GE 智能平台系列90-70 PLC在粮油工业中的应用_wincc_电机

GE 智能平台系列90-70 PLC在粮油工业中的应用

2007/5/29 9:35:00

GE Fanuc系列90-70 PLC在粮油工业中的应用
摘要 本文以实现粮油工业榨油厂自动控制为目的。在GE Fanuc自动控制技术平台上进行了系列90-70 PLC及CIMPLICITY程序的开发，其创新在于PLC程序和上位机程序所用的中间变量有Excel表的宏程序自动生成后，导入编程软件Proficy Logic Developer – Machine Edition和组态软件Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY中，这样在节省了大量的建立变量的时间的同时也是得建立变量时的错误率降低了很多。同时在PLC程序和上位机程序编制过程中运用了面向对象的编程方式，使同类设备程序开发过程方便很多，节省50%的开发时间，上位机程序开发过程中运用了大量的脚本程序，同时也用到了“类”，比单纯的组态功能更加强大方便，且方便用户使用。
本文首先从榨油厂工艺开始，结合实际施工情况对其工艺过程进行了详细的分析及描述，并在熟悉工艺图的基础上，完成了对所需设备的统计，根据系统的特点选择了GE Fanuc自动化解决方案。其重点是同类型的设备量很大，所以程序量也很大，如果按普通的编程方式，将会浪费大量的时间在变量的建立以及结构相同的程序上。所以在这里我用带有宏程序Excel表解决了快速变量建立的问题，“类”的应用解决了结构相同的程序的问题。其难点是VB脚本的开发和带有宏程序Excel表的开发。最后本系统现场调试成功，且长时间运行稳定，PLC程序和上位机程序可读性、可维护性、可移植性也相应的增强。

关键词　PLC；调用子程序；类；上位机；组态； SCADA
引言益海集团是由新加坡丰益集团和世界500强企业——美国ADM公司控股, 旨在全力打造大型综合粮油加工企业,前期成功运作了“福临门和鲁花”两大食用油品牌，目前益海集团已在国内直接控股工厂和贸易公司35家，并参股鲁花等多家国内著名粮油加工企业，工厂遍布河北、山东、江苏、福建、广东、广西、四川、湖北、湖南、新疆、宁夏、黑龙江等地区，贸易公司及办事处覆盖除西藏和港、澳、台地区外的全国各省。拥有“口福”、“丰苑”、“益海”及“莎妮雅”四大品牌，蛋白和油脂两大产品系列，包括小包装等各类精炼食用油、大豆蛋白、起酥油、人造奶油、脂肪酸以及磷脂等60多个品种的产品，是国内极具实力的油脂、油料加工企业集团。其榨油技术是由美国ADM公司提供的，以前ADM公司旗下榨油厂的控制部分大都是由荷兰imtech公司所设计，所以在这里我也借鉴了这些成功的案例，沿用了imtech开发的部分PLC程序和上位机程序。整个PLC程序和上位及程序的开发过程在以后几章我们将会详细的讨论。我首先向大家介绍一下榨油工艺。在榨油系统，主要分为两个车间：一、预榨车间，榨油前对大豆的预处理；二、浸出车间，用有机溶剂浸出大豆中的油脂成份。
工艺
预榨：
顾名思义就是榨油前对大豆的预先处理，在各个环节对大豆处理的程度对后续工序起着至关重要的意义，主要是对加热温度、湿度的控制以及对压胚质量的控制，在此过程中用到了大量的PID算法，以及其他对模拟量处理的算法，所以对PLC的浮点运算能力要求很高。
用一个直观的图表来描述预榨车间的概况。

预榨工艺
浸出：
首先，由预榨车间过来的白豆片浸入出器，用浸出溶剂正乙二氨将大豆中的油脂浸出，由浸出器出来的物质分成两种形态，一种是液体，一种是固体。
其中液体是正乙二氨和油的混合物，这些混合物进入蒸发塔进行三次蒸发，这样便把正乙二氨从油脂中分离出来了。
而固体则是混有正乙二氨的大豆蛋白，这些大豆蛋白经过低温脱融或是高温脱融后便成了蛋白含量大约50%的食用蛋白。这则是根据客户的要求来进行处理，如果需要更高含量的蛋白，则需要到SPC（酒精浸出）车间进一步加工。
用一个直观的图表来描述浸出车间的概况。

