向从站发送数据，如果需要接收从站信息，主站可查询每个从站并等待响应。主从方式的硬件结构简单，但存在通信瓶颈，一旦主站故障也可能引起网络阻塞。其二是无主从方式，由所有节点按一定的规则相互协同控制总线，在工业网络中一般以令牌传送（Token passing）的方法，使各个节点轮流取得通信控制权。无主从方式的传输效率较高，实时响应性能较好。新型总线拓朴结构更进一步采用了冗余技术，综合性能指标达到了比较高的水平，但需要增加较多的硬件开销。     环形网络：所有节点都通过点对点连接，形成一条长链并首尾相通构接成一个封闭的环，网络中的信息按点至点的方式只传送到其相邻的点，如果不是信息的目的站，就再接力传送至下一个站。环形网络虽然存在某个节点故障容易引起信息阻断的缺点，但它是一种技术上非常成熟的网络结构，通过双环冗余和其它附加功能，硬件结构仍比较简单，但可靠性方面却能略胜一筹，因此在PLC控制系统中得到了广泛的应用。     局部网络的另一个重要指标是它的通信速率，特别在网络节点较多的情况下，较高的波特率对提高系统的实时响应能力十分有利。通过多方面的比较，我们选用日本三菱公司的Ａ系列大型PLC各功能模块，组成车间主控站和现场远程站。 图3  环形结构网络     3. 三菱Ａ系列PLC的主要技术指标 MELSEC是日本三菱电机公司可编程控制器商品代号，MELSEC-A是其生产的高功能产品，设计选用的A3系列是当今世界上能与美国A＆B公司的PLC5/25和Modicon公司的984系列相媲美的高档次可编程控制器。它的品种规格全、各项性能指标都很高，在世界市场销售份额中占有很高的比重。 Ａ3系列CPU微处理器为16位，有250多条高级指令，程序容量为2×30K步，每个CPU单元的最大I/O点数为2048点。可应用于开关量、模拟量控制，PID调节及步进／伺服电机驱动等。Ａ系列可编程控制器具有完善的网络功能，以其为主体可构成庞大的局部网络，并可与F1/F2系列小型可编程控制器、VVVF变频调速器等连接，构成全自动的工厂控制系统。 整个Ａ系列外部设备都能兼容，具有共同的编程语言，通用的模块和组件基板，易于升级和扩充。三菱公司还在不断推出新品种，扩充新功能。如超高速运算和表决式三机冗余CPU，采样式16通道A/D模块、小信号输入A/D模块，64回路PID调节组件，以及图象显示CRT/LCD、数据保存打印组件等。     Ａ系列可编程控制器具有实时时钟功能，可单步运行、设断点运行、采样跟踪、状态锁存，调试程序方便快捷，并可在线修改，使用暂停功能可在不关断重要输出的情况下修改程序。同时还具有很好的自诊断功能，CPU、存储器失效校验，运算电路、RAM及参数校验，自动测量扫描时间等。可快速查出故障所在，以文字显示错误类型。     4. 三菱MELSEC-NET总线网络功能     MELSEC-NET是三菱电机公司专为MELSEC可编程控制器，尤其是Ａ系列可编程控制器配备的数据通信网络，传输速度为1.25Ｍbps。它具有很高的抗干扰能力，与不同装置的可连接性和编制程序容易等特点。因为它有很好的性能价格比，因此非常适合于我们的应用场合。     它采用局部网络中常见的环形结构，并双环冗余，当发生任何通信电缆断路或从站故障时，双环路中的主环路和副环路能自动进行切换，在两个环路同时出现故障时，还能通过回送功能（Loop back function），保持通信畅通。对网络传输介质，MELSEC-NET提供了同轴电缆和光缆两种不同选择。同轴电缆的通信距离为0.5km，光缆的通信距离可达1～2km。 我们选用了同轴电缆，也即有线电视系统CATV中常见的75Ω电缆，它的成本比较低，同时抗干扰性能也较好，能满足使用要求。     MELSEC-NET还具有通信软元件Ｂ&Ｗ的独特功能，即在所有站之间共享的通信数据库。网络提供了1024个通信继电器Ｂ和1024个16位的通信寄存器Ｗ，Ｂ与Ｗ在编程时如同一般的内部软元件一样使用，每个站只可对在通信参数初始化时指定的Ｂ和Ｗ进行写操作，而任意站均可对Ｂ和Ｗ的全部储存区进行读操作，也就是说Ｂ的 ON/OFF状态和Ｗ中的数据，能实时自动分布至所有其它的站。这个新功能不仅实现了数据的快速传输，同时还使我们在处理这些数据的发送和接收时，不再需要通过特殊的编程，调用极其方便。     利用MELSEC-NET的环形网络功能，我们可以很方便地把各车间主控站和远程站之间的通信小环路打开，将全厂所有的站就近连接起来，构成一个环形的大网络，从而升级成为一个名副其实的集散型系统，实现全厂的计算机集中控制。MELSEC-NET还发展了几种更加新型的现场和PLC－PLC通信网络，采用32位专用处理芯片，具有无主从方式令牌传送功能，冗余性更好，通信速率可高达10Ｍbps甚至更快。在有条件时我们可以适当增加投资，提高选用档次。     5. 对输入输出模块的具体要求     MELSEC-A系列可编程控制器提供了多种规格的输入输出模块，可以从使用条件和节省投资两方面考虑作出选择。针对一般水泥厂现场粉尘较多的特点，很容易造成继电器接点接触不良，故选用220V交流输入模块，提高其可靠性。输出模块选用继电器输出形式，便于通过中间继电器实现与现场隔离连接。     模拟量输入采用多通道模数转换A/D模块，精度为12位二进制数，并可与多路切换模块配合，很容易扩展。在输入端和内部电路之间采用光电隔离，保证了抗噪声干扰的性能良好，通道之间采用了水银继电器隔离，确保了在厂区尤其是电站周围大地电平多变的条件下使用。这些模块特别适合于要求多通道的模拟量采集和控制，而又想要价格便宜的场合。     模拟量I/O模块的另一项指标是信号的采样周期，要根据被测参数的工艺特点合理选用。例如，在水泥粉磨和煅烧过程中的温度、压力信号一般变化比较缓慢，而发电系统锅炉和汽机的压力、流量信号变化就可能快许多。在处理数据量较大而且要求较高的情况下，除了在硬件选择方面作重点考虑外，还可配合采取软件功能上的优化措施，尽可能降低系统成本。     6. PLC可编程控制器的最新发展     目前，国内引进世界各国的PLC硬件品种规格较多，各大公司都先后推出了许多不同档次的新产品，普遍采用表面安装技术，芯片趋向更高的集成度，模块小型化，增加了新功能，成本反而有所下降。其中较有代表性的有三菱公司的A系列已开发了新品种AnU和QnA系列， SIEMENS公司的S7系列，Modicon公司的Quantum系列。采用这些新型PLC可编程控制器，可以组成功能更强大，或者配置简洁的经济型系统。我们摘录比较适合在中型水泥厂使用的部分PLC可编程控制器网络功能的主要指标，以供选用时参考。 表1  新型PLC可编程控制器网络功能 制造厂商 规格型号 网络名称 最多节点 波 特 率 存取方式  莫 迪 康 Modicon984 Modbus 248 19.2K/S 主从方式  三菱电机 MELSEC A MELSEC-NET 64 1.25M/S 主从方式  西 门 子 SIMATIC S7 SINEC L2 128 1.5M/S 令牌传送  AB公司 PCL 5 DH+ 64 57.6K/S 令牌传送  莫 迪 康 Quantum Modbus+ 32 1.0M/S 令牌传送  三、系统组态软件的选择     对一个应用于工业控制的计算机系统来说，具有简单、方便、实用的操作功能，有清晰流畅的工艺流程画面，能对所显示的各种实时信息和数据，实现快速响应和动态刷新，是衡量系统品质指标的主要依据。