盾尾密封油脂生产线监控系统的设计与应用

纪博林

摘 要 盾尾密封油脂是应用于盾构施工设备中的主要配套材料之一，具有密封和润滑的作用，可有效的保护盾尾和隔绝泥浆，保障盾构顺利推进，对盾构有防蚀和减少磨损的效果。在盾构施工中，盾尾密封油脂作为一种消耗量较大且必不可少的工程材料，其生产要求也是很高的，因此，结合盾尾密封油脂的生产加工工艺，设计一套生产效率较高、生产质量有保证的自动化生产线是很有必要的。本文主要从硬件设计和软件设计两个方面阐述了自动化生产线系统的设计原理，可为类似高分子制品实现自动化生产提供借鉴。

关键词 组态;盾尾密封油脂;PLC数据处理

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0083-02

1 概述

盾尾密封油脂是盾构尾部密封的重要材料，用来填充盾尾钢丝刷与管片之间的空隙密封油脂与钢丝刷结合形成的盾尾密封层能有效阻止泥浆和地下水的入侵，使盾构的尾部实现密

封[1]。盾构施工是城市轨道交通隧道施工的主要方法， 盾尾密封油脂是盾构施工中密封防水的主要材料[2]。结合自动化生产线系统在化工及食品等行业的应用，设计一套功能齐全、自动化水平较高的盾尾密封油脂生产线监控系统是很有必要的。

在传统的盾尾密封油脂生产过程中，生产人员需根据配料比及生产任务计算出各成分的重量，然后要通过人工完成取料、称重、投料等工序，在这个过程中，人工配料工作繁重，生产过程无数据记录，产品质量没有保障且效率较低，不能很好的保证企业的生产要求和市场需求。

本文以可编程逻辑控制器（PLC），组态软件，等现代工控技术为基础，开发了以PC机为上位机[3]， 以PLC作为下位机的自动化生产线系统。盾尾密封油脂自动化生产线系统通过计算机按照人工输入的原材料配比及生产任务，自动控制每种原材料的重量和温度，并实时监控记录生产过程中的数据，形成报表保存在生产记录文件中，为生产管理提供了历史溯源，有效的保证了生产质量和生产效率。

2 硬件设计

根据油脂生产线的工艺流程，需要对原料的温度、重量进行采集与控制，为有效的实现其自动布料的功能，先初步确定PLC的型号，根据所选PLC型号及参数，选择相应的数据采集系统的硬件设备。

1）PLC的选取。根据油脂生产线的工艺流程，需要对原料的温度、重量进行采集与控制，为有效的实现其自动布料的功能，先初步确定PLC的型号，根据所选PLC型号及参数，选择相应的数据采集系统的硬件设备。

为保证自动化生产线系统拥有更好的可靠性，选用西门子S7-200系列，该系列PLC与其他类似PLC相比较拥有以下一些优点。

①西门子PLC的编程更加灵活，程序结构中，子程序可编译局部变量，在同一套程序中可随时调用，减少了开发难度和时间。

②s7-200数据的处理能力更加强大，通过编程软件，可进行强大的浮点运算。

③s7-200通过拓展模块，可直接读写模拟量，程序编写更加方便。

④s7-200的软件操作更加方便，由于应用性更加广泛，可方便资料的查找，可靠性高，与其他设备如触摸屏、软件组态监控等兼容性更好。

同时，根据采集与控制的模拟量及数字量的点数选择该系列的cpu226和3块EM235模拟量拓展模块。

2）数据采集系统的选择。

①温度传感器的选择。本系统温度传感器采用E型热电偶传感器， E型热电偶的特点是热电动势大，灵敏度高，可测量微小的温度变化。结合油脂生产线的生产工艺及现场湿度较大的生产环境，选用稳定性好，抗氧化性能高的E热电偶是最合适的。

②称重传感器的选择。该系统配置LP110单剪切梁式称重传感器，其主要技术指标如下：

推荐激励电压：6～15V（DC/AC）;

最大激励电压：20V（DC/AC）;

额定输出：2±0.1%mV/V;

非线性：0.02%F.S;

滞后性：0.02%F.S;

重复性：0.01%F.S;

蠕变：0.02%F.S/30min;

输出阻抗：350±1Ω;

安全过载：150%F.S;

极限过载：250%F.S。

③PC与PLC的硬件连接。为了便于PC机调试、下载PLC程序，同时实现PLC与PC之间进行数据通信，需要在PC机和PLC 之间建立硬件连接。本系统采用了PPI协议，使用USB/PPI通信编程电缆实现PC机和PLC 之间建立硬件连接。

3 软件设计

1）PLC的编程。结合油脂生产线的工艺流程，确定各I/O口对应的功能，内部采用模块化编程，根据各个采集模块的不同，确定相应的子程序以及采样中断，对模拟量的控制采用PID控制，通过对比例参数、积分参数的调节，使得PLC对模拟量的控制达到稳定、准确、快速的控制要求，同时，为保证生产线后期维护的可靠性，设计了系统报警程序，以及触摸屏的参数修改程序。PLC上电后的程序执行过程如图1。

图1 PLC程序流程图

2）人机界面的设计。本系统采用组态王设计人机界面，设计内容包括监控画面的组态、数据变量的创建、报警及报表窗口的设计，通过组态王软件设计的人机界面，可实现在有效的温度范围内设定温度及重量，同时，各原料罐的温度及重量在画面中实时显示，需要的时候可将数据以xls的格式保存在文件当中，以便日后的查阅及修改，提高油脂配方的可靠性，画面参考语言如下：

long starttime;

starttime=HTConvertTime（＼＼本站点＼$年，＼＼本站点＼$月，＼＼本站点＼$日，＼＼本站点＼$时，＼＼本站点＼$分，＼＼本站点＼$秒）;endprint

starttime=starttime-60;

ReportSetTime（“Report2”， starttime， 2， “a3：a33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号搅拌器温度显示”， starttime， 2， “b3：b33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号搅拌器重量显示”， starttime， 2， “c3：c33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号搅拌器温度显示”， starttime， 2， “d3：d33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号搅拌器重量显示”， starttime， 2， “e3：e33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号捏合机油温显示”， starttime， 2， “f3：f33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号捏合机料温显示”， starttime， 2， “g3：g33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号捏合机模头温度显示”， starttime， 2， “h3：h33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号捏合机油温显示”， starttime， 2， “i3：i33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号捏合机料温显示”， starttime， 2， “j3：j33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号捏合机模头温度显示”， starttime， 2， “k3：k33”）;

string filename;

filename=”C：＼Documents and Settings＼Administrator＼桌面＼ggt＼报表数据＼”;

filename=filename+＼＼本站点＼$日期+StrFromInt（ ＼＼本站点＼$时， 10 ）+”时”+StrFromInt（ ＼＼本站点＼$分， 10 ）+”分”+StrFromInt（ ＼＼本站点＼$秒， 10 ）+”秒.xls”;

ReportSaveAs（“实时报表”，filename）;

3）数据通讯。本系统中上位机PC与PLC的数据通讯是通过OPC实现的，OPC（OLE for Process Control，用于进程控制的OLE）是一种开放式系统接口标准，可允许在自动化应用（如PLC等）、现场设备和基于PC的应用程序（例如HMI或办公室应用程序）之间进行简单的标准化数据交换，数据交换图如图2。

图2 OPC数据交换图

本系统中选用的OPC服务器是S7-200 PC Access软件，它是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计的OPC服务器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可与所有标准OPC客户机配合使用，并允许一台PC机与多个PLC连接[4]。

本系统中所有与组态王中相关的数据变量均由s7-200 PC Access软件创建，创建完成后，可通过该软件自身的测试机测试数据是否配置成功，如图3是已创建好的数据界面。

图3 s7-200PC Access软件创建数据库

4 结束语

本自动化生产线系统目前已成功应用到了盾尾密封油脂的生产中，从现场反馈的情况，具有可靠性高，便于管理，集成度好等优点，基于该自动化生产线系统可延伸应用到高分子制品的生产中，具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]王德乾.关于盾尾密封油脂抗水压密封性和泵送性测试的探讨[J].隧道建设：2014，34（2）：107-110.

[2]严振林，郭京波.盾尾密封油脂性能评价方法研究[J].石家庄铁道大学学报：自然科学版，2010，23（4）：91-94.

[3]陈钦标.基于PLC和组态软件InTouch9.5的配料控制系统的实现[D].广州：华南理工大学自动化科学与工程学院，2010：1-3.

[4]陈新，周元玲.通过OPC实现PC与西门子S7-200PLC数据通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint

starttime=starttime-60;

ReportSetTime（“Report2”， starttime， 2， “a3：a33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号搅拌器温度显示”， starttime， 2， “b3：b33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号搅拌器重量显示”， starttime， 2， “c3：c33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号搅拌器温度显示”， starttime， 2， “d3：d33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号搅拌器重量显示”， starttime， 2， “e3：e33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号捏合机油温显示”， starttime， 2， “f3：f33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号捏合机料温显示”， starttime， 2， “g3：g33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号捏合机模头温度显示”， starttime， 2， “h3：h33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号捏合机油温显示”， starttime， 2， “i3：i33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号捏合机料温显示”， starttime， 2， “j3：j33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号捏合机模头温度显示”， starttime， 2， “k3：k33”）;

string filename;

filename=”C：＼Documents and Settings＼Administrator＼桌面＼ggt＼报表数据＼”;

filename=filename+＼＼本站点＼$日期+StrFromInt（ ＼＼本站点＼$时， 10 ）+”时”+StrFromInt（ ＼＼本站点＼$分， 10 ）+”分”+StrFromInt（ ＼＼本站点＼$秒， 10 ）+”秒.xls”;

