盾尾密封油脂生產線監控系統的設計與應用

紀博林

摘 要 盾尾密封油脂是應用于盾構施工設備中的主要配套材料之一，具有密封和潤滑的作用，可有效的保護盾尾和隔絕泥漿，保障盾構順利推進，對盾構有防蝕和減少磨損的效果。在盾構施工中，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，其生產要求也是很高的，因此，結合盾尾密封油脂的生產加工工藝，設計一套生產效率較高、生產質量有保證的自動化生產線是很有必要的。本文主要從硬件設計和軟件設計兩個方面闡述了自動化生產線系統的設計原理，可為類似高分子制品實現自動化生產提供借鑒。

關鍵詞 組態;盾尾密封油脂;PLC數據處理

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0083-02

1 概述

盾尾密封油脂是盾構尾部密封的重要材料，用來填充盾尾鋼絲刷與管片之間的空隙密封油脂與鋼絲刷結合形成的盾尾密封層能有效阻止泥漿和地下水的入侵，使盾構的尾部實現密

封[1]。盾構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施工中密封防水的主要材料[2]。結合自動化生產線系統在化工及食品等行業的應用，設計一套功能齊全、自動化水平較高的盾尾密封油脂生產線監控系統是很有必要的。

在傳統的盾尾密封油脂生產過程中，生產人員需根據配料比及生產任務計算出各成分的重量，然后要通過人工完成取料、稱重、投料等工序，在這個過程中，人工配料工作繁重，生產過程無數據記錄，產品質量沒有保障且效率較低，不能很好的保證企業的生產要求和市場需求。

本文以可編程邏輯控制器（PLC），組態軟件，等現代工控技術為基礎，開發了以PC機為上位機[3]， 以PLC作為下位機的自動化生產線系統。盾尾密封油脂自動化生產線系統通過計算機按照人工輸入的原材料配比及生產任務，自動控制每種原材料的重量和溫度，并實時監控記錄生產過程中的數據，形成報表保存在生產記錄文件中，為生產管理提供了歷史溯源，有效的保證了生產質量和生產效率。

2 硬件設計

根據油脂生產線的工藝流程，需要對原料的溫度、重量進行采集與控制，為有效的實現其自動布料的功能，先初步確定PLC的型號，根據所選PLC型號及參數，選擇相應的數據采集系統的硬件設備。

1）PLC的選取。根據油脂生產線的工藝流程，需要對原料的溫度、重量進行采集與控制，為有效的實現其自動布料的功能，先初步確定PLC的型號，根據所選PLC型號及參數，選擇相應的數據采集系統的硬件設備。

為保證自動化生產線系統擁有更好的可靠性，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點。

①西門子PLC的編程更加靈活，程序結構中，子程序可編譯局部變量，在同一套程序中可隨時調用，減少了開發難度和時間。

②s7-200數據的處理能力更加強大，通過編程軟件，可進行強大的浮點運算。

③s7-200通過拓展模塊，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，由于應用性更加廣泛，可方便資料的查找，可靠性高，與其他設備如觸摸屏、軟件組態監控等兼容性更好。

同時，根據采集與控制的模擬量及數字量的點數選擇該系列的cpu226和3塊EM235模擬量拓展模塊。

2）數據采集系統的選擇。

①溫度傳感器的選擇。本系統溫度傳感器采用E型熱電偶傳感器， E型熱電偶的特點是熱電動勢大，靈敏度高，可測量微小的溫度變化。結合油脂生產線的生產工藝及現場濕度較大的生產環境，選用穩定性好，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。該系統配置LP110單剪切梁式稱重傳感器，其主要技術指標如下：

推薦激勵電壓：6～15V（DC/AC）;

最大激勵電壓：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;

重復性：0.01%F.S;

蠕變：0.02%F.S/30min;

輸出阻抗：350±1Ω;

安全過載：150%F.S;

極限過載：250%F.S。

③PC與PLC的硬件連接。為了便于PC機調試、下載PLC程序，同時實現PLC與PC之間進行數據通信，需要在PC機和PLC 之間建立硬件連接。本系統采用了PPI協議，使用USB/PPI通信編程電纜實現PC機和PLC 之間建立硬件連接。