随着计算机硬件水平的逐步提高，高分辩率真彩色显示器的出现和CPU的不断升级，用户对人机操作界面即应用软件提出了更加苛刻的要求，如果我们还停留在使用程序语言直接编制过程画面，或是依靠原先DOS方式下的图形编辑来作图，即使耗费大量工时也未必如愿，一旦需要进行修改，则十分繁复而且很容易出现差错。我们在新型PLC控制系统设计中，对国内外组态软件技术进行了调查研究。     适合三菱Ａ系列PLC及其网络的组态软件较多，例如：Paragon、Onspec和Fix等，这些通用组态软件都已经过了较长时间的现场实际使用，其可靠性和稳定性有充分保证。但是，它们都只能在DOS环境下运行，实现汉字处理非常困难，而对一个中型规模的地方水泥厂来说，如果我们要求一般水平的人员，都要能面对全英文提示画面进行操作，这将是不现实的。经过反复调研，我们在当时国内还很少有人使用过，完全缺乏可借鉴经验的情况下，独具一格地大胆采用了一种全新的人机接口组态软件InTouch，此举虽然给项目增加了一定的风险性，但却取得事半功倍的满意效果。 图4  系统软件构成     我们在系统设计中采用的新型组态软件InTouch，是目前世界上最强有力和最先进的工业自动化人机界面设计软件，曾经连续三年被国际控制工程学会评为最佳人机对话软件。研制生产InTouch软件的美国Wonderware公司也因此而驰名于世界各国。     InTouch是第一个以Windows操作系统为基础的工控软件，作为一个实时的人机界面实用程序的程序生成器，可以产生在管理级别上的监控和数据采集程序，依靠菜单驱动在Windows多任务环境下运行。它几乎利用了Windows全部丰富的图形和窗口功能，因而具有灵活的组态方式，使工控用户应用程序的开发和修改，变得极为容易而快捷。它具有如下显著的特点：     1. 动画图形编辑和显示功能 由于采用Windows的内存管理，扩大了存储空间，使InTouch软件对被监控的点数和最大画面数均不受限制。它的作图功能完善，图形逼真，利用鼠标器操作就能启动软件包中新的功能工具箱，进行字型和颜色的选择，安排和对齐目标。InTouch对任何一个目标对象，都可以赋予不同的动画特性，包括平移、升降、旋转、闪光、变色、放大、缩小、隐形、再现，调入新的图形窗口等，所有这些动画特性有机地结合在一起，就能创造出难以置信的神奇效果。     用户只需建立起不同种类的图形目标，然后定义它们的动态特性并储存到图形数据库中，就能在应用软件的任何位置上复制拷贝，唯一要改变的是它与变量的连接，而原有的动态特性都能自动保留。这一特点极大地简化了应用软件的设计过程，大大节省了调试中程序修改的工作量。     2. 数据处理和报警功能     InTouch的实时数据库可储存多达32,000个变量名，包括实数、整数、逻辑数或字符串，具有多种用户数据输入方式，以及数据类型的转换功能。独立运行的DDE驱动程序直接将实时采集的现场过程参数，传送到InTouch的实时数据库中进行各种处理，提供显示、记录、打印和报警。 InTouch极其强大的数据图形化功能，能在一幅画面中同时显示四条实时曲线图或者历史趋势曲线图，每个应用程序中、每个窗口上所能开辟的曲线图数目则不受限制，可以由操作人员任意设置。     InTouch具有丰富的报警功能，包括数据报警、速率报警和偏差报警等，改变报警上下限和设立优先权的操作都非常简单。各种报警信息，包括报警目标、报警时间、报警值等都可以在屏幕上显示、记录、或打印，并可记录操作者对报警的确认。     3. 