摘要：
本文敘述了冶金行業(yè)全自動快速分析室控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方案。SIEMENS WinAC通過CP5611卡利用Profibus－DP協(xié)議與PLC進行通訊；利用WinAC的邏輯運算功能對系統(tǒng)實現(xiàn)控制，同時WinAC完成簡單的數(shù)據(jù)處理任務(wù)；人機界面使用VB開發(fā)，VB通過調(diào)用WinAC的控件來與PLC進行數(shù)據(jù)交換。

關(guān)鍵詞:
控制系統(tǒng) 全自動 快速分析 WinAC Profibus

一、概述
目前國內(nèi)冶金行業(yè)的快速分析室多數(shù)是由人工進行試樣的分析和化驗，不僅勞動效率低、成本高，而且獲得分析數(shù)據(jù)也不夠快捷。上海美諾福實驗自動化有限公司是專業(yè)從事實驗室自動化設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計和制造的企業(yè)，在冶金水泥行業(yè)的實驗室自動化領(lǐng)域有多年的成功經(jīng)驗。為了提高目前冶金行業(yè)快速分析室的效率和速度，上海美諾福實驗自動化有限公司獨立開發(fā)、研制了國內(nèi)首套MLF－AOE型全自動集裝箱式快速分析室系統(tǒng)。此無人快速分析室是目前世界上最先進最快速的自動化光譜儀實驗室，分析所需時間為進分析室開始至分析結(jié)束為一分鐘至一分二十五秒鐘，比以往提高70-100%。分析室采用了最新設(shè)計的光譜儀，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和設(shè)備維護保養(yǎng)間隔比以往都有較大的提高；光譜儀采用了單脈沖積分技術(shù)，低含量元素的分析重現(xiàn)性指標提高1-2倍，可以充分滿足冶金工藝的分析要求。

二、系統(tǒng)簡介
工作流程簡圖如下：


快速分析室由九大部分組成：代碼輸入終端、結(jié)果顯示終端、溜槽裝置、試樣加工設(shè)備、機械手系統(tǒng)、缺陷檢測系統(tǒng)、光譜分析儀、中心計算機以及輔助設(shè)備系統(tǒng)。
快速分析室的關(guān)鍵設(shè)備均為德國進口先進設(shè)備，例如：試樣加工設(shè)備、機械手、缺陷檢測系統(tǒng)以及光譜分析儀等。核心設(shè)備的高性能確保了整個快速分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)果的高效和精確。控制系統(tǒng)硬件主要選用德國西門子公司的工業(yè)控制產(chǎn)品，保證整個系統(tǒng)長時間工作無故障，成為真正意義上的無人快速分析室。

三、控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成
系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)圖如下所示：


中心計算機串行口連接光譜儀計算機、機械手、代碼輸入終端、結(jié)果顯示終端、缺陷檢測裝置和標簽打印粘貼設(shè)備。中心計算機中安裝CP5611卡利用Profibus DP協(xié)議連接輔助設(shè)備控制單元ET200和試樣加工設(shè)備PLC（CPU315－2DP）。
中心計算機負責接收光譜儀分析數(shù)據(jù)，將分析結(jié)果存放在系統(tǒng)控制計算機的本地數(shù)據(jù)庫中。并根據(jù)試樣來源將數(shù)據(jù)傳輸給相關(guān)的過程計算機。數(shù)據(jù)管理程序則可以提供數(shù)據(jù)備份、檢索、打印日常報表等功能。中心計算機設(shè)有熱冗余，一旦發(fā)生故障，可以人工切換到冗余計算機上繼續(xù)運行，以保證系統(tǒng)的高可靠性。
用于輔助設(shè)備控制的遠程I/O模塊選用SIEMENS ET200M，其主要用來完成溜槽系統(tǒng)、轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備的輸入輸出信號的連接。輔助設(shè)備的控制由中心計算機上的WinAC來實現(xiàn)。
試樣加工設(shè)備本身由CPU 315－2DP 控制，設(shè)備制造商已將CPU315作為DP主站組態(tài)，且同時加工設(shè)備DP網(wǎng)絡(luò)中還掛接其他Profibus－DP從站，該網(wǎng)絡(luò)通訊速度12Mbps，通訊距離約10M；同時中心計算機使用WinAC＋CP5611也做DP主站，下掛分布式I/O模塊ET200M，在中心計算機和ET200M之間使用Profibus DP總線連接，通訊速度1.5Mbps，通訊距離約20M。鑒于系統(tǒng)中存在兩個Profibus－DP主站，則兩個DP網(wǎng)絡(luò)選用DP/DP Coupler模塊進行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。

