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1、GE Fanuc系列90-70 PLC在粮油工业中的应用本文以实现粮油工业榨油厂自动控制为目的。在GE Fanuc自动控制技术平台上进行了系列90-70 PLC及CIMPLICITY程序的开发，其创新在于PLC程序和上位机程序所用的中间变量有Excel表的宏程序自动生成后，导入编程软件Proficy Logic Developer Machine Edition和组态软件Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY中，这样在节省了大量的建立变量的时间的同时也是得建立变量时的错误率降低了很多。同时在PLC程序和上位机程序编制过程中运用了面向对象的编程方式，使同类设备程序开发过程方
2、便很多，节省50%的开发时间，上位机程序开发过程中运用了大量的脚本程序，同时也用到了“类”，比单纯的组态功能更加强大方便，且方便用户使用。本文首先从榨油厂工艺开始，结合实际施工情况对其工艺过程进行了详细的分析及描述，并在熟悉工艺图的基础上，完成了对所需设备的统计，根据系统的特点选择了GE Fanuc自动化解决方案。其重点是同类型的设备量很大，所以程序量也很大，如果按普通的编程方式，将会浪费大量的时间在变量的建立以及结构相同的程序上。所以在这里我用带有宏程序Excel表解决了快速变量建立的问题，“类”的应用解决了结构相同的程序的问题。其难点是VB脚本的开发和带有宏程序Excel表的开发。最后本系
3、统现场调试成功，且长时间运行稳定，PLC程序和上位机程序可读性、可维护性、可移植性也相应的增强。引言 益海集团是由新加坡丰益集团和世界500强企业美国ADM公司控股, 旨在全力打造大型综合粮油加工企业,前期成功运作了“福临门和鲁花”两大食用油品牌，目前益海集团已在国内直接控股工厂和贸易公司35家，并参股鲁花等多家国内著名粮油加工企业，工厂遍布河北、山东、江苏、福建、广东、广西、四川、湖北、湖南、新疆、宁夏、黑龙江等地区，贸易公司及办事处覆盖除西藏和港、澳、台地区外的全国各省。拥有“口福”、“丰苑”、“益海”及“莎妮雅”四大品牌，蛋白和油脂两大产品系列，包括小包装等各类精炼食用油、大豆蛋白、起酥
4、油、人造奶油、脂肪酸以及磷脂等60多个品种的产品，是国内极具实力的油脂、油料加工企业集团。其榨油技术是由美国ADM公司提供的，以前ADM公司旗下榨油厂的控制部分大都是由荷兰imtech公司所设计，所以在这里我也借鉴了这些成功的案例，沿用了imtech开发的部分PLC程序和上位机程序。整个PLC程序和上位及程序的开发过程在以后几章我们将会详细的讨论。我首先向大家介绍一下榨油工艺。在榨油系统，主要分为两个车间：一、预榨车间，榨油前对大豆的预处理；二、浸出车间，用有机溶剂浸出大豆中的油脂成份。工艺预榨：顾名思义就是榨油前对大豆的预先处理，在各个环节对大豆处理的程度对后续工序起着至关重要的意义，主要是
5、对加热温度、湿度的控制以及对压胚质量的控制，在此过程中用到了大量的PID算法，以及其他对模拟量处理的算法，所以对PLC的浮点运算能力要求很高。 用一个直观的图表来描述预榨车间的概况。 预榨工艺浸出：首先，由预榨车间过来的白豆片浸入出器，用浸出溶剂正乙二氨将大豆中的油脂浸出，由浸出器出来的物质分成两种形态，一种是液体，一种是固体。其中液体是正乙二氨和油的混合物，这些混合物进入蒸发塔进行三次蒸发，这样便把正乙二氨从油脂中分离出来了。而固体则是混有正乙二氨的大豆蛋白，这些大豆蛋白经过低温脱融或是高温脱融后便成了蛋白含量大约50%的食用蛋白。这则是根据客户的要求来进行处理，如果需要更高含量的蛋白，则需
6、要到SPC（酒精浸出）车间进一步加工。用一个直观的图表来描述浸出车间的概况。 浸出工艺GE Fanuc的解决方案由于在整个大豆加工过程中用到了大量的模拟量调节、浮点计算等。我们在比较了Quantum， SLC， SIMATIC S7-400系列，GE Fanuc系列90-70 PLC后，综合考虑到硬件性能及网络和软件方面的功能后，最终选定系列90-70 PLC和Proficy Logic Developer-Machine Edition编程软件、Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY组态软件。我简要讲述以下选择她的理由。硬件方面：(1) 结构紧凑单槽的CPU模块，在CPU模
7、块中有两个主要的处理器。一个是intel微处理器用于处理一些模拟量或特殊功能控制。另一个是布尔运算协处理器用于执行高速的开关量控制。（在我们的整个系统中用到了大量的PID调节）(2) 系统机架采用标准的VME总线结构。可安装超过300家的第三厂VME标准模块。（我们要与Mettler-toledo的大豆称通讯）(3) 系列90-70PLC I/O容量最大为12288点，模拟量8192点。(4) CPU内存从512K子节到6M字节。(5) 具有高密度（32点）的AC/DC输入/输出模块。(6) 简易的模块卡子，可防止促无安装模块。(7) 具有标准的硬件方式。可响应开关量或模拟量中断输入。可处理6
8、4个事故中断和16个时间中断。(8) 和方便的系统和模块自诊功能，且极易故障排除。(10)在CPU模块内部有电池支持内部时钟和日历。(11)具有Genius分布式I/O模块子系统和Field Conrol系统配置。（处控制室外，在现场有按钮柜方便的用到了Genius分布式I/O模块子系统）软件方面：（1）为了解决本系统中大量同类型的设备，程序量也很大的状况，如果按普通的编程方式，将会浪费大量的时间在变量的建立以及结构相同的程序上，用的Proficy Logic Developer-Machine Edition (简称ME)采用结构化的编程方式，同时中间变量由Excel宏程序自动生成后导入PL
9、C编程软件中，这样为我节省了大量的时间。（2）Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY作为上位机程序的开发工具，其功能本人认为西门子的WinCC相似，但是Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY有它更加强大的VB脚本系统，他为“类”的开发奠定了坚固的基础，它是灵活的可伸缩的，可以适合单位的人机界面到网络化的监督控制和数据采集系统。在产品的各层次上都具有互联的功能，这是我们能够获得各个层次的集成而不需要在一个网络中进行重复组态。Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY是由服务器和浏览站组成的基于客户服务器体系结构的系统，服务器负责数据的采集和分配，
10、浏览站可对采集到的数据进行访问以便观察和控制。服务器和浏览站可以很容易得通过网络连接在一起完全的共享数据甚至都不需要从一个点到另一个点复制你的点数据库，例如，数据点只需要组态一次而且只需要在服务器商进行一次组态。屏幕画面也只需在网路中的一个位置上进行开发和储存，而网络上的其它的Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY显示系统都可以对他访问。PLC硬件电路设计通讯接口设计GE Fanuc 90-70系列PLC提供了多种接口，本系统用到了四种通讯接口：(1) 串行接口，用于PLC从计算机第一次下载程序。(2) 以太网接口，用于PLC和上位机之间通讯（为了提高通讯速度中间用光缆通讯）
11、，PLC和PLC之间通讯，PLC和计算机之间通讯，以及PLC和INTERNET之间通讯。(3) Genius总线接口，用于PLC和遥控I/O和按钮柜之间通讯。(4) BUS总线，用于机架和机架之间通讯。根据上述要求硬件连接图如下： 通讯接口软件设计支持文档的开发 由于Proficy Logic Developer-Machine Edition和Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY都支持由csv文件导入的点及其对应的名称，所以这些文档的开发便成了至关重要的一步。为了做出这个文件总共所需开发的文档有7个Excel表：TEABLE(设备名),DI（数字输入）,DO（数字输出）,
12、AI（模拟输入）,AO（模拟输出）,PB（按钮）,LMP（按钮灯）。后六个表都由第一个TEABLI连接，然后通过自己开发的一个Excel宏程序把上述7个Excel文档转化成PLC可以读取得scv文件，其所需内部变量及与上位机通讯的中间变量都由宏程序自动生成。其转换程序界面如下： PLC转换程序界面一、TEABLE TEABLE Excel表主要包括PLC系统中所用的各种设备，包括以下几类：各种电机、阀门、传感器、开关，虚拟设备等，以及他们的量程、描述、控制方式等。在此表中的设备名即为对象的名称。二、DI、DO、AI、AO此四个Excel表包括了所有设备所需的输入输出点的功能及其名称，包括数字量
13、和模拟量。三、PB、LMPPB、LMP包括了电机的启动及停止按钮以及指示灯的点及名称。四、FILE-SPEC 逗号分隔符的Excel表是有是由以上各表转换而来的用于Proficy Logic Developer-Machine Edition软件中点的建立。五、SCADA_POINTS 逗号分隔符的Excel表同样也是有是由以上各表转换而来的用于Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY软件中点的建立。上位机程序开发Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY软件提供了两种点的建立方法，一种是所需一个一个添加（这种方法费时费力），另一种方法就是上文提到的通过CSV文件
14、导入。 变量的导入对象的建立对象（Object）就是点的一个集合，例如一台电机，一个阀门，一个传感器都可以称为为一个对象。下面详细叙述一下对象的建立。首先双击Object进入对象建立的对话框写好对象的名称，然后为他选择正确的Class(电机、阀门、传感器、开关等)，点击OK进入下一对话框 变量的导入 变量的导入给此对象设置属性，对象建立完成。VBS编程我们以快捷键来距离。所有的快捷控制则由脚本来完成，脚本用VB语言开发，例如下面以屏幕之间的跳转为例来讨论脚本在PE中的应用（F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8,F9,F10代表10个不同控制界面的快捷键）。编辑脚本屏幕（Scipts）
15、,打开其属性如下图 编辑其脚本程序Set error handlingOn Error GoTo OpenFacePlate_ErrorGet name of projectCurPoint.ID = $PROJECTCurPoint.GetstrProjectName = CurPoint.ValueGet reference to current screen and applicationSet CurScreen = CimGetScreen()Set AllScreens = CurScreen.ParentSet CurApplication = AllScreens.Applic
16、ationstrCurScreen = CurScreen.nameSet CurEvent = CimGetEventContext()Set CurObject = CurEvent.TriggerObjectSet error handlingOn Error GoTo OpenFacePlate_ErrorDetermine screen directorySet CurScreenVar = CurObject.GetVariable(WebView)if webview is not activeIf CurScreenVar = 0 Then strScrDirP = Envir
17、on(SITE_ROOT) & screensElse strScrDirE = CS0547SystemSCADAFCG2Extr02Screens strScrDirP = CS0235System DSCADAFCG2Press02ScreensEnd IfIf left(strCurScreen, 3) = gnc Then If Key = X Then Set PrevScreenName1 = CurObject.GetVariable($PrevScreen) strTitle =left(PrevScreenName1.value,Len(PrevScreenName1.va
18、lue)-4) Else If key = T And (strCurScreen = gncTRANSMITTER.strCurScreen = gncTRANSMITTER_PID.cim) Then strTitle = gncHISTTREND Else If key = T And strCurScreen = gncRATIO_CONTROL.cim Then strTitle = gncHISTTREND_RAT_CNT Else Exit Sub End If End If End If Else Select Case Key Case X strTitle = mainSc
19、reen Case N TmpPoint.ID = TAGNAMES strTAGNAMES = TmpPoint.GetValue If strTAGNAMES = True Then PointSet TAGNAMES,FALSE Else PointSet TAGNAMES,TRUE End If Exit SubCase F1 strTitle = pcsBEAN_HEATERCase F2 strTitle = pcsJET_DRYERCase F3strTitle = pcsDEHULLINGCase F4strTitle = pcsFLAKERSCase F5strTitle =
20、 pcsMEALGRINDCase F6strTitle = misVALVE_MODUSCase F7strTitle = misALM_EDCase F8strTitle = pcsSTEAMROUTPLC程序的开发点的建立Proficy Logic Developer-Machine Edition软件和PE同样提供了两种点的建立方法，一种是所需一个一个添加（这种方法费时费力），另一种方法就是上文提到的通过CSV文件导入，同时也导入了“类”的名字。 子程序和调用程序块的开发PLC程序有一个主程序、多个子程序和多个程序调用块组成。其中主程序调用子程序，子程序调用程序调用块，而“类”则是由程
21、序调用块组成。下面我们对它进行详细的讨论。当点导入后，PLC的每一个变量名便和其所需的地址一一对应起来，这样在以后的编程中只用其形象的变量名来代替变量的地址，同时也增加了程序的可读性。程序开发的整体思路是子程序的调用和程序块的调用，所以编辑每一个子程序调用块是至关重要的，本系统包括了很多个程序调用块和小的子程序。例如：普通电机、变频电机、开关阀门、控制阀门、速度传感器、模拟输入传感器报警、限位开关等等 下面我们以普通电机为例对其程序调用块和子程序来进行详细讨论。根据工艺的要求，可描述普通电机功能如下：(1)在连锁OK的情况下，按钮盘和上微机画面都是绿灯闪烁，当按下PB1按钮时电机启动，PLC接
22、收到这个启动信号后便给配电柜一个电机运 行信号RNC，此时按钮盘的绿灯又闪烁变成长亮，表示电机正在运行。(2)当电机要停止运行时，按下PB2按钮电机停止，且恢复到连锁OK情况下。(3)当电机没有送电时，此事会有故障信号FL输入，按钮盘和上位机红灯闪烁，表示电机故障。(4)当电机送电后，如果连锁不满足，此时按钮盘会红灯长亮，等待连锁满足后才能启动。根据上述要求，可以确定普通电机所需如下各点： (1) 连锁OK，表示电机是否和其它设备的连锁满足(2) 启动按钮PB1(3) 停止按钮PB2(4) 电机运行输入信号(5) 电机故障输入信号(6) 时间继电器(7) 绿灯闪连锁OK信号或是绿灯长亮点共性信
23、号输出(8) 红登闪故障信号或是红灯长亮连锁信号输出(9) 和其他一些和上位机通讯的中间点根据以上功能要求，做出的普通电机子程序块如下： 第一小块，运行部分： 第二小块，报警部分： 将此两部分分别打包成块如下，即为普通电机子程序块。 在Proficy Logic Developer-Machine Edition软件中同样也内置了一些常用的调用子程序块，例如PID算法快等，这也同样是编成简单了很多。当然，内置的调用子程序块也可以组合成“类”。在完成了程序块和调用子程序开发的基础上，我们便可以开发出“类”类程序，使得编程变成了一种简单的事情。 PLC“类”程序块的开发在完成了成序块和调用子程序开
24、发后，打开“类”工具箱，我们便可以将上面开发的任何一个程序块和调用子程序组合成“类”。在添加完成“类”工具箱后，利用面向对象的编程方式编程在这里便成了一件简单的事，我们所需要做的只是按顺序，将不同名字的对象加到程序之中，然后添加相应的连锁程序即可。每个电机的连锁都加到了其对象的前一行，以便增加程序的可读性。结论本文在对ADM的榨油工艺进行了简单的介绍，再根据系统的要求，经过详细比对后选定GE Fanuc 90-70系列LPC ，并且后来的生产过程中充分的证明了我们选择GE Fanuc 90-70系列LPC的明智之处，它不仅有个高效率的数字量处理功能，而且浮点运算能力也相当的强大，同时它还通过第
25、三厂VME标准模块与Mettler-toledo的大豆称稳定的通讯，最突出的是具有Genius分布式I/O模块子系统，方便的实现了远程控制，大大减少了系统的布线量。之后我们又详细要论了软件的设计，首先是对GE Fanuc两个强大的PLC编程软件CIMPLICITY Machine Edition和组态软件CIMPLICITY Plant Edition的介绍。在对此软件有了一定的了解后，便开始了软件的设计。在此部分最重要的当然是PLC和上位机中间变量有Excel表按要求自动生成，然后导入编成软件中。最困难的是在此PLC编程开发过程中 “类”的应用，这对提高我们的编程效率，使得大量的同类型的程序开发过程变得很简单，而且可读性、可扩展性、可移植性都大大的提高，这是其它PLC编程软件和上位机组态软件不可比拟的。在这个大型PLC控制系统中，GE 90-70 PLC 硬件以及强大的编程软件Proficy Logic Developer-Machine Edition和组态软件Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY 强强结合，不仅简化了程序开发过程，节省程序开发时间，而且程序维护，以及后续的软硬件扩建，都非常的方便。最重要的是自从系统运行几年来从未因PLC故障护软件故障而导致停车，说明本系统相当稳定。感谢GE Fanuc强大的支持！