快速动态数据交换 InTouch借助于动态数据交换（Dynamic Data Exchange──DDE）与其他软件联合工作，Wonderware公司提供的I／O服务程序可支持许多公司生产的可编程序控制器（PLC）与InTouch通信，因而使这个优秀的组态软件具有了很好的通用性，能应用于任何运行Windows的兼容系统中，在这方面极具特色。     为了加速数据的采集和交换，InTouch提供了独特的高速DDE通道，即所谓“Fast DDE”。“Fast DDE”数据采集和交换速度能达到一般DDE的十倍以上，扩展了对数据的利用。用户可以直接调用这些数据在Microsoft Excel中制表作图，极便利于产生和打印管理级别上的各类统计报表。InTouch在实时数据处理中，只采集和传送所有必要的变量：正在屏幕上显示的点，要求记录的运行变量或报警点，正在执行的背景目标等。InTouch只“报告”任何已经改变了的变量，这种数据采集的最优化设计大大加快了它的运行速度。     最近几年来，工控组态软件得到了极其迅速的发展，国内外一些著名大公司先后开发了不少Windows下运行的同类软件产品，或与各自的DCS系统或大型PLC系统硬件配套推出，使我们有了更多的选择余地。然而，InTouch工控组态软件在很长的时期内仍然保持着它的优越地位。 四、新型PLC生产控制系统应用实例 苏州南新水泥有限公司日产700吨余热发电窑水泥生产线控制系统，是一个集顺序控制、过程控制、数据采集、工况监视、数据管理为一体的计算机控制管理系统。它包括生料制备、烧成（含煤磨）、水泥粉磨、余热电站四个以车间为单位相对独立的PLC控制系统。 本系统控制的设备总数为225台套，开关量输入832点，开关量输出640点，模拟量测点输入378点，模拟量调节D/A输出32点。主要功能如下： ·对电动机、阀门等成套机电设备的开关量控制，包括分组连锁起动、分组连锁关机、组内自动连锁控制、组内单步连锁控制、系统单步调试。 ·过程控制数据的采集和处理（包括开关量和模拟量）。 ·完善的报警功能。开关量和模拟量报警的显示、确认、记录和打印。报警发生的开始时间、确认时间和恢复时间均能自动记录。 ·动态显示工艺流程图画面，各画面之间可以自由切换。 ·历史曲线图、实时曲线图、电气仪表图和棒形图显示和打印。 ·定时打印或即时打印生产班报表、生产日报表、生产月报表。定时打印的时间间隔可修改，交接班时间可通过操作设定。 ·面向目标的操作方式，友善的人机操作界面，只要具备一般水平的人员均能胜任操作。 ·较强的系统自诊断功能，包括PLC模块出错显示，在线查看开关量和模拟量条件表。 ·系统时间、模拟量报警上下限的设置和修正。 ·操作记录、开关量报警列表、模拟量报警列表的自动记录和显示打印。 ·烧成系统和余热电站两个系统的监控机均为双机热备份运行，两台监控机可分别控制本系统内的分部流程，也可以不作控制只作监视。能人工进行控制权限的转换，并具有故障自动切换功能。 ·对系统的重要操作功能设置了密码，以防无关人员随意进入操作，提高了系统的可靠性。     本系统由建设单位提出具体使用要求并组织实施，工程项目主体设计单位与控制系统的软件编程协作单位三方联合开发。经过近半年的共同努力，顺利完成了系统设计、软件编程、现场调试，于1994年10月投入生产使用，至今运行情况良好。     这是一个具备技术领先，功能强大，品质优良，运行可靠，易于扩充，投资较低等许多优点的新型PLC生产控制系统，它的首次应用十分成功，已经取得有关方面的充分肯定和普遍的好评。该系统特别适合于在地方中型水泥厂和中小型发电厂中推广。与采用成套引进的系统相比，性能完全可以做到相当，而投资金额约能节省50％左右，日常维护费用也极低。 1. 系统画面安排和运行 为了使画面整齐、美观，各系统监控画面分别由一幅系统概貌图和若干幅分画面组成，系统概貌图上只显示重要的目标和数据。