浸出工艺
GE Fanuc的解决方案
由于在整个大豆加工过程中用到了大量的模拟量调节、浮点计算等。我们在比较了Quantum， SLC， SIMATIC S7-400系列，GE Fanuc系列90-70 PLC后，综合考虑到硬件性能及网络和软件方面的功能后，最终选定系列90-70 PLC和Proficy Logic Developer-Machine Edition编程软件、Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY组态软件。我简要讲述以下选择她的理由。
硬件方面：
(1) 结构紧凑单槽的CPU模块，在CPU模块中有两个主要的处理器。一个是intel微处理器用于处理一些模拟量或特殊功能控制。另一个是布尔运算协处理器用于执行高速的开关量控制。（在我们的整个系统中用到了大量的PID调节）
(2) 系统机架采用标准的VME总线结构。可安装超过300家的第三厂VME标准模块。（我们要与Mettler-toledo的大豆称通讯）
(3) 系列90-70PLC I/O容量最大为12288点，模拟量8192点。
(4) CPU内存从512K子节到6M字节。
(5) 具有高密度（32点）的AC/DC输入/输出模块。
(6) 简易的模块卡子，可防止促无安装模块。
(7) 具有标准的硬件方式。可响应开关量或模拟量中断输入。可处理64个事故中断和16个时间中断。
(8) 和方便的系统和模块自诊功能，且极易故障排除。
(10)在CPU模块内部有电池支持内部时钟和日历。
(11)具有Genius分布式I/O模块子系统和Field Conrol系统配置。（处控制室外，在现场有按钮柜方便的用到了Genius分布式I/O模块子系统）

软件方面：
（1）为了解决本系统中大量同类型的设备，程序量也很大的状况，如果按普通的编程方式，将会浪费大量的时间在变量的建立以及结构相同的程序上，用的Proficy Logic Developer-Machine Edition (简称ME)采用结构化的编程方式，同时中间变量由Excel宏程序自动生成后导入PLC编程软件中，这样为我节省了大量的时间。
（2）Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY作为上位机程序的开发工具，其功能本人认为西门子的WinCC相似，但是Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY有它更加强大的VB脚本系统，他为“类”的开发奠定了坚固的基础，它是灵活的可伸缩的，可以适合单位的人机界面到网络化的监督控制和数据采集系统。在产品的各层次上都具有互联的功能，这是我们能够获得各个层次的集成而不需要在一个网络中进行重复组态。Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY是由服务器和浏览站组成的基于客户服务器体系结构的系统，服务器负责数据的采集和分配，浏览站可对采集到的数据进行访问以便观察和控制。服务器和浏览站可以很容易得通过网络连接在一起完全的共享数据甚至都不需要从一个点到另一个点复制你的点数据库，例如，数据点只需要组态一次而且只需要在服务器商进行一次组态。屏幕画面也只需在网路中的一个位置上进行开发和储存，而网络上的其它的Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY显示系统都可以对他访问。
PLC硬件电路设计

通讯接口设计
GE Fanuc 90-70系列PLC提供了多种接口，本系统用到了四种通讯接口：
(1) 串行接口，用于PLC从计算机第一次下载程序。
(2) 以太网接口，用于PLC和上位机之间通讯（为了提高通讯速度中间用光缆通讯），PLC和PLC之间通讯，PLC和计算机之间通讯，以及PLC和INTERNET之间通讯。
(3) Genius总线接口，用于PLC和遥控I/O和按钮柜之间通讯。
(4) BUS总线，用于机架和机架之间通讯。
根据上述要求硬件连接图如下：

通讯接口
软件设计
支持文档的开发
由于Proficy Logic Developer-Machine Edition和Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY都支持由csv文件导入的点及其对应的名称，所以这些文档的开发便成了至关重要的一步。为了做出这个文件总共所需开发的文档有7个Excel表：TEABLE(设备名),DI（数字输入）,DO（数字输出）,AI（模拟输入）,AO（模拟输出）,PB（按钮）,LMP（按钮灯）。后六个表都由第一个TEABLI连接，然后通过自己开发的一个Excel宏程序把上述7个Excel文档转化成PLC可以读取得scv文件，其所需内部变量及与上位机通讯的中间变量都由宏程序自动生成。其转换程序界面如下：

PLC转换程序界面一、TEABLE
TEABLE Excel表主要包括PLC系统中所用的各种设备，包括以下几类：各种电机、阀门、传感器、开关，虚拟设备等，以及他们的量程、描述、控制方式等。在此表中的设备名即为对象的名称。
二、DI、DO、AI、AO
此四个Excel表包括了所有设备所需的输入输出点的功能及其名称，包括数字量和模拟量。
三、PB、LMP
PB、LMP包括了电机的启动及停止按钮以及指示灯的点及名称。
四、FILE-SPEC 逗号分隔符的Excel表是有是由以上各表转换而来的用于Proficy Logic Developer-Machine Edition软件中点的建立。
五、SCADA_POINTS 逗号分隔符的Excel表同样也是有是由以上各表转换而来的用于Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY软件中点的建立。
上位机程序开发
Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY软件提供了两种点的建立方法，一种是所需一个一个添加（这种方法费时费力），另一种方法就是上文提到的通过CSV文件导入。