GE Fanuc系列90-70 PLC在糧油工業(yè)中的應(yīng)用摘 要 本文以實(shí)現(xiàn)糧油工業(yè)榨油廠自動(dòng)控制為目的。在GE Fanuc自動(dòng)控制技術(shù)平臺(tái)上進(jìn)行了系列90-70 PLC及CIMPLICITY程序的開(kāi)發(fā)，其創(chuàng)新在于PLC程序和上位機(jī)程序所用的中間變量有Excel表的宏程序自動(dòng)生成后，導(dǎo)入編程軟件Proficy Logic Developer – Machine Edition和組態(tài)軟件Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY中，這樣在節(jié)省了大量的建立變量的時(shí)間的同時(shí)也是得建立變量時(shí)的錯(cuò)誤率降低了很多。同時(shí)在PLC程序和上位機(jī)程序編制過(guò)程中運(yùn)用了面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，使同類設(shè)備程序開(kāi)發(fā)過(guò)程方便很多，節(jié)省50%的開(kāi)發(fā)時(shí)間，上位機(jī)程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中運(yùn)用了大量的腳本程序，同時(shí)也用到了“類”，比單純的組態(tài)功能更加強(qiáng)大方便，且方便用戶使用。
本文首先從榨油廠工藝開(kāi)始，結(jié)合實(shí)際施工情況對(duì)其工藝過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析及描述，并在熟悉工藝圖的基礎(chǔ)上，完成了對(duì)所需設(shè)備的統(tǒng)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇了GE Fanuc自動(dòng)化解決方案。其重點(diǎn)是同類型的設(shè)備量很大，所以程序量也很大，如果按普通的編程方式，將會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間在變量的建立以及結(jié)構(gòu)相同的程序上。所以在這里我用帶有宏程序Excel表解決了快速變量建立的問(wèn)題，“類”的應(yīng)用解決了結(jié)構(gòu)相同的程序的問(wèn)題。其難點(diǎn)是VB腳本的開(kāi)發(fā)和帶有宏程序Excel表的開(kāi)發(fā)。最后本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試成功，且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行穩(wěn)定，PLC程序和上位機(jī)程序可讀性、可維護(hù)性、可移植性也相應(yīng)的增強(qiáng)。
關(guān)鍵詞 PLC；調(diào)用子程序；類；上位機(jī)；組態(tài)； SCADA
引言 益海集團(tuán)是由新加坡豐益集團(tuán)和世界500強(qiáng)企業(yè)——美國(guó)ADM公司控股, 旨在全力打造大型綜合糧油加工企業(yè),前期成功運(yùn)作了“福臨門(mén)和魯花”兩大食用油品牌，目前益海集團(tuán)已在國(guó)內(nèi)直接控股工廠和貿(mào)易公司35家，并參股魯花等多家國(guó)內(nèi)著名糧油加工企業(yè)，工廠遍布河北、山東、江蘇、福建、廣東、廣西、四川、湖北、湖南、新疆、寧夏、黑龍江等地區(qū)，貿(mào)易公司及辦事處覆蓋除西藏和港、澳、臺(tái)地區(qū)外的全國(guó)各省。擁有“口?！?、“豐苑”、“益?！奔啊吧菅拧彼拇笃放疲鞍缀陀椭瑑纱螽a(chǎn)品系列，包括小包裝等各類精煉食用油、大豆蛋白、起酥油、人造奶油、脂肪酸以及磷脂等60多個(gè)品種的產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)極具實(shí)力的油脂、油料加工企業(yè)集團(tuán)。其榨油技術(shù)是由美國(guó)ADM公司提供的，以前ADM公司旗下榨油廠的控制部分大都是由荷蘭imtech公司所設(shè)計(jì)，所以在這里我也借鑒了這些成功的案例，沿用了imtech開(kāi)發(fā)的部分PLC程序和上位機(jī)程序。整個(gè)PLC程序和上位及程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程在以后幾章我們將會(huì)詳細(xì)的討論。我首先向大家介紹一下榨油工藝。在榨油系統(tǒng)，主要分為兩個(gè)車間：一、預(yù)榨車間，榨油前對(duì)大豆的預(yù)處理；二、浸出車間，用有機(jī)溶劑浸出大豆中的油脂成份。
工藝預(yù)榨：
顧名思義就是榨油前對(duì)大豆的預(yù)先處理，在各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)大豆處理的程度對(duì)后續(xù)工序起著至關(guān)重要的意義，主要是對(duì)加熱溫度、濕度的控制以及對(duì)壓胚質(zhì)量的控制，在此過(guò)程中用到了大量的PID算法，以及其他對(duì)模擬量處理的算法，所以對(duì)PLC的浮點(diǎn)運(yùn)算能力要求很高。
用一個(gè)直觀的圖表來(lái)描述預(yù)榨車間的概況。
預(yù)榨工藝浸出：
首先，由預(yù)榨車間過(guò)來(lái)的白豆片浸入出器，用浸出溶劑正乙二氨將大豆中的油脂浸出，由浸出器出來(lái)的物質(zhì)分成兩種形態(tài)，一種是液體，一種是固體。
其中液體是正乙二氨和油的混合物，這些混合物進(jìn)入蒸發(fā)塔進(jìn)行三次蒸發(fā)，這樣便把正乙二氨從油脂中分離出來(lái)了。
而固體則是混有正乙二氨的大豆蛋白，這些大豆蛋白經(jīng)過(guò)低溫脫融或是高溫脫融后便成了蛋白含量大約50%的食用蛋白。這則是根據(jù)客戶的要求來(lái)進(jìn)行處理，如果需要更高含量的蛋白，則需要到SPC（酒精浸出）車間進(jìn)一步加工。
用一個(gè)直觀的圖表來(lái)描述浸出車間的概況。
浸出工藝GE Fanuc的解決方案由于在整個(gè)大豆加工過(guò)程中用到了大量的模擬量調(diào)節(jié)、浮點(diǎn)計(jì)算等。我們?cè)诒容^了Quantum， SLC， SIMATIC S7-400系列，GE Fanuc系列90-70 PLC后，綜合考慮到硬件性能及網(wǎng)絡(luò)和軟件方面的功能后，最終選定系列90-70 PLC和Proficy Logic Developer-Machine Edition編程軟件、Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY組態(tài)軟件。我簡(jiǎn)要講述以下選擇她的理由。
硬件方面：
(1) 結(jié)構(gòu)緊湊單槽的CPU模塊，在CPU模塊中有兩個(gè)主要的處理器。一個(gè)是intel微處理器用于處理一些模擬量或特殊功能控制。另一個(gè)是布爾運(yùn)算協(xié)處理器用于執(zhí)行高速的開(kāi)關(guān)量控制。（在我們的整個(gè)系統(tǒng)中用到了大量的PID調(diào)節(jié)）
(2) 系統(tǒng)機(jī)架采用標(biāo)準(zhǔn)的VME總線結(jié)構(gòu)?？砂惭b超過(guò)300家的第三廠VME標(biāo)準(zhǔn)模塊。（我們要與Mettler-toledo的大豆稱通訊）
(3) 系列90-70PLC I/O容量最大為12288點(diǎn)，模擬量8192點(diǎn)。
(4) CPU內(nèi)存從512K子節(jié)到6M字節(jié)。
(5) 具有高密度（32點(diǎn)）的AC/DC輸入/輸出模塊。
(6) 簡(jiǎn)易的模塊卡子，可防止促無(wú)安裝模塊。
(7) 具有標(biāo)準(zhǔn)的硬件方式?？身憫?yīng)開(kāi)關(guān)量或模擬量中斷輸入。可處理64個(gè)事故中斷和16個(gè)時(shí)間中斷。
(8) 和方便的系統(tǒng)和模塊自診功能，且極易故障排除。
(10)在CPU模塊內(nèi)部有電池支持內(nèi)部時(shí)鐘和日歷。
(11)具有Genius分布式I/O模塊子系統(tǒng)和Field Conrol系統(tǒng)配置。（處控制室外，在現(xiàn)場(chǎng)有按鈕柜方便的用到了Genius分布式I/O模塊子系統(tǒng)）
軟件方面：
（1）為了解決本系統(tǒng)中大量同類型的設(shè)備，程序量也很大的狀況，如果按普通的編程方式，將會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間在變量的建立以及結(jié)構(gòu)相同的程序上，用的Proficy Logic Developer-Machine Edition (簡(jiǎn)稱ME)采用結(jié)構(gòu)化的編程方式，同時(shí)中間變量由Excel宏程序自動(dòng)生成后導(dǎo)入PLC編程軟件中，這樣為我節(jié)省了大量的時(shí)間。
（2）Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY作為上位機(jī)程序的開(kāi)發(fā)工具，其功能本人認(rèn)為西門(mén)子的WinCC相似，但是Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY有它更加強(qiáng)大的VB腳本系統(tǒng)，他為“類”的開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)固的基礎(chǔ)，它是靈活的可伸縮的，可以適合單位的人機(jī)界面到網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在產(chǎn)品的各層次上都具有互聯(lián)的功能，這是我們能夠獲得各個(gè)層次的集成而不需要在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行重復(fù)組態(tài)。Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY是由服務(wù)器和瀏覽站組成的基于客戶服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和分配，瀏覽站可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)以便觀察和控制。服務(wù)器和瀏覽站可以很容易得通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接在一起完全的共享數(shù)據(jù)甚至都不需要從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)復(fù)制你的點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，例如，數(shù)據(jù)點(diǎn)只需要組態(tài)一次而且只需要在服務(wù)器商進(jìn)行一次組態(tài)。屏幕畫(huà)面也只需在網(wǎng)路中的一個(gè)位置上進(jìn)行開(kāi)發(fā)和儲(chǔ)存，而網(wǎng)絡(luò)上的其它的Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY顯示系統(tǒng)都可以對(duì)他訪問(wèn)。
PLC硬件電路設(shè)計(jì)通訊接口設(shè)計(jì)GE Fanuc 90-70系列PLC提供了多種接口，本系統(tǒng)用到了四種通訊接口：
(1) 串行接口，用于PLC從計(jì)算機(jī)第一次下載程序。
(2) 以太網(wǎng)接口，用于PLC和上位機(jī)之間通訊（為了提高通訊速度中間用光纜通訊），PLC和PLC之間通訊，PLC和計(jì)算機(jī)之間通訊，以及PLC和INTERNET之間通訊。
(3) Genius總線接口，用于PLC和遙控I/O和按鈕柜之間通訊。
(4) BUS總線，用于機(jī)架和機(jī)架之間通訊。
根據(jù)上述要求硬件連接圖如下：
通訊接口軟件設(shè)計(jì)支持文檔的開(kāi)發(fā) 由于Proficy Logic Developer-Machine Edition和Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY都支持由csv文件導(dǎo)入的點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的名稱，所以這些文檔的開(kāi)發(fā)便成了至關(guān)重要的一步。為了做出這個(gè)文件總共所需開(kāi)發(fā)的文檔有7個(gè)Excel表：TEABLE(設(shè)備名),DI（數(shù)字輸入）,DO（數(shù)字輸出）,AI（模擬輸入）,AO（模擬輸出）,PB（按鈕）,LMP（按鈕燈）。后六個(gè)表都由第一個(gè)TEABLI連接，然后通過(guò)自己開(kāi)發(fā)的一個(gè)Excel宏程序把上述7個(gè)Excel文檔轉(zhuǎn)化成PLC可以讀取得scv文件，其所需內(nèi)部變量及與上位機(jī)通訊的中間變量都由宏程序自動(dòng)生成。其轉(zhuǎn)換程序界面如下：
PLC轉(zhuǎn)換程序界面一、TEABLE
TEABLE Excel表主要包括PLC系統(tǒng)中所用的各種設(shè)備，包括以下幾類：各種電機(jī)、閥門(mén)、傳感器、開(kāi)關(guān)，虛擬設(shè)備等，以及他們的量程、描述、控制方式等。在此表中的設(shè)備名即為對(duì)象的名稱。
二、DI、DO、AI、AO
此四個(gè)Excel表包括了所有設(shè)備所需的輸入輸出點(diǎn)的功能及其名稱，包括數(shù)字量和模擬量。
三、PB、LMP
PB、LMP包括了電機(jī)的啟動(dòng)及停止按鈕以及指示燈的點(diǎn)及名稱。
四、FILE-SPEC 逗號(hào)分隔符的Excel表是有是由以上各表轉(zhuǎn)換而來(lái)的用于Proficy Logic Developer-Machine Edition軟件中點(diǎn)的建立。
五、SCADA_POINTS 逗號(hào)分隔符的Excel表同樣也是有是由以上各表轉(zhuǎn)換而來(lái)的用于Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY軟件中點(diǎn)的建立。
上位機(jī)程序開(kāi)發(fā)Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY軟件提供了兩種點(diǎn)的建立方法，一種是所需一個(gè)一個(gè)添加（這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力），另一種方法就是上文提到的通過(guò)CSV文件導(dǎo)入。
變量的導(dǎo)入對(duì)象的建立對(duì)象（Object）就是點(diǎn)的一個(gè)集合，例如一臺(tái)電機(jī)，一個(gè)閥門(mén)，一個(gè)傳感器都可以稱為為一個(gè)對(duì)象。下面詳細(xì)敘述一下對(duì)象的建立。
首先雙擊Object進(jìn)入對(duì)象建立的對(duì)話框
寫(xiě)好對(duì)象的名稱，然后為他選擇正確的Class(電機(jī)、閥門(mén)、傳感器、開(kāi)關(guān)等)，點(diǎn)擊OK進(jìn)入下一對(duì)話框
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