如要了解更详细的情况可切换到分画面上，就能看到进入PLC系统的所有测点目标和数据的动态实时显示，全部使用汉字提示。 以烧成系统为例，按主菜单中的运行操作按钮进入系统概貌图。在主画面的底部有一个按钮式的子菜单，包括：煤磨系统、窑头系统、窑尾系统、废气处理、组操作、实时数据显示、报警列表、退出等八个操作按钮。按动它们即可进行画面切换和选择其它功能操作。 在系统概貌图上还设有辅助操作按钮，可以进入班组选择，系统健康图，系统配电图，系统试灯、试铃，计算机试铃等辅助操作。 在各监控画面和组操作中，都以不同的颜色来表示电机是否备妥、正常运行，报警和报警状态已被确认。从运行目标是否带有边框，还可以区分出该设备是在集中方式下启动，还是在现场机旁启动的。 系统的正常运行操作以组操作为主。按下组操作按钮，就能弹出一个标注设备名称的流程框图构成的组操作画面，根据开车顺序，分别起动各组电机。在组操作区中，有组开、组关、暂停、急停、退出五个按钮供操作者选择。各按钮前还有一个指示灯，绿色表示正在执行该操作。将光标直接对准组内电机也可进行组内单步连锁操作。     上述各画面的图形分辩率为1024×768，显示色彩256色。在配色上我们尽可能采用了柔和的色调，避免强烈的对比度，使操作者能够长时间注视屏幕，眼睛也不容易感到疲劳。 2. 实时数据显示和历史曲线功能 实时数据显示包括实时曲线、棒形图、电气仪表图三个子功能按钮，可分别进入不同的图形显示。实时曲线画面分四个小显示窗口，可以同时显示四条实时曲线，由操作者从模拟量菜单中任意选择设置。 在系统主菜单中按历史曲线按钮，屏幕上即显示四个历史曲线窗口，四个窗口可以分别打开，由操作者从弹出的菜单中任意选择需要显示的历史曲线。并能实现曲线的左右移动和打印，对所显示和打印历史曲线的日期、起始时间和时间间隔都能进行任意设置。记录在系统硬盘上的历史曲线数据可保持一个星期。     历史曲线对提高过程控制能力和生产管理水平两方面都能起到重要作用，通过调用这个功能，对工艺参数波动或所发生的设备事故进行分析和判断。 3. 故障报警功能     系统能对运行过程中的开关量进行动态监视报警：如电机在运行过程中备妥消失，或启动后没有运行应答信号、在运行过程中有过电流、出现综合故障等系统就会发出报警。此时屏幕上相应的目标变成红色闪动且有声响。对其进行操作即可确认，红色停止闪动且声响消失，而目标的红色要一直保持到故障原因解除为止。如报警目标不在当前画面上，系统画面切换按钮上会显示红色闪动边框，提示操作者切换到该画面中寻找报警目标。 模拟量报警：在系统概貌图和各分图中可以动态实时显示模拟量数值。正常时以绿色显示，当超出设定上下限且系统正处于正常运行状态时，就会出现报警，此时数值成红色闪动和发出声响，并在屏幕顶端弹出报警窗口，提示模拟量名称、报警的发生时间、越限值和确认按钮。经确认后报警窗口消失。 计算机自动在报警列表中记录目标名称，发生、确认、解除时间，以及模拟量报警的数值，分别以不同的颜色显示。 4. 报表打印和其它辅助功能 在系统主菜单中可选择报表打印功能。屏幕显示当前时刻的生产班报表，右下角有报表选择按钮，可设置为定时打印和即时打印两种方式。在设置按钮上有指示灯，表示当前打印状态。启动打印功能后，打印机还能自动通电。 选择主菜单中的系统维护，即弹出系统维护功能子菜单，对能改变系统运行状况的操作，必须从键盘输入密码才能进入，各级密码可通过操作者修改重新设置。系统维护功能还包括： 操作权限设置：用于双机操作控制权的相互切换。     进入系统单步调试状态：解除组操作中的顺序连锁关系，直接在各子画面上进行单机操作。 