摘要：
本文敘述了冶金行業(yè)全自動(dòng)快速分析室控制系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方案。SIEMENS WinAC通過(guò)CP5611卡利用Profibus－DP協(xié)議與PLC進(jìn)行通訊；利用WinAC的邏輯運(yùn)算功能對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，同時(shí)WinAC完成簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理任務(wù)；人機(jī)界面使用VB開發(fā)，VB通過(guò)調(diào)用WinAC的控件來(lái)與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

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

一、概述
目前國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)的快速分析室多數(shù)是由人工進(jìn)行試樣的分析和化驗(yàn)，不僅勞動(dòng)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(shí)驗(yàn)自動(dòng)化有限公司是專業(yè)從事實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的企業(yè)，在冶金水泥行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化領(lǐng)域有多年的成功經(jīng)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)自動(dòng)化有限公司獨(dú)立開發(fā)、研制了國(guó)內(nèi)首套MLF－AOE型全自動(dòng)集裝箱式快速分析室系統(tǒng)。此無(wú)人快速分析室是目前世界上最先進(jìn)最快速的自動(dòng)化光譜儀實(shí)驗(yàn)室，分析所需時(shí)間為進(jìn)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(jì)的光譜儀，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和設(shè)備維護(hù)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(biāo)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(jiǎn)介
工作流程簡(jiǎn)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(jī)械手系統(tǒng)、缺陷檢測(cè)系統(tǒng)、光譜分析儀、中心計(jì)算機(jī)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(guó)進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備，例如：試樣加工設(shè)備、機(jī)械手、缺陷檢測(cè)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(gè)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(guó)西門子公司的工業(yè)控制產(chǎn)品，保證整個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作無(wú)故障，成為真正意義上的無(wú)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(jì)算機(jī)串行口連接光譜儀計(jì)算機(jī)、機(jī)械手、代碼輸入終端、結(jié)果顯示終端、缺陷檢測(cè)裝置和標(biāo)簽打印粘貼設(shè)備。中心計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)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(jì)算機(jī)的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。并根據(jù)試樣來(lái)源將數(shù)據(jù)傳輸給相關(guān)的過(guò)程計(jì)算機(jī)。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(bào)表等功能。中心計(jì)算機(jī)設(shè)有熱冗余，一旦發(fā)生故障，可以人工切換到冗余計(jì)算機(jī)上繼續(xù)運(yùn)行，以保證系統(tǒng)的高可靠性。
用于輔助設(shè)備控制的遠(yuǎn)程I/O模塊選用SIEMENS ET200M，其主要用來(lái)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(hào)的連接。輔助設(shè)備的控制由中心計(jì)算機(jī)上的WinAC來(lái)實(shí)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(shí)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(shí)中心計(jì)算機(jī)使用WinAC＋CP5611也做DP主站，下掛分布式I/O模塊ET200M，在中心計(jì)算機(jī)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(gè)Profibus－DP主站，則兩個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)選用DP/DP Coupler模塊進(jìn)行連接，實(shí)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(jī)界面采用Visual Basic 6.0語(yǔ)言自行開發(fā)。
中心計(jì)算機(jī)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(dòng)化產(chǎn)品,它將控制、通訊、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)處理等任務(wù)完美的集成于一臺(tái)PC中。可利用STEP 7對(duì)WinAC進(jìn)行編程和硬件組態(tài)。
人機(jī)界面選用VB編程開發(fā)，VB利用WinAC的控件來(lái)獲取Profibus－DP網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)，并將上位機(jī)發(fā)出的控制指令通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)送到相應(yīng)的PLC中；同時(shí)VB也負(fù)責(zé)接收來(lái)自中心計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)通訊任務(wù),在光譜儀分析結(jié)束后實(shí)時(shí)的將分析數(shù)據(jù)直接寫入相關(guān)過(guò)程控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)表單中。在過(guò)程控制計(jì)算機(jī)中建立兩張表，一張為包括標(biāo)志的字符數(shù)據(jù)類型的字段（顯示用），一張不包括標(biāo)志的數(shù)值數(shù)據(jù)類型的字段（為冶金模型準(zhǔn)備數(shù)據(jù)）。

五、應(yīng)用體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)
1、在使用STEP7軟件對(duì)WinLC進(jìn)行硬件配置完成以后，將配置下載到WinLC即將完成時(shí)出現(xiàn)“ The DP driver failed to initialize ”錯(cuò)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(shí)需要安裝CP5611卡的for WinAC的專門驅(qū)動(dòng)程序。
2、使用WinAC的軟PLC功能可以很方便的實(shí)現(xiàn)在VB和DP網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換，從而上位機(jī)人機(jī)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(dú)特的個(gè)性化界面和監(jiān)控系統(tǒng)。
3、基于WinAC的一體化設(shè)計(jì)大大提高了控制器、人機(jī)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(jī)上無(wú)需對(duì)程序進(jìn)行任何修改的傳送到PLC中使用，使整個(gè)系統(tǒng)具有良好的兼容性和可擴(kuò)展性。


附錄：

姓名: 郭智勇
職稱:在讀碩士
電話:13916730512
單位:同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院控制理論與控制工程專業(yè)
上海美諾福實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化有限公司（兼職）
地址:上海武東路100號(hào)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(shí)驗(yàn)自動(dòng)化有限公司
地址：上海市虹口區(qū)曲陽(yáng)路滬辦大廈8－1501
郵編：200437