基于Modicon M238的控制系统的实现

王卫华，赵庆云，于宝青，祝苏军

WANG Wei-hua1, ZHAO Qing-yun2, YU Bao-qing1, ZHU Su-jun1

（1.天津金牛电源材料有限责任公司，天津 300400；2.中海油天津化工研究设计院，天津 300131）

0 引言

施耐德公司的电气产品应用普及，PLC这几年的发展也非常不错，特别是硬件易于安装和调试，性价比高。在软件编程方面，线圈、中间继电器以及模拟量的定义类似C语言变量的定义方式，可任意取名，只需要在I/O地址表中将各变量和I/O地址相关联，这样I/O地址的改变不影响程序，提高了编程的灵活性[1]。TM238LFDC24DT控制器可扩展7个TM2模块，集成两个串行接口，一个CANopen接口，一个USB编程接口，通信功能强，TM2扩展模块紧凑，节省安装空间。可以选择的类型有32通道开关量输入、32通道开关量输出及8通道模拟量输入等，提高了系统的集成规模[2]。本文将M238系列模块应用于车间转水、加水自动化操作，不但提高了工作效率，也避免了误操作的发生，提升了本质安全性，系统已投入使用，运行稳定。

1 系统背景

某生产车间共有11个吸收罐，用于对反应后的尾气进行吸收，转化成一定浓度的盐酸后，再转到盐酸储罐里。A～K罐每个罐分为转水、加水两个操作，H罐、I罐的加水有直接加水和从J罐加水两种，J罐、K罐的加水需经过一级、二级喷淋塔，工艺复杂，需要双人操作。手动执行加水时，需要1个人时刻盯着吸收罐液位，一个人控制泵的开关，不能出现溢满、打空等现象。加水管路用的是临时软管，哪个罐需要加水，把管子伸到那个罐里，员工劳动强度大，特别是在冬季，室外结冰，增加了加水、转水作业难度。随着产量的增大，车间员工对自动化生产要求越来越迫切。因而对转水、加水进行自动化改造，实现只需旋动加水、转水开关，即可完成整个加水、转水操作，各加水操作之间进行互锁，大大提高了生产的安全性。

2 系统硬件设计

2.1 系统拓扑设计

该系统I/O点数多，阀门互锁逻辑复杂，根据工艺及设备布局将系统分为两部分进行控制，A～G罐为一部分，H～K罐及两个喷淋塔为一部分，每部分用一台TM238LFDC24DT控制器及相应的扩展模块进行控制，两台TM238LFDC24DT用MODBUS协议，通过SL2口进行通信，每个控制器连接一台触摸屏，做组态画面实时监控，记录报警、液位、阀门的开关等参数信息。电动阀门的执行电源均为220V交流电，所以PLC的开关量输出需经过DC24V小型继电器，控制各个电动头的开、关电源。电动头的全开、全关信号靠内部凸轮触动限位开关来返回，返回信号的公共电源取DC24V，这样开、关信号均为DC24V信号，直接输入PLC当中。同样泵的开、关电源也是通过DC24V继电器来控制，用DC24V继电器来充当开、关按钮，“开”接继电器的常开触点，“关”接继电器的常闭触点。这里给出H～K罐的工艺流程图如图1所示。

图1 H～K罐工艺流程图

2.2 设备选型

控制器选用TM238LFDC24DT，触摸屏选用北京昆仑通态公司的TPC1062K，触摸屏与控制器之间用MODBUS协议通过SL1口进行通信。系统控制的主要变量是液位，在每个罐及喷淋塔内，安装一个磁翻转液位计，共计14台液位计，液位计的材质均为聚丙材质，已达到防腐效果。系统的阀门主要用电动阀共计40台，每台阀门的开关状态要求反馈，系统包括14台泵，每台泵的开关状态通过辅助触点进行反馈。这样A～G罐与H～K罐分别需要用1台TM238LFDC24DT，2台32通道开关量输出模块TM2 DDO 32TK，2台32通道开关量输入模块TM2 DDI 32DK，1台8通道模拟量输入模块TM2 AMI 8HT，1台TPC1062K触摸屏。系统将加水管道改成固定管道，并用电伴热带伴热，以解决冬季防冻问题，电伴热带选用自控温型低温防腐伴热带。