通过键盘或跟踪球校正系统时钟的时、分、秒，设置早、中、晚三个班的起始时间，各个班按八小时间隔自动分配。 查看系统操作记录：记录上位机的权限转换、状态变化及运行操作。 开关量和模拟量控制条件表：分页显示系统开关量的电气接线端子编号、PLC模块地址，模拟量连接的仪表点号表、测量上下限和报警值等，以供查阅和修改。     系统健康图：显示PLC各模块的运行状况。当某一模块发生运行故障时，对应的模块能发出闪烁的红色报警，直到故障排除为止。 五、系统设计中的几个技术问题 在本项目开发过程中，我们在系统配置和软件编程方面积累了不少经验，这里从以下几个方面加以叙述。 1. 开关量及与电气二次回路的连接 PLC生产控制系统在国内应用毕竟还不很普遍，除自身带有小型PLC的煤磨高压油站和单机袋收尘器以外，一般随设备配套的电控箱， 都不具备能与PLC系统直接相连的接口。如果要求设备制造厂修改必将延长订货周期，我们只能在现场安装时加以改造，针对不同情况用不同的办法来解决： 对主机设备所配套的稀油站、高压润滑站等的控制箱增加机旁──集中控制转换开关和必要的中间继电器，经改造后的这些设备，可以在控制室监控机上完成对它的全部操作。原控制箱的电控性能不变，重要的故障报警信号均同时接入PLC控制。 对自成系统性设备如电收尘器、煤磨的防爆袋式收尘器等设备，控制过程复杂，现场改造困难，而且本身也需要单独设立操作岗位。不如把它看作单机，作少量改动后可以向PLC系统传送有关状态信号，以监视它的运行。 对自成系统但本身已配备了微机控制的设备，如联想集团的配料电子皮带秤和华海公司的核子秤，我们都为它增加了通信接口，使之与PLC联网，充分利用这些系统原有已经成熟的功能，避免了不必要的二次开发。 对应于每一台单机设备的电气二次回路与PLC模块连接的基本开关量接点为4点，其中备妥、应答信号输入和电机驱动、模拟图信号灯输出各2点。备妥信号表示低压回路供电正常，并且设备操作权在集中控制位置。按下启动后，PLC输出有驱动，低压配电柜内的交流接触器吸合，设备投运。与此同时，该设备相对应模拟图上的信号灯点亮，交流接触器上的辅助触点闭合，送出应答信号，表示设备启动过程正常。 在这里，输入回路采用统一的同相供电，输出回路使用中间继电器与现场隔离，保证了系统的安全性。而对成套设备的PLC开关量接点，则直接与该设备自带电控箱的控制回路相连接，并且视需要而增加中间联络、故障信号、双输出驱动等接点，以提高系统的可靠性。 2. 模拟量及与仪表系统信号的连接 PLC系统对生产过程模拟量参数的监控功能是很强的，完全可以替代传统的仪表，但鉴于国内地方水泥企业采用如此规模的PLC生产控制系统还处于起步阶段，受传统观念的制约不宜一步到位。我们用以下几种处理方法： 对最重要的模拟量采用双重测点，即配置两套一次仪表分别接入计算机和常规显示、记录仪表，如锅炉和汽轮发电机的主要温度、压力和流量测点。增加了部分一次仪表，实际上起到了互为备用的作用，提高了可靠性。 对其它重要的模拟量采用合用一路传感器和变送器，在控制室内分别接入计算机和常规显示仪表。利用常规仪表上的模拟显示效果，使观察更为醒目。当然它们之间如何正确连接是很关键的，我们按照国际标准信号制的规定，进行现场与控制室之间4～20mA电流信号的传递和变换，效果较好。 对一般性的模拟量则取消了常规显示，以节省二次仪表和仪表柜，使控制室的布置更为简洁。以余热电站为例，我们大约减掉了近四分之三的常规二次仪表，相应的仪表操作台数量，由同类型厂一般需要五个减少到了三个（包括两个计算机操作台在内）。 我们对回转窑和余热电站所必须的模拟量连续调节回路，则坚持少而精的原则，除了在系统中配置D/A接口以外，还保留了部分常规仪表。这是考虑到地方中型水泥厂都为国产设备，一般选用的调节执行机构特别是阀门的控制精度和重复性不好，而且对复杂工艺参数进行自动调节的数学模型还正在探索，事实上即使在一些大厂，自动调节回路的投运也未必理想，一步到位必然使系统的调试周期延长。我们在系统配置中已包括有D/A输出模块，在有条件时就能很方便地加以扩充，使计算机的自动化控制回路能逐步投入。     3. 与配料系统微机的通信联网 在设计生料配料和水泥磨配料系统与PLC控制系统通信过程中，针对中型水泥企业的特点，综合考虑系统的实用性和可靠性，选择确定如下方案： 系统运行具有集中和分散两种操作方式：在集中方式下，配比的设定，物料的瞬时量和累计量显示，包括来自配料系统的报警和报警应答都能在主控室的监控机上实现；而对不经常使用的秤体标定、系统检测等功能则仍在配料机上进行。在分散方式下，配料微机的主要运行参数能在PLC系统主机上进行监视和记录。这样涉及的修改工作量最小，完全能满足使用的要求。 利用PLC作为通信控制中心，主控机与配料系统微机通过PLC进行实时双向数据传输。既充分利用了PLC通信接口的高可靠性能，又能避免InTouch软件对系统动态数据交换DDE之间接口的限制，简单而实用。 在通信连接上采用了自行研制的完全电隔离的RS-422长线驱动接口，使两机之间的接地很容易处理，并能实现带电插拔，在线更换。 在软件上增加数据校验，加强对通信出错的诊断，保证了传输信息正确无误。同时，在通信一旦出错时，配料微机仍能按原指令继续运行。在系统集中控制状态下，还设置了实时时钟校对功能，以保持双机时钟同步。 经过几个月的实际运用，表明上述设计是非常成功的。 4. 阀门控制与阀位调节 在水泥生产和余热发电过程控制中，对风量、流量的调节占相当大比例，都需要使用阀门，遗憾的是在所有设备中电动阀门的可靠性最令人担心。我们采取两种控制与连接方式： 使用阀门电动操作器，在仪表上增加了阀门关闭到位的开关量输出，以及表示阀位的4～20mA模拟量信号送入计算机。显然这是传统仪表调节，计算机起监视作用。利用阀门全关时的开关量输出，实现与相关设备的连锁。 直接由计算机输出对阀门进行正驱动或反驱动，阀门的限位信号接入计算机，在系统投运前进行阀门对位。计算机上只有阀门开关的到位指示，而无阀位显示，但在相应的管路上都配备了流量检测点。 上述两种方式在现场调试和试生产中都有较好的性能，它们的长期运行可靠性已经得到证实。我们认为在这些关键部位必须选用高质量、高可靠性的电动阀门执行机构，对今后扩充模拟量D/A调节功能将是十分重要的。 5. 系统接地和屏蔽 系统的接地和屏蔽对PLC系统十分重要，我们主要依靠以下一些措施： PLC系统，仪表系统，动力系统，设备安全接地都是独立的，在调试中我们发现由于不接地或者接地不可靠，可能导致机壳或PC输入端最高有上百伏的感应电势。这是造成系统死机、通信阻塞的主要原因，甚至损坏模块。要进行反复检测、调试，直至对计算机和仪表的干扰最低。 PLC主控站与远程站之间采用75Ω同轴电缆连接，其长度在200m左右，而且与动力线路平行，其中包括不少6kV高压电缆。我们用穿铁管加接地屏蔽，与动力电缆一起敷设在电缆桥架中，要特别注意检查所有的跨接点必须电气连接可靠。使用证明此法对确保系统通信是完全有效的。 对进PLC系统的4～20mA模拟量信号，在不同情况下分别使用单屏蔽或分屏蔽电缆，在PLC模块选型上作了特别考虑，全部使用了带水银继电器隔离的多路器，避免了信号通道之间的干扰。     由于我们在这方面有充分的考虑，措施在前，防患于未然，在调试中几乎没有遇到什么困难。在系统正式投运之后，又经历了长时间的现场考验，在曾经遭受过严重的雷击干扰，电气回路意外故障跳闸引起大电流冲击等情况下，连续两年多来一直保持无故障运行。