3 軟件設計

1）PLC的編程。結合油脂生產線的工藝流程，確定各I/O口對應的功能，內部采用模塊化編程，根據各個采集模塊的不同，確定相應的子程序以及采樣中斷，對模擬量的控制采用PID控制，通過對比例參數、積分參數的調節，使得PLC對模擬量的控制達到穩定、準確、快速的控制要求，同時，為保證生產線后期維護的可靠性，設計了系統報警程序，以及觸摸屏的參數修改程序。PLC上電后的程序執行過程如圖1。

圖1 PLC程序流程圖

2）人機界面的設計。本系統采用組態王設計人機界面，設計內容包括監控畫面的組態、數據變量的創建、報警及報表窗口的設計，通過組態王軟件設計的人機界面，可實現在有效的溫度范圍內設定溫度及重量，同時，各原料罐的溫度及重量在畫面中實時顯示，需要的時候可將數據以xls的格式保存在文件當中，以便日后的查閱及修改，提高油脂配方的可靠性，畫面參考語言如下：

long starttime;

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3）數據通訊。本系統中上位機PC與PLC的數據通訊是通過OPC實現的，OPC（OLE for Process Control，用于進程控制的OLE）是一種開放式系統接口標準，可允許在自動化應用（如PLC等）、現場設備和基于PC的應用程序（例如HMI或辦公室應用程序）之間進行簡單的標準化數據交換，數據交換圖如圖2。

圖2 OPC數據交換圖

本系統中選用的OPC服務器是S7-200 PC Access軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列PLC設計的OPC服務器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可與所有標準OPC客戶機配合使用，并允許一臺PC機與多個PLC連接[4]。

本系統中所有與組態王中相關的數據變量均由s7-200 PC Access軟件創建，創建完成后，可通過該軟件自身的測試機測試數據是否配置成功，如圖3是已創建好的數據界面。

圖3 s7-200PC Access軟件創建數據庫

4 結束語

本自動化生產線系統目前已成功應用到了盾尾密封油脂的生產中，從現場反饋的情況，具有可靠性高，便于管理，集成度好等優點，基于該自動化生產線系統可延伸應用到高分子制品的生產中，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

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

[2]嚴振林，郭京波.盾尾密封油脂性能評價方法研究[J].石家莊鐵道大學學報：自然科學版，2010，23（4）：91-94.

[3]陳欽標.基于PLC和組態軟件InTouch9.5的配料控制系統的實現[D].廣州：華南理工大學自動化科學與工程學院，2010：1-3.

[4]陳新，周元玲.通過OPC實現PC與西門子S7-200PLC數據通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint

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圖2 OPC數據交換圖

本系統中選用的OPC服務器是S7-200 PC Access軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列PLC設計的OPC服務器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可與所有標準OPC客戶機配合使用，并允許一臺PC機與多個PLC連接[4]。

本系統中所有與組態王中相關的數據變量均由s7-200 PC Access軟件創建，創建完成后，可通過該軟件自身的測試機測試數據是否配置成功，如圖3是已創建好的數據界面。

圖3 s7-200PC Access軟件創建數據庫

4 結束語

本自動化生產線系統目前已成功應用到了盾尾密封油脂的生產中，從現場反饋的情況，具有可靠性高，便于管理，集成度好等優點，基于該自動化生產線系統可延伸應用到高分子制品的生產中，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

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[3]陳欽標.基于PLC和組態軟件InTouch9.5的配料控制系統的實現[D].廣州：華南理工大學自動化科學與工程學院，2010：1-3.

[4]陳新，周元玲.通過OPC實現PC與西門子S7-200PLC數據通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint

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圖2 OPC數據交換圖

本系統中選用的OPC服務器是S7-200 PC Access軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列PLC設計的OPC服務器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可與所有標準OPC客戶機配合使用，并允許一臺PC機與多個PLC連接[4]。

本系統中所有與組態王中相關的數據變量均由s7-200 PC Access軟件創建，創建完成后，可通過該軟件自身的測試機測試數據是否配置成功，如圖3是已創建好的數據界面。

圖3 s7-200PC Access軟件創建數據庫

4 結束語

本自動化生產線系統目前已成功應用到了盾尾密封油脂的生產中，從現場反饋的情況，具有可靠性高，便于管理，集成度好等優點，基于該自動化生產線系統可延伸應用到高分子制品的生產中，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

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[4]陳新，周元玲.通過OPC實現PC與西門子S7-200PLC數據通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint