淺談組態王和PLC在銅電解整流配電系統中的應用

黃 晶

（大冶有色集團公司，湖北 黃石 435005）

1 引言

對于銅電解生產，主要的經濟技術指標是電單耗，即每生產1t 銅需要消耗的電量值。該指標監控的精確與否直接關系到企業生產經營；另一方面，加強能源計量管理也是現代企業精細化管理的要求，提高能源計量監控精度，有助于提高產品質量。隨著科技的飛速發展，組態軟件在監控領域中的應用越來越廣泛，國內著名的組態軟件有北京亞控公司的KingView 組態王和北京力控公司的ForceControl，而國外的則是萬維公司的InTouch 以及西門子公司的WinCC 等。其中KingView 組態王具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點。該軟件是中文操作界面，人機界面友好，可視化強等優點［1］；它自帶大量的圖像模型和豐富的腳本動畫，能充分利用其模板功能，實現快速繪制監控畫面，并采用動畫形式顯示監控設備的各種狀態信息和報警信息；它還具有操作簡單，參數設置靈活，編程易于掌握，可以反復進行模擬運行并便于設計修改等優點。在基于這些優點的考慮下，我廠的配電監控由原有的人工監控改造為使用Kingview自動監控。

2 用戶需求

用戶監控數據全部利用上位機進行儲存傳遞，采用CS 模式通訊，采用SQL Server 數據庫作為數據的儲存，利用現場傳感器采集的數據，通過模擬動畫文本的形式或以趨勢曲線的形式進行直觀的顯示。操作人員通過組態王向PLC 發出控制指令，完成設定電流和電壓的調整，并進行反饋。在報警窗口中能查看到有關報警的參數信息，并能實現數據報表打印功能。

3 硬件配置

3.1 控制系統組成及工作原理

銅電解整流配電控制系統包括電壓表、電流表、電能表、功率及功率因素表等現場一次元件，還包括DP 總線、變頻調速器、可控硅、PLC 及IO 模塊、上位機等。系統通過組態王控制整流裝置，從上位機上設定PID 參數［2］（主要是電流參數），PLC 將PID 參數發送給變頻器，變頻器按照給定的參數值觸發可控硅工作；PLC 接收到來自現場一次元件的傳感器信號，給變頻器反饋觸發電流信號以改變可控硅觸發角度，達到控制電流開度的目的。同時采用組態王進行系統監控，通過對PID 參數的整定，實現了整流裝置的閉環控制，使銅電解整流裝置穩定在設定值輸出。控制系統原理圖如圖1 所示。

圖1 控制系統原理圖

3.2 組態王和S7-200 通信

組態王與S7-200PLC 之間支持多種通信方式，本系統采用DP 協議進行通信，上位機上安裝CP5611 通訊卡，用Profibus-DP 電纜將S7-200 中的EM277 擴展模塊相連［3］，上位機作為DP 主站，S7-200 作為從站。然后進行通信設置，PC 機上需要安裝smaticnet6.0 作為OPC 服務器，組態王作為OPC 客戶端與服務器進行數據交換，PLC 上的通信設置如圖2 所示。

圖2 PLC 通信設置

4 軟件設計

4.1 設計PLC 程序

在組態王中將S7-200PLC 定義為設備，并將設備地址設置為1.0，組態王和S7-200PLC 的端口號必須設置一致。安裝STEP7-MicroWIN4.0 軟件完整編程包，根據控制系統輸入輸出實際要求，設置相關開關量和模擬量的IO 地址，再根據系統控制要求，繪制程序流程圖，安裝流程圖編寫PLC主程序及子程序。

4.2 設計監控操作界面

監控操作系統界面組態王6.55 軟件編寫，運行在Windows7 上，采用多線程和COM 組件等新技術。根據用戶控制要求，設計有主控制室監控界面和兩個分控制室監控界面。在主控和分控界面下又設計有現場各設備儀表狀態參數子畫面、電流和電壓參數調整子界面、實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線子界面以及查詢、報警、打印子界面，各個畫面之間可以相互切換［4］。為了便于直觀反映生產狀況，重要參數配以動畫形式實時反應到顯示屏，分控室和主控室都可以顯示。通過設置操作人員還可以使用鍵盤鼠標來對現場設備進行快速調節，極大地方便了操作。

4.3 建立數據庫

在 上 位 機Windows7 系 統 中 安 裝SQLServer作為實時數據庫，通過ODBC 設置完成組態王Kngview6.55 與實時數據庫之間的相互數據傳遞［5］。組態王軟件自帶歷史數據庫，它將采集到的實時數據匯總統一存放在歷史數據庫中，便于操作人員的對歷史數據的查詢和打印操作。

圖3 監控畫面

4.4 建立動畫

建立好操作圖形界面后，通過設置圖形基本屬性可以達到動畫效果，在設置好的按鍵圖形上點擊“彈起時的操作”，可以編輯程序指令，例如升降檔位的操作，并且可以設置反饋信息輸出，這樣當按鍵點擊后彈起時，就會執行相應操作并產生動畫效果。

4.5 設置實時曲線圖和歷史曲線圖

使用組態王工具箱中自帶的實時趨勢曲線圖功能實現曲線圖的繪制。首先對曲線基本屬性進行定義，例如背景圖顏色，橫坐標和縱坐標的邊框顏色，曲線線型和顏色等；然后對各條曲線對應的PLC輸出參數通過編寫腳本程序進行鏈接［6］。對歷史曲線而言，是將歷史數據庫的數據鏈接到控件中實現歷史曲線的顯示。在同一個趨勢曲線圖中可以同時顯示多個變量曲線，便于工作人員對數據進行比較分析。

4.6 設置報警信息

報警信息在整個配電監控系統中起到十分重要的作用。例如當現場傳感器采集到油溫超出規定閾值時，組態王軟件就會以聲響和光閃等特定的形式提醒工作人員，讓工作人員及時做出判斷并進行補救，避免事故的擴大化。如果沒有設置報警上下限和發出報警，系統無法將故障信息反饋給工作人員，這樣故障就無法及時處理。

4.7 分配管理權限

組態王還可針對不同人員分配操作管理相應等級權限，最后添加相應的操作提示信息，監控界面如圖3 所示。

5 結束語

該整流配電監控系統已投入運行，用戶反映效果較好。通過利用Kingview6.55 組態王軟件與西門子S7-200PLC 設計的這套整流配電監控系統，實現了配電監控全自動化控制。該系統人機交互界面簡潔直觀，而且易于后期升級擴容。經過實際運行發現，該系統的控制精度為0.1%，調節后無明顯波動，操作簡單，滿足了銅電解大電流、高精度控制的需要，為滿足高質量產品生產的要求提供了強有力的保障。