摘   要： 設(shè)計了以西門子S7-300PLC為核心、以高壓風(fēng)源為動力的電焊遠程集散控制系統(tǒng)（DCS），實現(xiàn)了電焊作業(yè)通風(fēng)除塵的自動控制。
關(guān)鍵詞： DCS  S7-300PLC  電焊除塵  Visual C++

　　電焊作業(yè)現(xiàn)場設(shè)置除塵器是環(huán)境保護工作中采取的一項必要的措施。通常使用的除塵系統(tǒng)是由風(fēng)機和起過濾作用的除塵布袋組成，它具有以下幾個方面問題：
　　(1)在生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)時，風(fēng)機工作與電焊作業(yè)脫節(jié)，二者間缺乏互鎖，造成電能的大量浪費。(2)除塵器因布袋清灰不利而逐漸失效。(3)存在二次揚塵污染。清灰裝置為人工振打式。此結(jié)構(gòu)要求操作者打開除塵器拉門，振動除塵器的手動振灰桿清灰，因此存在二次揚塵污染。(4)灰屜內(nèi)積灰過多，不能及時清理。
　　DCS、PLC和工業(yè)控制計算機是當前工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)的主力軍，它們之間的緊密結(jié)合，大大推動了工業(yè)自動化的進程[1]。本文所討論的控制系統(tǒng)就是把DCS、PLC與工業(yè)控制計算機有機地結(jié)合在一起。在DCS系統(tǒng)中加入了工業(yè)控制計算機和PLC，從而集合了三者的優(yōu)勢，既能實現(xiàn)邏輯及順序控制，又能很好地完成過程控制。
1  控制系統(tǒng)的組成
1.1 DCS系統(tǒng)的組成
　　某廠遠程監(jiān)控DCS系統(tǒng)主要由主控室的監(jiān)控主計算機(工程師站)、現(xiàn)場監(jiān)測計算機(操作員站)和四臺西門子公司的S7-300系列的PLC組成。其系統(tǒng)組成如圖1所示。

　　其中的電焊排塵遠程監(jiān)控為整個DCS系統(tǒng)的一部分。該電焊排塵控制系統(tǒng)采用四級集散控制結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場控制系統(tǒng)、PLC程控系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)測控制系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)。電焊排塵控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
 

1.2 新型電焊排塵系統(tǒng)的組成
　　西門子公司的S7-300系列可編程控制器(PLC)具有極高的性能價格比，目前已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[3]。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)和計算機控制技術(shù)融為一體，改善了操作性能，減輕了操作人員的勞動強度，滿足了安全生產(chǎn)的要求。電焊排塵自動控制系統(tǒng)以S7-300為控制核心，其結(jié)構(gòu)方塊圖如圖3所示。

2  系統(tǒng)的軟件設(shè)計
　　軟件系統(tǒng)由工程師站（主控PC）軟件、操作員站（現(xiàn)場PC）軟件和新型電焊排塵系統(tǒng)軟件組成。
2.1 工程師站軟件設(shè)計
　　工程師站（主控PC）功能主要是呼叫現(xiàn)場PC（操作員站），并向現(xiàn)場PC發(fā)送控制命令。其工作過程為主控PC發(fā)送需呼叫命令，等待接收從機的應(yīng)答信號。若應(yīng)答信號正確則發(fā)送控制命令；若應(yīng)答信號不正確則再發(fā)送需呼叫的地址，并等待接收應(yīng)答信號。若從機多次呼叫而在規(guī)定時間內(nèi)無應(yīng)答信號或應(yīng)答信號不正確，則提示錯誤信息。圖4為主控機通信流程圖。

　　主控通信程序使用VC 6.0 提供的串行端口控件Microsoft Common control(MSComm)來為應(yīng)用程序提供串行通信。該控件使用事件驅(qū)動或查詢方式解決通信中的問題，屏蔽了通信過程中的底層操作。程序員可以設(shè)置、監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件，結(jié)合Timer控件即可完成對串行口的初始化和數(shù)據(jù)的輸入、輸出工作，實現(xiàn)串行異步通信[4][5]。
2.2 操作員站軟件設(shè)計
　　操作員站（現(xiàn)場PC）的通信功能主要包括接收主站的命令，呼叫各從機、并向各從機發(fā)送控制命令。其工作過程為主控機發(fā)送需呼叫的從機的地址，等待接收從機的應(yīng)答信號。若應(yīng)答信號正確則發(fā)送控制命令；若應(yīng)答信號不正確則再發(fā)送需呼叫的地址，并等待接收應(yīng)答信號。對同一從機多次呼叫而在規(guī)定時間內(nèi)無應(yīng)答信號或應(yīng)答信號不正確，則提示錯誤信息。此通信過程與主控計算機的通信功能相似。圖5為現(xiàn)場PC串行中斷處理流程圖。

　　操作員站的通信程序同樣使用VC6.0提供的串行端口控件MSComm實現(xiàn)。主控PC串行口與現(xiàn)場PC串行口的設(shè)置要一致，即數(shù)據(jù)格式一致，通信速率相同。
2.3 新型電焊排塵系統(tǒng)軟件設(shè)計
2.3.1 電焊排塵、清灰自動控制系統(tǒng)的工作原理
　　排塵、清灰氣控裝置原理如圖6所示。電焊工作時，煙敏元件響應(yīng)并發(fā)出信號給PLC，實現(xiàn)風(fēng)機隨電焊作業(yè)的同步啟動，排除電焊工場煙塵氣體，系統(tǒng)執(zhí)行通風(fēng)過濾過程。當風(fēng)機工作的有效積累時間達到預(yù)定值后，PLC根據(jù)內(nèi)部程序，首先控制主風(fēng)路電磁閥啟動，然后各支路電磁閥順序啟動工作，實現(xiàn)對布袋的高壓噴吹清灰。清灰完畢后各支路電磁閥全部關(guān)閉，主風(fēng)路電磁閥最后關(guān)閉。這時風(fēng)機的有效工作時間重新累計。當灰屜內(nèi)積灰過多時，壓力傳感器則反饋信號給PLC，由PLC控制語音報警器并提示徹底清除灰屜內(nèi)積灰，打開除塵器箱，門上限位開關(guān)工作，所有動作皆停止，清除灰屜內(nèi)積灰，這樣則完成一次工作過程。合上除塵器箱后，又重新累計風(fēng)機工作的有效時間，重復(fù)上述過程。電焊排塵、清灰自動控制的主要步驟如圖7所示。

2.3.2  PLC通信程序軟件的設(shè)計
　　PLC的通信軟件程序流程框圖如圖8所示。PLC串行口通信與操作員站串行口通信的設(shè)置要一致，即數(shù)據(jù)格式一致，通信波特率相同。

3  應(yīng)用效果
　　在新系統(tǒng)設(shè)計中，針對原除塵系統(tǒng)存在的主要問題，結(jié)合排塵器結(jié)構(gòu)改造，對控制系統(tǒng)進行了集成化、自動化控制設(shè)計[3]。改造后的系統(tǒng)運行安全可靠，操作簡單。通過試運行，效果良好。該系統(tǒng)主要優(yōu)點是：(1)實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。主控室的監(jiān)控主計算機相當于工程師站，可以監(jiān)視、控制現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)。(2)解決了風(fēng)機工作與電焊作業(yè)脫節(jié)而造成能源大量浪費的問題。(3)PLC根據(jù)時序令相應(yīng)的電磁閥開、閉，控制各支路高壓風(fēng)通斷，自動完成清灰過程，解決了布袋清灰不利而造成除塵器系統(tǒng)失效和二次揚塵污染的問題。(4)在灰屜內(nèi)積灰過多時，壓力傳感器自動響應(yīng)，發(fā)出信號給PLC，PLC控制語音報警器提示徹底清除灰屜內(nèi)積灰，解決了積灰過多不能及時清理對除塵系統(tǒng)帶來負面影響的問題。(5)操作簡單易懂，普通職工平均接受半小時培訓(xùn)以后就能熟練操作。
4  結(jié)束語
　　本文對某廠改造的DCS系統(tǒng)中的電焊排塵控制部分的組成及其功能實現(xiàn)進行了綜述。以PLC控制技術(shù)為核心的新型電焊排塵控制系統(tǒng)的設(shè)計，消除了原有除塵系統(tǒng)的缺陷和不足。此系統(tǒng)的改造成功既保障了生產(chǎn)過程安全、可靠，同時又提高了生產(chǎn)過程的自動化程度，具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻
1   陳紹華.機械設(shè)備電器控制.廣州：華南理工大學(xué)出版社，1994
2   侯自林.過程控制與自動化儀表.北京：機械工業(yè)出版社，2000
3   西門子有限公司.西門子SIMATIC S7-300可編程序控制器系統(tǒng)手冊，2000
4   陳元琰.VisualC++6.0編程實用技術(shù)與案例.北京：清華大學(xué)出版社，2001
5   Visual C++6.0技術(shù)內(nèi)幕.北京：北京希望電子出版社，1999