浅谈组态王和PLC在铜电解整流配电系统中的应用

黄 晶

（大冶有色集团公司，湖北 黄石 435005）

1 引言

对于铜电解生产，主要的经济技术指标是电单耗，即每生产1t 铜需要消耗的电量值。该指标监控的精确与否直接关系到企业生产经营；另一方面，加强能源计量管理也是现代企业精细化管理的要求，提高能源计量监控精度，有助于提高产品质量。随着科技的飞速发展，组态软件在监控领域中的应用越来越广泛，国内著名的组态软件有北京亚控公司的KingView 组态王和北京力控公司的ForceControl，而国外的则是万维公司的InTouch 以及西门子公司的WinCC 等。其中KingView 组态王具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。该软件是中文操作界面，人机界面友好，可视化强等优点［1］；它自带大量的图像模型和丰富的脚本动画，能充分利用其模板功能，实现快速绘制监控画面，并采用动画形式显示监控设备的各种状态信息和报警信息；它还具有操作简单，参数设置灵活，编程易于掌握，可以反复进行模拟运行并便于设计修改等优点。在基于这些优点的考虑下，我厂的配电监控由原有的人工监控改造为使用Kingview自动监控。

2 用户需求

用户监控数据全部利用上位机进行储存传递，采用CS 模式通讯，采用SQL Server 数据库作为数据的储存，利用现场传感器采集的数据，通过模拟动画文本的形式或以趋势曲线的形式进行直观的显示。操作人员通过组态王向PLC 发出控制指令，完成设定电流和电压的调整，并进行反馈。在报警窗口中能查看到有关报警的参数信息，并能实现数据报表打印功能。

3 硬件配置

3.1 控制系统组成及工作原理

铜电解整流配电控制系统包括电压表、电流表、电能表、功率及功率因素表等现场一次元件，还包括DP 总线、变频调速器、可控硅、PLC 及IO 模块、上位机等。系统通过组态王控制整流装置，从上位机上设定PID 参数［2］（主要是电流参数），PLC 将PID 参数发送给变频器，变频器按照给定的参数值触发可控硅工作；PLC 接收到来自现场一次元件的传感器信号，给变频器反馈触发电流信号以改变可控硅触发角度，达到控制电流开度的目的。同时采用组态王进行系统监控，通过对PID 参数的整定，实现了整流装置的闭环控制，使铜电解整流装置稳定在设定值输出。控制系统原理图如图1 所示。

图1 控制系统原理图

3.2 组态王和S7-200 通信

组态王与S7-200PLC 之间支持多种通信方式，本系统采用DP 协议进行通信，上位机上安装CP5611 通讯卡，用Profibus-DP 电缆将S7-200 中的EM277 扩展模块相连［3］，上位机作为DP 主站，S7-200 作为从站。然后进行通信设置，PC 机上需要安装smaticnet6.0 作为OPC 服务器，组态王作为OPC 客户端与服务器进行数据交换，PLC 上的通信设置如图2 所示。

图2 PLC 通信设置

4 软件设计

4.1 设计PLC 程序

在组态王中将S7-200PLC 定义为设备，并将设备地址设置为1.0，组态王和S7-200PLC 的端口号必须设置一致。安装STEP7-MicroWIN4.0 软件完整编程包，根据控制系统输入输出实际要求，设置相关开关量和模拟量的IO 地址，再根据系统控制要求，绘制程序流程图，安装流程图编写PLC主程序及子程序。

4.2 设计监控操作界面

监控操作系统界面组态王6.55 软件编写，运行在Windows7 上，采用多线程和COM 组件等新技术。根据用户控制要求，设计有主控制室监控界面和两个分控制室监控界面。在主控和分控界面下又设计有现场各设备仪表状态参数子画面、电流和电压参数调整子界面、实时趋势曲线和历史趋势曲线子界面以及查询、报警、打印子界面，各个画面之间可以相互切换［4］。为了便于直观反映生产状况，重要参数配以动画形式实时反应到显示屏，分控室和主控室都可以显示。通过设置操作人员还可以使用键盘鼠标来对现场设备进行快速调节，极大地方便了操作。

4.3 建立数据库

在 上 位 机Windows7 系 统 中 安 装SQLServer作为实时数据库，通过ODBC 设置完成组态王Kngview6.55 与实时数据库之间的相互数据传递［5］。组态王软件自带历史数据库，它将采集到的实时数据汇总统一存放在历史数据库中，便于操作人员的对历史数据的查询和打印操作。

图3 监控画面

4.4 建立动画

建立好操作图形界面后，通过设置图形基本属性可以达到动画效果，在设置好的按键图形上点击“弹起时的操作”，可以编辑程序指令，例如升降档位的操作，并且可以设置反馈信息输出，这样当按键点击后弹起时，就会执行相应操作并产生动画效果。

4.5 设置实时曲线图和历史曲线图

使用组态王工具箱中自带的实时趋势曲线图功能实现曲线图的绘制。首先对曲线基本属性进行定义，例如背景图颜色，横坐标和纵坐标的边框颜色，曲线线型和颜色等；然后对各条曲线对应的PLC输出参数通过编写脚本程序进行链接［6］。对历史曲线而言，是将历史数据库的数据链接到控件中实现历史曲线的显示。在同一个趋势曲线图中可以同时显示多个变量曲线，便于工作人员对数据进行比较分析。

4.6 设置报警信息

报警信息在整个配电监控系统中起到十分重要的作用。例如当现场传感器采集到油温超出规定阈值时，组态王软件就会以声响和光闪等特定的形式提醒工作人员，让工作人员及时做出判断并进行补救，避免事故的扩大化。如果没有设置报警上下限和发出报警，系统无法将故障信息反馈给工作人员，这样故障就无法及时处理。

4.7 分配管理权限

组态王还可针对不同人员分配操作管理相应等级权限，最后添加相应的操作提示信息，监控界面如图3 所示。

5 结束语

该整流配电监控系统已投入运行，用户反映效果较好。通过利用Kingview6.55 组态王软件与西门子S7-200PLC 设计的这套整流配电监控系统，实现了配电监控全自动化控制。该系统人机交互界面简洁直观，而且易于后期升级扩容。经过实际运行发现，该系统的控制精度为0.1%，调节后无明显波动，操作简单，满足了铜电解大电流、高精度控制的需要，为满足高质量产品生产的要求提供了强有力的保障。