四、控制系統(tǒng)軟件編程思路
操作系統(tǒng)Windows 2000 Professional + Service Pack 2；基于PC的控制軟件采用WinAC Basic V3.0；PLC組態(tài)編程工具采用SIMATIC STEP7 V5.1；人機界面采用Visual Basic 6.0語言自行開發(fā)。
中心計算機安裝SIEMENS WinAC軟件作為DP主站聯(lián)入Profibus DP1網(wǎng)絡(luò)中，WinAC是西門子公司基于PC的自動化產(chǎn)品,它將控制、通訊、人機界面、數(shù)據(jù)處理等任務(wù)完美的集成于一臺PC中。可利用STEP 7對WinAC進行編程和硬件組態(tài)。
人機界面選用VB編程開發(fā)，VB利用WinAC的控件來獲取Profibus－DP網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)，并將上位機發(fā)出的控制指令通過DP網(wǎng)絡(luò)送到相應(yīng)的PLC中；同時VB也負責接收來自中心計算機串口的數(shù)據(jù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的PLC。
中心計算機負責完成數(shù)據(jù)通訊任務(wù),在光譜儀分析結(jié)束后實時的將分析數(shù)據(jù)直接寫入相關(guān)過程控制計算機的數(shù)據(jù)庫表單中。在過程控制計算機中建立兩張表，一張為包括標志的字符數(shù)據(jù)類型的字段（顯示用），一張不包括標志的數(shù)值數(shù)據(jù)類型的字段（為冶金模型準備數(shù)據(jù)）。

五、應(yīng)用體會和經(jīng)驗
1、在使用STEP7軟件對WinLC進行硬件配置完成以后，將配置下載到WinLC即將完成時出現(xiàn)“ The DP driver failed to initialize ”錯誤信息。后致電西門子技術(shù)支持，被告知：使用CP5611＋WinAC系統(tǒng)時需要安裝CP5611卡的for WinAC的專門驅(qū)動程序。
2、使用WinAC的軟PLC功能可以很方便的實現(xiàn)在VB和DP網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換，從而上位機人機界面可以使用VB較為容易的開發(fā)，節(jié)省了組態(tài)軟件的成本，并可以形成自己獨特的個性化界面和監(jiān)控系統(tǒng)。
3、基于WinAC的一體化設(shè)計大大提高了控制器、人機界面和網(wǎng)絡(luò)部件的數(shù)據(jù)交換速度。且WinAC采用STEP 7編程，即可應(yīng)用于基于PLC的解決方案也可應(yīng)用于基于PC的解決方案，如果需要的話，可以從PC機上無需對程序進行任何修改的傳送到PLC中使用，使整個系統(tǒng)具有良好的兼容性和可擴展性。


附錄：

姓名: 郭智勇
職稱:在讀碩士
電話:13916730512
單位:同濟大學中德學院控制理論與控制工程專業(yè)
上海美諾福實驗自動化有限公司（兼職）
地址:上海武東路100號0201＃信箱
郵編:200433
郵箱：magic_guo@21cn.com

姓名：陳波
職稱：工程師
單位：上海美諾福實驗自動化有限公司
地址：上海市虹口區(qū)曲陽路滬辦大廈8－1501
郵編：200437