3 系统软件设计

3.1 通信程序设计

系统软件主要分为通信程序设计和控制程序设计。系统通信主要包括触摸屏与控制器之间的MODBUS通信以及两台控制器之间的MODBUS通信。

3.1.1 触摸屏与控制器之间的通信

触摸屏与控制器的通信较为简单，需在触摸屏MCGS组态软件中建立两个MODBUS设备，用“设备0”读取控制器中的开关量，用“设备1”读写控制器中的模拟量，“通用串口父设备”的通信参数如MODBUS地址，通信波特率、数据位位数，奇偶校验等的设置应与控制器一致，然后将“设备0”、“设备1”的“32位整数校验码顺序”设为“2-3412”，“32位浮点数解码顺序”设为“2-3412”，“设备地址”设为“1”，此地址便是M238的SL1口的MODBUS从机地址。M238的MODBUS地址只用到4区，在和MCSG通信时，位的地址加1，双字的地址乘2加1。例如MCSG中的MODBUS地址40001.00～40001.15对应M238中的位地址%MX0.0～%MX1.7，40002.00对应%MX2.0，4DF0201对应%MD100，4DF0203对应%MD101。

3.1.2 M238之间的通信程序设计

图2 “READ_VAR”功能块参数设置

两台M238之间通过SL2口用MODBUS 协议进行通信，选H～K罐的控制器为主站，A～G罐的为从站，在主站里做通信程序，读写从站里的变量。程序主要用到“ADDM”功能块，“READ_VAR”功能块，“WRITE_VAR”功能块以及“BLINK”功能块等。现以读变量为例进行说明，首先用“ADDM”功能块将从站地址转化位地址变量格式，再用“BLINK”功能块定时触发“READ_VAR”功能块，经调试M238只能读取字类型变量，即参数Objtype只能选择ObjectType.MW类型，参数FirstObject设置为300即读取从站%MW300开始的变量，Quantity设置为2，即读取%MW300，%MW301两个变量。在从站里需要用“BIT_AS_WORD”功能块将用到的各开关量转换为字变量，然后将该值发送到地址为%MW300的变量当中。参数Buffer的值是存储读取变量的数组的地址，即将读取到的两个值存储在v_wregister[0]和v_wregister[1]当中[3]。“READ_VAR”功能块的各参数设置如图2所示。

3.2 控制程序设计

系统的控制程序主要内容是根据液位变化控制各转水、加水阀门和泵，各个罐的加水之间进行互锁，即同一时间只能有一个罐进行加水，一个罐不能同时进行加水、转水操作。加水、转水完毕后发出声光报警信息，误操作时发出误操作报警信息。 现以J罐加水为例进行说明，J罐加水时首先判断是否满足加水条件，满足则进入加水程序，由蓄水池向喷淋塔1加水，喷淋塔1向喷淋塔2加水，喷淋塔1向J罐加水，当喷淋塔1液位低于下限时，停止向喷淋塔2加水，高于上限时回复加水，同样喷淋塔2低于下限时停止向J罐加水，高于上限时回复加水。J罐液位超过上限后，喷淋塔2停止向J罐加水，当喷淋塔1、喷淋塔2的液位分别满足上限后，程序结束。程序流程图如图3所示。

4 组态软件设计

触摸屏的组态软件是MCGS嵌入版7.2，该软件功能强大，具有配方管理、历史趋势、数据存储、报警存储等功能。内置的图库种类齐全，方便用户做出生动的组态画面。软件用类C语言进行编程，触发事件，指定各种策略程序便于调用[4]。组态软件程序主要是液位参数的在线修改及保存，其他的水流设置，数据存储，报警存储等主要参数设置。液位参数的置程序主要用到!SaveSi ngleDataInit()，!FlushDataInitValueToDisk()，两个函数，两个函数结合使用，实现的功能是将某变量的当前值设置为该变量的初始值，以便掉电重启后，设置的参数值不会丢失，脚本程序如图4所示。

5 结论

图3 J罐加水程序流程图

图4 脚本程序图

本控制系统已投入实际生产，运行稳定。系统充分利M238的MODBUS通信功能，实现TPC1062K与M238，以及两个M238之间的通信，以较低的成本完成了较大的控制系统。对于系统的磁力泵，通过电路设计实现多地控制，并将泵与对应的阀门进行互锁，避免串料现象发生。当转水、打水的磁力泵启动后，判断30秒内液位是否变化，以便及时发现磁力泵是否打空等，自动化成产不但提高了生产效率也避免了误操作的发生，大大提升了系统的本质安全。

[1]Modicon M218、M238、M258可编程逻辑控制器综合选型指南[M].Schneider-Electric Pty Ltd.2012.1.

[2]SoMachine教程[M].Schneider-Electric Pty Ltd.2011.2.

[3]Modbus RTU Communications-Read/Write Variables[M].Schneider-Electric Pty Ltd.2012.4.

[4]MCGS嵌入版用户指南[Z]. 北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.2009.