基于工控机的等温锻造监控系统

2013-08-08施宝酉杜立峰李利清天津市天锻压力机有限公司

锻造与冲压 2013年15期

关键词：液压机工控机压机

文/施宝酉，杜立峰，李利清·天津市天锻压力机有限公司

基于工控机的等温锻造监控系统

文/施宝酉，杜立峰，李利清·天津市天锻压力机有限公司

施宝酉，工程师，主要从事液压技术方面的电气控制工作。

工控机是专门为工业现场而设计的计算机，而工业现场一般具有振动强烈，灰尘特别多，电磁场力干扰高等特点，且一般工厂均是连续作业，一年中没有休息。因此，工控机与普通计算机相比必须具有以下特点：

⑴机箱采用钢结构，有较高的防磁、防尘、防冲击能力。

⑵机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽，即工控机的可扩展性比普通电脑要好得多。

⑶机箱内有专用电源，电源有较强的抗干扰能力。

⑷具有连续长时间工作的能力。

本文针对大型压机的监控系统，通过工控机实现了数据采集、存储、报警、打印、趋势显示等功能，通过以太网传送数据实现了开放式集中监控，并介绍了液压机的控制网络构架。

控制网络的构建

等温锻造液压机具有占地面积大，控制监视点分布分散的特点，因此需要使用分散式控制网络。其中在该大型压机系统中主要包括PROFIBUS现场总线网络、RS485总线网络和以太网网络。大型压机的整个网络控制系统结构如图1所示。

图1 大型液压机控制网络

PROFIBUS总线网络

根据大型压机控制系统的需求，下位机采用西门子S7-400PLC和ET200S从站系统结构，1#ET200S从站控制M1-M9主电机启停；2#ET200S从站采集主油箱附近信号；3#ET200S从站采集操作室按钮信号；4#ET200S从站控制地坑电磁阀动作；5#ET200S从站控制液压机上横梁电磁阀动作；6#从站为左前位移尺、7#从站为右前位移尺、8#从站为左后位移尺、9#从站为右后位移尺。

采用分布式PROFIBUS总线网络，将这些分布在不同位置的从站连接起来，减少了接线成本和节省了大量劳动力，提高了通信速率，增强了监控系统的开放性、兼容性。在工控机监控界面增加了PROFIBUS-DP总线的诊断界面，方便了后期用户的维护和故障排除。

RS-485总线网络

等温锻造液压机系统采用了200kW电机，每台电机均安装了综保保护电机，为了实时监视电机的运行温度，在每台高压电机上安装了Pt100热电阻，使用带RS-485接口的二次温度巡检仪表显示主泵电机的轴承温度，并通过485总线传输到工控机上显示。

采用RS-485方式通信时需要通过一个RS-232/485转换器来实现PC与温度巡检仪表的通信，如果RS-232/485转换器的485端为4线制，需要将发送A线与接收A线短接，发送B线与接收B线短接，将485通信方式转为单工通信方式，以满足温度巡检仪表的单工通信要求。该通信方式，相对于RS-232通信方式通信距离远，通信速率高，抗干扰性强；相对于PLC温度检测模块价格低廉，并且可以实现工控机与多台温度巡检仪表之间的通信。因此在高压电机温度检测中采用了RS-485总线的通信方式。

以太网网络

在S7-400PLC中插入CP443-1以太网模块，在工控机上插入CP1613以太网卡，可以通过工控机实现与现场S7-400PLC基于以太网的通信。生产现场使用PROFIBUS总线连接，在控制网络采用以太网网络，以太网通信速率高、实时性好、开放性好，这样便于与办公网络连接，为设备后期的扩展或升级留出空间。

工控机监控界面设计

根据等温锻造压机控制需求(数据存储空间与保存时间）以及WinCC运行的配置要求，该监控系统选取立式工控机，配置带旋转支架的显示器，便于用户操作。

西门子视窗控制中心SIMATIC WinCC（Windows Control Center）因为其良好的开放性、灵活性和稳定性，现在已经广泛应用到我国各个工控行业。该液压机监控系统采用WinCC 6.0软件并配合Step 7编程软件，能实现两者的无缝连接。WinCC提供了嵌入式的C语言编程，用户可以通过编辑项目函数和行为实现特殊的功能和二次开发。工控机上主要包括用户管理界面、压机监控界面、诊断界面、打印界面、综合服务界面、数据记录与趋势分析界面等。

用户管理界面

为了防止外来人员的操作，在WinCC内设置了3个等级的操作权限，在组态过程中根据需要分别对不同界面设置了相应的操作权限。在该界面内具有高级权限的用户可以直接修改用户的密码或增加、删除用户。在WinCC全局脚本内通过编程，可以用记事本记录每个操作人员的登录与退出时间，以及详细的操作记录，如图2所示，记录用户操作便于追源和分析用户故障。

图2 用户操作记录

压机监控界面

为了实时监控等温锻造液压机系统的运行情况，在WinCC组态界面中采集液压机的电磁阀动作信号、滑块的位置数据和压力数据，并且将这些数据添加在趋势控件内，以实时和历史趋势进行显示，便于用户直接比较和观察这些数据。用户可以在工控机上在线任意选择和启动需要启动的电机，这样可以大大节省操作台的空间。

根据生产要求，操作员可以通过键盘或鼠标直接在工控机上输入数据，控制液压机的运行。在报警界面中用户可以方便地观察到大型液压机的报警故障所在，因此可以提示操作员及时解决这些故障。

诊断界面

利用西门子软件的集成功能，将WinCC组态软件集成到Step 7编程软件内，在Step 7硬件组态界面内生成PLC系统错误报告FB49、FC49、DB49、DB51，在WinCC中加入报警控件可以直接读出PLC诊断缓冲区内的错误报告，便于监控PLC的状态。

该等温锻造液压机的现场监控网络从站分布范围广，为了便于用户监控和维护，在工控机界面增加了专门针对PROFIBUS-DP现场总线的诊断界面，该界面用不同颜色表示126个从站的状态，一旦PROFIBUS-DP网络出现故障，PLC就会输出一个报警，用户可以进入总线诊断界面直接观察到故障从站，便于用户及时解决问题。

打印界面

WinCC组态软件在报表设计上虽然比较单一，但是可以基本满足大部分用户的需求。但是由于其开放性和灵活性比较好，支持用户的二次开发，因此用户可以借助和利用第三方软件──VB、Excel等实现报表的设计和打印。

在该液压机监控系统设计中根据用户需求，WinCC将采集的滑块左前侧、左后侧、右前侧、右后侧、偏差位置、压力、速度以及电机温度等数据存储在工控机上，通过计算在数据归档存储区域分配出足够的存储空间，并且至少要有20%的裕量。

根据设计需求，通过WinCC自带的报表编辑器可以满足用户需求，因此并没有使用第三方的软件二次开发设计。通过WinCC报表编辑器为用户设计了电机温度报表、电机温度趋势报表、滑块位置报表、滑块速度报表、液压油温与高度报表等。在报表打印界面用户可以根据需要选择相应的打印内容，并选择打印时间范围，随时查阅、打印数据和趋势，如图3所示。