运用工控机与S7―200PLC的氧化电源监控系统研究

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阳极氧化电源监控系统是某企业生产线的重要组成部分 ，其运行的安全性和可靠性直接影响到产品的质量 以及生产线设备的安全。监控 系统的功能如图 1所示，具体内容如下。

1)参数设置。能 够根据不同类型的零 图1 监控系统的功能件及工艺要求设置不同的电源运行工艺配方。

2)运行模式。根据不同的电源运行工艺配方，电源工作输出有恒电压、恒电流、电压脉冲和电流脉冲4种模式可供选择。

3)运行控制。监控系统具有控制电源的启动、停止、暂停、重启和微调等功能。

4)运行监控。监控系统运行时，要求能可靠地实时监控电流、电压、温度、运行状态、运行时间和电量等参数，并能绘出实时曲线。

5)故障诊断。在检测到故障数据(如电压或电流过大)时，监控系统能发出声光故障报警信号并控制停机，通知工作人员对故障进行处理。

6)数据处理。监控系统能够对运行数据和故障数据进行实时存储，长期保留。对历史数据能够进行查询，并且在需要时可以人为清除和打印数据。

1 监控系统需求分析1.1 参数设置用户通过工控机软件设置氧化电源工艺参数，设置完成后保存为电源运行工艺配方，并将其传输至可 北京市重点实验室开放研究项目(KF20121123201)；北京信息科技大学学衅研基金项目(1225001)2013年第6期 现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering)编程控制器(PLC)中，用户也可以调出原来已保存过的电源运行工艺配方进行修改或者传输至 PLC中。

表 1 电源运行工艺配方本系统台阶数可在 1-6之间选择，每个台阶分为软启动和保持两个阶段，各阶段有各自相应的上升时间和保持时间。本文以台阶数为2的稳流自动工作方式为例，参数设置如表2所示，PLC在接收到生产线上发送的开始运行信号后，启动氧化电源按设定的工艺配方参数运行，在第 1台阶软启动阶段，氧化电源输出电流值在 t 时间内按线性关系由0逐渐增大至 ， ，当输出电流达到第 1台阶保持电流，.后，PLC控制氧化电源进入第 1台阶保持阶段，此时输出电流保持不变，保持时间为t 。当输出电流不变并保持时间 ：后，进入第 2台阶软启动阶段，输出电流值在 t 时间内按线性关系由，，逐渐增大至 ，2，当输出电流达到第 2台阶保持电流 ，2后，PLC控制氧化电源进入第 2台阶保持阶段，此时输出电流保持不变，保持时间为t 。当输出电流不变并保持时间 后，将第2台阶的输出电流在t 时间内降至 0，并停机，完成氧化电源本次运行，等待下-次生产线的运行信号。

表2 台阶数为2的稳流自动工作方式参数设置1.2 软启动阶段电流计算公式以台阶数为2的稳流自动工作方式为例，求解计算氧化电源输出电流。参数设置如表2所示。氧化电98源输出电流曲线图如图2所示。

第 1台阶参数：保持电流为 ，。，软启动时间为 t ，保持时间为 t 。

第 2台阶参数 ：保持电流为 ，2，软启动时间为 t ，保持时间为t 。

电图2 氧化电源输出电流曲线图第 1台阶软启动阶段，氧化电源输出电流值在 t时间内按线性关系由0逐渐增大至 ， ，因此，在 0～t时间内的任-时刻t，对应输出电流，的计算公式为：，，1t/t1式中：0

t2-t t2t，时间内的任-时刻 t，对应输出电流 ，的计算公式为：，，1(，2-，1)[t-(tlt2)]/3式中： lt2

1)在上位机完成参数设置并传输至 PLC后，监控系统的PLC进入等待状态，循环检测到生产线 PLC启动触点闭合后开始运行。

2)在软启动阶段，监控系统的PLC每隔-段时间计算-次当前时刻氧化电源的电流和电压理论输出值，并转换成相应的数字量，由监控系统的 PLC输出至氧化电源控制拈，用于控制氧化电源的输出。

3)工控机通过读取电压表、电流表的数据，监测氧化电源电流和电压的实际输出值，并把其反馈至监控系统的 PLC。

4)在上升阶段，监控系统的 PLC每隔 2s对氧化电源输出的电压和电流理论计算值和反馈值进行比较，自动校正监控系统的PLC中理论模拟量输出值。

5)在保持阶段，监控系统的 PLC每隔5s根据氧化电源电压和电流反馈值，自动校正监控系统的 PLC模拟量输出值。通过工控机软件可以对保持阶段的电流值和电压值进行微调。

刘相权 ，等：运用工控机与 s7-200 PLC的氧化电源监控系统研究 2013年第6期6)监控系统的PLC每隔2s检测-次氧化电源是否有过流、过压、烧蚀和通讯中断隋况，并进行相应处理。

7)监控系统的 PLC控制氧化电源按电源运行工艺配方输出电流和电压，运行完毕后，控制氧化电源停止输出，监控系统的 PLC进入等待状态，循环检测生产线 PLC发出下-次生产线运行信号。

2 监控系统的硬件组成监控系统的硬件组成如图3所示，该氧化电源监控系统主要由工控机、监控系统 PLC、生产线 PLC、氧化电源、氧化电源控制拈和数字化仪表等构成 。

监控系统采用 RS485串口通信机制，通信成本较低，不会受到其他设备通讯信号的干扰，能保证稳定可靠的通信质量。

图3 监控系统硬件组成s7-200 PLC作为氧化电源监控系统的主控制单元，具有结构紧凑、功能强大、扩展方便 、抗干扰能力强和可靠性高等优点，可确保监控系统能长期稳定的工作。根据监控系统的需要，s7-200 PLC包括两部分：1)中央处理单元 CPU224XP，执行系统软件，是整个监控系统的中心。2)模拟量输出拈，用于输出模拟量，通过氧化电源控制拈控制氧化电源电流或电压的输出。

上位机采用工控机的形式，工控机开发方便灵活，性能稳定，其主板上安装有 MOXA多串口卡，用于采集多路仪表的数据。工控机的软件采用 VC6.0软件编写，能够实现人机交互，实时监控系统的运行状态，并及时将氧化电源反馈的电流值和电压值显示在屏幕上。

电压表、电流表和温度表实时显示氧化电源的工作电压、电流和生产线上的温度，工控机软件通过采集电压表、电流表的数值，获取氧化电源输出的实际电压值和电流值，并把数据传输到监控系统 PLC进行下-步处理。

3 监控系统的软件开发监控系统软件开发分为两个部分：工控机软件开发和 PLC软件开发。

3.1 工控机软件开发工控机的软件采用 VC6.0进行开发，编写的监控软件具有操作简便、界面友好的特点 。工控机软件流程如图4所示。程序开始运行时，输入正确的用户名和密码后，软件 自动切换至氧化电源运行参数实时显示界面，如图5所示，通过选择图5中右侧的按钮 ，可实现监控系统的启动、停止、暂停和重启等功能。在保持阶段，通过快加、快减、慢加和慢减按钮，可以实现氧化电源输出电压或电流的微小调整。

软件初始化，登录界面 - 入氧化电源运行参数实时显示界面- 进入参数设置界面，进行参数设置，选择运行模式，并传递数据至PLc- 进入运行参数实时显示界面，启动运行工控机通过串13采集仪表数据，实时显示并反馈至PLc，采集PLc程序中的运行参数和运行状态并实时显示。

薯熹囊 <磊橐l是实时记录I J显示界面I l显示界面l< 垂 >丑是停止运行，等待下-次启动图 4 工控机软件流程监控系统启动后，工控机通过串口通信实时采集电压表、电流表和温度表的数值，并显示在氧化电源运行参数实时显示界面中，同时反馈给监控系统PLC，PLC软件实时比较电压和电流的反馈值和理论值，并进行相应处理。

监控系统启动前或某运行过程结束后，如需改变992013年第6期 现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering)为 1.72-2.61GHz)型矩形波导将微波能按孔耦合的方式导入微波加热腔内；由于该加热器设计要求是在封闭真空条件下的高温加热，在腔体上设有气体导出口，与真空泵连接 ；在整个加热过程中，从升温到降温都需要根据纱线干燥情况来控制，这-过程通过单片机控制系统控制微波功率来实现，微波源功率在 0-5kW范围内连续无级可调；纤维、纱线温度用HR.SWB.WZP230-体化热电阻变送器测定 ，腔内压力使用 HR.RJA510标准型绝对压力变送器测定 ；变送器输出直流信号与控制系统相连，以控制纤维、纱线的温度。

5 结语图9 矩形波导在加热腔上的分布示意图相隔 120。均匀分布在加热腔腔壁。370mm的圆周上时，微波加热器内电场分布情况能满足纤维改性处理系统的实验要求。