1  引言

        PLC(Programmable Logical Controller)通常称为可编程逻辑控制器，是一种以微处理器为基础，综合了现代计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置，由于它有体积小、功能强、程序设计简单、维护方便等优点，特别是它适应恶劣工业环境的能力和它的高可靠性，维护方便等优点，使它的应用越来越广泛，已经被称为现代工业的三大支柱之一。PLC既能实现开关量信号的逻辑控制，又能实现与计算机等智能设备之间的通信，而且还具有较强的数据处理能力。当选配相应的模拟量I/O模块后，就可以实现对生产现场模拟量I/O信号的处理和生产设备的连续控制。

2  系统结构

        笔者在北京卷烟厂和遵义卷烟厂的干冰膨胀烟丝系统中采用了分布式计算机控制系统，由西门子的SIMATIC系列PLC S7-4143DP、WinCC过程监控软件以及MP370作为人机界面操作站。系统下位机采用S7-4143DP型PLC构成双机冗余控制系统。上位机采用WinCC开发监控应用程序并构成冗余监控系统。系统采用授权的方式区别工程师和操作员，日常操作和系统维护的分离使系统可以长期稳定运行。由下位机完成所有的系统控制程序，上位机完成工艺流程参数显示、报警、统计、打印等功能。现场监控采用MP370系列图形化终端，该终端通过专用串口通信线或PROFIBUS-DP与PLC相连。该结构既利用了PLC的可靠性和抗干扰能力强等优点，又利用了工业软件丰富、显示功能强和输入方便等优点，并且系统具在良好的可扩充性。对于恶劣环境也有较强的适应能力。网络及硬件示意图如图1所示。

3  硬件设计

        它的硬件构成主要有PLC、分布式的ET200S工作站、P+F现场总线、网络、操作员与工程师站组成。为了使系统具有高可靠性，硬件组成采用冗余设计，PLC选用S7-4143DP，分布式工作站ET200S直接挂接西门子馈电器，馈电器的输入输出点可直接通过接口与ET200S的IM151模块进行通讯。在检测元件较多的单台设备上采用了P+F总线系统，可利用P+F总线模块对接近开关、光电管的输入、输出信号进行采集，各模块之间通过P+F总线电缆连接。两块CPU之间通过专用的MPI网络实现CPU之间的冗余。CPU和分布式工作站ET200S以及P+F网关之间通过PROFIBUS-DP总线相连构成通讯网络的冗余。CPU与操作员站、工程师站之间光纤连接，网络由四块光纤收发器与二条光纤构成，构成光纤的主环与副环，若主环某一点出现故障或断线，则会立即启动备用的副环，自动形成一个新的逻辑环路。上位机有工作站和服务器组成，监视系统的运行情况。

图1  系统结构示意图

4  软件设计

        (1)  PLC程序设计

        STEP7编程软件基于Windows95/98WindowsNT/2000，是为S7-300/400 PLC配置和编程的标准软件包。通过STEP7用户可以进行系统配置和程序的编写、调试，在线诊断PLC硬件状态，控制PLC的运行状态和I/O通道的状态等。STEP7的编程语言梯形逻辑图、语句表、功能块图都集成在一个标准软件包中，并且可以互相转化，编写简便，易于掌握。

        (2)  WinCC监控软件

        WinCC是基于32位操作系统的面向对象的应用软件，是一个较为实用且与SIMATIC产品无缝连接的组态软件，可以实现控制界面设计、硬件组态、标签归档、报警归档、打印归档与用户管理。另外WinCC拥有完备的工业图形库，如阀门、反应罐、模拟传统显示仪表、管道等，方便了工程师设计监控系统的过程画面。而且该软件的WinCC冗余插件REDUNDANCY允许用户同时运行两台并行的WinCC单用户系统或服务器PC实现相互监控。WinCC能够在生产过程中危急情况的初发阶段进行报告，这些信号既可以在屏幕上显示出来，也可以通过声卡用声音表现出来。WinCC支持用帮助功能和操作指南来消除故障。某一WinCC工作站可专门用于过程控制以使那些重要的过程信息不被屏蔽。软件辅助操作策略保护过程不会非法访问，并提供用于工业环境中的无错操作。如果有一台服务器发生故障，第二台服务器会接替并控制整个系统。当有故障的服务器恢复运行时，第二台服务器自动地为重新启动的服务器复制所有的过程变量和信息，并且重新控制整个网络。在正常情况下，两台WinCC站保持并联运行，也就是说每个站都有自己的过程连接和数据存档，WinCC冗余插件保证两个系统和用户专用的存档数据自动的相互匹配。在本系统的开发过程中，笔者使用WinCC冗余插件实现了两台并联运行服务器的冗余监控。从而实现HMI对烟机的适应能力。

        (3)  现场操作站

        现场操作站采用MP 370产品，它通过串口或PROFIBUS-DP与PLC相连，该操作站的开发软件为ProTool。MP370可用来直接访问连接的PLC和外围设备以读、写数值，不必将附加编程单元或PC连接至PLC，就可以方便地监控、修改PLC程序操作数。并且SIMATIC HMI符号库是一个包含来自生产领域图形的综合库，该库延伸了为项目产生大量画面和逼真表现外表的可能性，画面图形包含大量的类别范围，例如：阀、电机、罐状集装箱、传送带、工厂建筑物、3DISA符号、冷却和加热系统等。使用画面的编辑器，在任何SIMATIC HMI符号库中的对象可以插入到当前的画面，并且根据自己的需要进行编辑，还可以制作配方画面。该软件完全基于面向对象操作的原则，与日常工作规程一致，容易理解。用户可以充分发挥自己的想象力，使用软件系统提供的点、直线、矩形、棒图、趋势曲线以及位图等图形元素以及文本、变量、软键盘、消息等对象，并且创建自己的字体来设计自己监控画面，如图2所示。创建完自己的画面后，进行编译，编辑器将其转换为终端可以理解的形式，编译成功后选择Download将该文件通过串口或网络联接下载到终端。

图2  监控画面

5  结语

    采用上述方案，笔者设计了北京卷烟厂和遵义卷烟厂的干冰膨胀烟丝系统，实际运行状况表明：该方案具有明显抗干扰能力，操作简便易懂。从而使得装置的安全性、可靠性得到了极大提高；对生产线的运行情况实时跟踪，进行数据采样，较大的提高了工厂的信息化程度，并取得了较好的经济效益和社会效益。