ReportSaveAs（“实时报表”，filename）;

3）数据通讯。本系统中上位机PC与PLC的数据通讯是通过OPC实现的，OPC（OLE for Process Control，用于进程控制的OLE）是一种开放式系统接口标准，可允许在自动化应用（如PLC等）、现场设备和基于PC的应用程序（例如HMI或办公室应用程序）之间进行简单的标准化数据交换，数据交换图如图2。

图2 OPC数据交换图

本系统中选用的OPC服务器是S7-200 PC Access软件，它是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计的OPC服务器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可与所有标准OPC客户机配合使用，并允许一台PC机与多个PLC连接[4]。

本系统中所有与组态王中相关的数据变量均由s7-200 PC Access软件创建，创建完成后，可通过该软件自身的测试机测试数据是否配置成功，如图3是已创建好的数据界面。

图3 s7-200PC Access软件创建数据库

4 结束语

本自动化生产线系统目前已成功应用到了盾尾密封油脂的生产中，从现场反馈的情况，具有可靠性高，便于管理，集成度好等优点，基于该自动化生产线系统可延伸应用到高分子制品的生产中，具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]王德乾.关于盾尾密封油脂抗水压密封性和泵送性测试的探讨[J].隧道建设：2014，34（2）：107-110.

[2]严振林，郭京波.盾尾密封油脂性能评价方法研究[J].石家庄铁道大学学报：自然科学版，2010，23（4）：91-94.

[3]陈钦标.基于PLC和组态软件InTouch9.5的配料控制系统的实现[D].广州：华南理工大学自动化科学与工程学院，2010：1-3.

[4]陈新，周元玲.通过OPC实现PC与西门子S7-200PLC数据通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint

starttime=starttime-60;

ReportSetTime（“Report2”， starttime， 2， “a3：a33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号搅拌器温度显示”， starttime， 2， “b3：b33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号搅拌器重量显示”， starttime， 2， “c3：c33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号搅拌器温度显示”， starttime， 2， “d3：d33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号搅拌器重量显示”， starttime， 2， “e3：e33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号捏合机油温显示”， starttime， 2， “f3：f33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号捏合机料温显示”， starttime， 2， “g3：g33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼一号捏合机模头温度显示”， starttime， 2， “h3：h33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号捏合机油温显示”， starttime， 2， “i3：i33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号捏合机料温显示”， starttime， 2， “j3：j33”）;

ReportSetHistData（“Report2”， “＼＼本站点＼二号捏合机模头温度显示”， starttime， 2， “k3：k33”）;

string filename;

filename=”C：＼Documents and Settings＼Administrator＼桌面＼ggt＼报表数据＼”;

filename=filename+＼＼本站点＼$日期+StrFromInt（ ＼＼本站点＼$时， 10 ）+”时”+StrFromInt（ ＼＼本站点＼$分， 10 ）+”分”+StrFromInt（ ＼＼本站点＼$秒， 10 ）+”秒.xls”;

ReportSaveAs（“实时报表”，filename）;

3）数据通讯。本系统中上位机PC与PLC的数据通讯是通过OPC实现的，OPC（OLE for Process Control，用于进程控制的OLE）是一种开放式系统接口标准，可允许在自动化应用（如PLC等）、现场设备和基于PC的应用程序（例如HMI或办公室应用程序）之间进行简单的标准化数据交换，数据交换图如图2。

图2 OPC数据交换图

本系统中选用的OPC服务器是S7-200 PC Access软件，它是西门子公司专门为S7-200系列PLC设计的OPC服务器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可与所有标准OPC客户机配合使用，并允许一台PC机与多个PLC连接[4]。

本系统中所有与组态王中相关的数据变量均由s7-200 PC Access软件创建，创建完成后，可通过该软件自身的测试机测试数据是否配置成功，如图3是已创建好的数据界面。

图3 s7-200PC Access软件创建数据库

4 结束语

本自动化生产线系统目前已成功应用到了盾尾密封油脂的生产中，从现场反馈的情况，具有可靠性高，便于管理，集成度好等优点，基于该自动化生产线系统可延伸应用到高分子制品的生产中，具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]王德乾.关于盾尾密封油脂抗水压密封性和泵送性测试的探讨[J].隧道建设：2014，34（2）：107-110.

[2]严振林，郭京波.盾尾密封油脂性能评价方法研究[J].石家庄铁道大学学报：自然科学版，2010，23（4）：91-94.

[3]陈钦标.基于PLC和组态软件InTouch9.5的配料控制系统的实现[D].广州：华南理工大学自动化科学与工程学院，2010：1-3.

[4]陈新，周元玲.通过OPC实现PC与西门子S7-200PLC数据通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint