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1、摘 要随着时代的进步，卷烟厂也得以长足发展，企业生产管理和设备管理的要求也不断提高，精细化管理、TPM、数字化工厂的概念也不断的被提出、落地实施。对风力送丝系统的要求也不断的提高，原先只关心能否把烟丝从制丝车间送到卷包车间，如今开始关心系统的各个细节。例如：烟丝如何送到卷包车间、速度如何、控制是否稳定、是否具备数据采集功能、维护是否方便、是否可以做到免维护、不同速度对烟丝品质的影响如何等等一系列问题。基于国内卷烟厂不可能对原有风力送丝系统进行换代的现状，同时又要满足现代化工厂的生产和设备管理之所需。因此，本文为提高风力送丝系统稳定性、满足现代化工厂生产管理和设备管理的需要，进行对第二代风力送丝
2、系统进行优化并实现。本文以浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂风力送丝系统的优化与实现项目为例，运用六西格玛方法探讨如何对风力送丝系统进行优化与实现。通过增加上位机系统，分析优化PLC程序，采用西门子WINCC等技术，优化整个控制系统，实现运行状态的可视化、远程控制监视、实现数据采集、与企业网络（MES）的通讯等功能。从而提高风力送丝系统的稳定性（回风管风速控制在：121米/秒），提高产品质量。关键词：卷烟厂风力送丝系统，上位机系统，PLC，六西格玛AbstractWith the development of the times, cigarette factory has made cons
3、iderable progress. The requirements of production management and device management are also increased, and the concepts such as meticulous management, TPM, digital factory are also constantly put forward and implemented. The demands of Tobacco Pneumatic Conveying System are increased gradually. The
4、Cigarette Factory only interested in whether the tobacco from silk wrapping workshop to workshop originally, now began to care about all the details of the system. For example: How to wrapping tobacco shop, speed of feeding , stability of the control , the availability of data acquisition , difficul
5、ties of the maintenance , the influence on the tobacco quality at different speeds, etc.Aiming at the status of original domestic Cigarette Factory impossibility for wind generation feeding system and also for meeting the needs of modern factory production and device management, the second generatio
6、n of Tobacco Pneumatic Conveying System was optimized and implemented in this paper.Taking Zhejiang Tobacco Industry Co., Ltd. Ningbo Cigarette Factory Tobacco Pneumatic Conveying System optimization and realization project for example, the Six Sigma methodology was used on how to optimize and imple
7、ment the wind wire system in this paper. By increasing the host computer, using Siemens WINCC technology etc., analytical and optimize PLC program, the entire control system was optimized. The operational status visualization, remote controlling and monitoring, data acquisition, and enterprise netwo
8、rks (MES) for communication was achieved. Thereby the stability of the wind feeding system (return duct velocity control: 12 1 m / s) was enhanced and product quality was improved.Key Words：Tobacco Pneumatic Conveying System for Cigarette Factory, PC systems, PLC, Six Sigma 目录摘要iAbstractii图目录III表目录I
9、V第1章 绪论11.1 课题来源及类型11.2 卷烟厂风力送丝系统项目概述11.3 国内外风力送丝系统发展概况21.4 风卷烟厂风力送丝系统优化和实现的提出31.5 本文研究的内容、目标41.5.1 本文研究内容41.5.2 本文研究目标61.6 本文组织结构61.7 本章小结7第2章 系统相关理论基础与技术82.1 六西格玛方法82.1.1 系统过程界定（define）82.1.2 系统测量（measure）92.1.3 系统分析（analyze）92.1.4 改进（improve）102.1.5 控制（control）102.2 西门子PLC S7-200112.3 上位机系统142.4
10、C语言172.5 本章小结18第3章 系统优化分析193.1 系统概述193.2 系统优化点分析193.3 上位机系统需求分析243.3.1 上位机系统的用户分析243.3.2 上位机系统的功能分析243.3.3 上位机系统的界面需求263.4 上位机系统的开发目的及环境263.5 本章小结27第4章 上位机系统设计及PLC参数设计284.1 上位机系统设计原则284.2 上位机系统设计284.3 PLC程序参数设计304.3.1 PLC站点参数表314.3.2 OPC发送接收表314.4 本章小结33第5章 系统实现345.1 上位机系统开发环境配置345.2 上位机系统具体实现365.2.
11、1 创建登录界面的图形文件365.2.2 创建主页面的图形文件385.2.3 创建单机控制界面的图形文件405.2.4 创建单机风速趋势界面的图形文件425.2.5 创建单机PID图界面的图形文件435.2.6 创建总管图界面的图形文件445.2.7 创建报警界面的图形文件455.3 修改S7-200程序465.4 本章小结47第6章 系统测试及结果分析486.1 系统优化后的控制措施486.2 最终效益核实496.2.1 无形经济价值496.2.2 有形经济价值496.3 本章小结50第7章 总结与展望517.1 全文总结517.2 个人总结517.3 展望52参考文献53作者简历54致 谢
12、56图目录图 1.1风力送丝系统宏观流程图1图 1.2上位机与原系统的网络结构5图 1.3风力送丝系统图6图 2.1 PLC的组成框图11图 2.2 PLC梯形语言12图 2.3 OPC Server/Client 运作的方式16图 2.4 OPCServer OPCGroup OPCItem 关系16图 2.5 OPC 体系结构17图 3.1风机频率与机组风速关系图22图 3.2风机频率与机组压力关系图22图 3.3 总管风速和机组风速关系图23图 3.4风速曲线模拟图23图 4.1上位机系统设计图29图 5.1创建驱动程序34图 5.2设置网络地址35图 5.3创建内部变量36图 5.4登
13、录界面36图 5.5上位机系统主页面38图 5.6“第112风机组”按钮事件创建39图 5.7单机控制界面的图形文件40图 5.8“PV实际值”的属性修改42图 5.9单机风速趋势图42图 5.10单机风速趋势图属性设置43图 5.11单机PID图界面43图 5.12“SP棒图”属性修改44图 5.13总管界面45图 5.14报警界面45图 5.15报警界面属性设置46图 5.16 S7200程序修改46表目录表 3.1快赢机会改进项目表20表 3.2进一步分析项目表21表 3.3需改进项目表24表 4.1需设计模块及说明30表 4.2 PLC站点参数表31表 4.3 OPC发送接收地址表32
14、表 6.1修改文件48表 6.2专业用户和非专业用户培训表48表 6.3风速稳定和不稳定整丝率、碎丝率对比表49表 6.4剔除率对比表50第1章 绪论1.1 课题来源及类型目前，浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂现有18套卷烟机（PT）设备，风力送丝系统是上世纪“九五”技改时期设计建设，是属于把烟丝从制丝车间靠风力送到卷包车间概念提出的第二代产品。在“十五”技改中，厂房进行了接长，并增加了2套卷烟机组，送丝管路距离大大增加，风速控制更加不稳定，故障率也大大增加，为此顾客抱怨不断。该系统相比于本世纪先进的风力送丝系统，在风速控制稳定性和故障率方面存在较大差距。风力送丝系统中风速的稳定性的提高对提
15、高烟丝品质和降低不良烟支剔除率有较大影响。基于此，本文主要结合宁波卷烟厂风力送丝系统的现状和特点，运用“六西格玛”方法，研究如何对卷烟厂风力送丝系统进行优化和实现，以提高风力送丝系统的稳定性。1.2 卷烟厂风力送丝系统项目概述卷烟厂风力送丝系统（pneumatic conveying system of cut-tobacco）主要是指烟丝依靠负压风力为载体，烟丝实现从喂丝机（制丝车间）到卷烟机（卷包车间）的远距离输送控制系统（如图1.1）。图 1.1风力送丝系统宏观流程图目前许多烟厂已经或将要实施烟丝风力输送的系统，作为柔性制丝的最后环节，其意义是重大的。比较卷烟工业企业中振筛、皮带、人力小
16、车和风力输送等诸多输送方式，基于烟丝输送性能特点和烟丝品质比较来看，风力输送方式具有长距离输送，造碎低，设备简单等优点。风力输送方式又是一种全封闭型管道输送系统，布置灵活，无二次污染。高效节能便于物料输送和回收、为无泄漏输送。风力输送系统以强大的优势，将取代传统的各种机械、人力输送方式。1.3 国内外风力送丝系统发展概况气流输送技术是随着物料搬运和一些工业过程的需要而发展起来的，该技术在相当长的一段时间内，只能用于输送固粒为稀相的情形，20世纪中后期,气力输送1技术得到了广泛的应用，原有的一些限制也不断的被突破，目前气力输送已广泛的应用于电力、制药、食品、塑料、水力、化工、采矿、冶金及烟草等行
17、业2。此外，气力输送在烟草行业领域也得到了推广，1866年出现了烟丝的气力输送装置，1891年在英国Docnranzhi制出负压气力输送装置，B.C.lafmkoB等对烟丝做了大量的实验，以后气力输送在烟草行业获得应用3。对于烟草物料(叶片，烟丝，烟梗等)的收集、运输、加工以分选，采用气力输送可以减少物料的损伤及污染4。在卷烟加工过程中,烟丝输送是将贮丝柜中的烟丝输送至卷烟机的工艺环节。当前国内大多通过气力送丝的方式或者小车送丝的方式来进行烟丝的输送。小车送丝的输送方式有个最大缺点就是在维护过程中比较困难而且故障经常发生,运行的成本也较高，而且容易导致搓牌，引起严重的质量事故。当前小车输送方式
18、陆续被风力送丝所取代，生产规模稍大的卷烟工业企业都已经使用了风力送丝系统。卷烟行业中的风力送丝5-6，是指通过风力在送丝管道中产生负压来实现烟丝从喂丝机到卷烟机组的输送，是目前国内外卷烟机自动化供烟丝的主要方式之一。因其具有布置灵活、管理方便、适用于各种距离的水平、垂直和曲线输送的特点，同时还可以起到松散、去杂、除尘、干燥和冷却等作用7而应用普遍。从技术发展的角度，风力送丝系统的演进，大致经历了以下几个阶段：第一代：单管风力送丝技术90年代之前，风力送丝技术在西欧出现，当时由于卷烟机械的比较落后，风机运行效率底等，采用的只是单管风力送丝技术，该系统由喂丝机、送丝管、调节阀、集丝箱和除尘器、风机
19、等组成，每组可供十台以内卷烟机的用丝。强调的是实现烟丝输送的功能，减轻劳动强度为目的，开始向自动化方向转化。由于一根料管同时供多台卷烟机，在最后的几台卷烟机处会出现供丝不足和烟丝造碎严重等缺陷，故障率非常高，且噪音高粉尘大，目前基本被淘汰。第二代：多管风力送丝技术8-9进入90年代以来，随着高效率卷烟机械的出现，最具代表性的就是德国HUANI公司的PROTOS-70卷烟机（产能为：7000支/分）的出现，单管风力送丝技术已经无法满足多台PROTOS-70生产之所需，迫使气力输送技术不断进步，从单管送丝发展到多管风力送丝。一台卷烟机单独配备一根供料管，多台卷烟机配备一个除尘器的技术出现，最典型的
20、就是德国NEO公司的风力送丝技术。宁波卷烟厂95技改式选用的风力送丝系统就是NEO公司生产的。该时期的多管风力送丝技术开始注重送丝速度的稳定，开始关心风速对产品品质的影响，开始注重控制自动化，PLC技术广泛使用。但该时期的系统稳定性不高，送丝风速波动较大，对系统的保养维护要求高，缺乏远程控制等功能，与现代化工厂理念打造的要求还是存在很大差距。第三代：现代多管风力送丝技术进入21世纪后，德国RIEDEL公司推出了全新的新型风力送丝系统，利用了SACU控制器，他以控制送丝管的速度为目标，送丝速度更加稳定，控制在1米/秒，而且系统更加节能，稳定大大提高，基本上处于免维护状态，具备远程控制功能，给系统
21、的维护和调整带来极大便利。但该系统的实施所用成本非常高，一个100万箱生产规模的卷烟工业企业风力送丝系统所需项目资金在4000万元左右。1.4 风卷烟厂风力送丝系统优化和实现的提出自从2000年左右全国卷烟工业企业进行大范围技改后10-12，自今未有大范围的技改。虽然各个烟厂有小的技改或扩建项目，但风力送丝系统未更换成本世纪先进的系统，因为第二代送丝系统更换成第三代需对整个系统进行更换。假如换代则会造成以下几方面的问题：1) 全厂停产。风力送丝系统是连接制丝车间和卷包车间实现烟丝输送的系统，假如无该系统，烟丝无法通过人工进行输送，就会导致全厂停产，而且人工输送对烟丝品质影响非常大。2) 投入成
22、本高。100万箱/年标准产能的卷烟工业企业，新系统的投入成本约需要4000万元人民币，因此投入成本非常高。3) 所需时间长。系统的换代要经过新设备采购、旧系统拆除、新系统安装、新系统调试等环节，一般所需时间在6个月左右，而且部分卷烟工业企业还不具备新系统的安装条件。没有一个卷烟工业企业能够接受6个月的停产，对企业造成的损失是非常巨大的。鉴于以上原因，目前，国内卷烟厂烟丝从制丝车间到卷包车间输送的实现方式还是以第二代风力送丝系统为主。虽然已进入到21世纪，但还是未进行换代。随着时代的进步，卷烟工业企业也得以长足发展，企业生产管理和设备管理的要求也不断提高，精细化管理、TPM、数字化工厂的概念也不
23、断的被提出、落地实施。对风力送丝系统的要求也不断的提高，原先只关心能否把烟丝从制丝车间送到卷包车间，如今开始关心系统的各个细节。例如：烟丝如何送到卷包车间、速度如何、控制是否稳定、是否具备数据采集功能、维护是否方便、是否可以做到免维护、不同速度对烟丝品质的影响如何等等一系列问题。基于国内卷烟工业企业不可能对原有风力送丝系统进行换代的现状，同时又要满足现代化工厂的生产和设备管理之所需。因此，本文为提高风力送丝系统稳定性、满足现代化工厂生产管理和设备管理的需要，而尝试进行对第二代风力送丝系统进行优化并实现。1.5 本文研究的内容、目标1.5.1 本文研究内容优化并实现风力送丝系统上位机系统（如图1
24、.2）。满足以下需求：1) 总管风速实时值和历史曲线、报警等显示2) 每台卷烟机组的风速、阀门的实时、历史曲线、状态报警显示3) 每台卷烟机组风送调节的P参数，I参数和调节延迟时间的调节4) 每台卷烟机组S7-200的通信，模块的状态和故障报警。5) 与厂级MES系统通讯的数据：每台卷烟机组的风速，状态和报警记录图 1.2上位机与原系统的网络结构风力送丝系统的系统（如图1.3）参数研究。系统的压损计算，是设计通风、除尘、风送相关系统的主要内容，对于分析系统问题，合理设计管网和风机、除尘器等动力系统有直接的指导作用。本次项目的压损计算，主要作用是查验系统设计和各项参数的合理性。系统压损包含有物料
25、（烟丝）输送部分压损H1和尾气（辅助）部分压损H2两部分。H1是由烟丝经过喂丝机丝管卷烟机集丝箱的路径过程中产生的，H2则是烟丝卸料之后含尘空气经过汇集管总管除尘器风机排出管的路径产生的压损。图 1.3风力送丝系统图单台卷烟风送控制的研究。风速检测装置是检测风速大小，该信号送至PLC通过和设定值比较PID计算后输出控制EP阀，从而达到风速大小，稳定的控制。该装置内部的取压口长期处在含尘空气中，如果由于粉尘堵塞，会造成风速检测不准，控制失调。1.5.2 本文研究目标本文以浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂风力送丝系统的优化与实现项目为例，结合现代卷烟工业企业生产的要求和风力送丝系统的现状、特点，
26、探讨如何对第二代风力送丝系统进行优化与实现，以达到或接近第三代系统的水平。具体体现在：实现远程控制监视功能、实现数据采集和企业网络（MES）的通讯功能；提高风力送丝系统的稳定性（回风管风速控制在：121米/秒）。1.6 本文组织结构本文将详细介绍卷烟厂风力送丝系统的优化与实现。第一章绪论阐述了课题的来源及意义，详细分析了国内外现状，课题的提出并论证了论文研究的价值所在，提出了本文研究内容和目标。最后对本文的主要工作及章节安排进行了说明。第二章本章介绍了风力送丝系统的优化与实现所涉及到的概念和相关的技术。重点叙述了系统优化时所用到的六西格玛方法论、PLC控制技术、OPC体系架构等内容，为系统的优
27、化和实现打下基础。第三章首先简单介绍了风力送丝系统所基于的系统环境。通过运用六西格玛分析得出风力送丝系统的优化与实现是需要通过硬件手段和软件手段双方面结合完成的，硬件的优化是比较明确的，本文将不做重点描述，本文重点描述软件方面的改善，包括：增加上位机系统和PLC程序的修改。进行了用户需求分析、功能分析、界面需求分析，在此基础上又介绍了系统的设计目的和开发环境。第四章对系统的整体设计原则进行了描述，阐述了上位机系统的设计图，明确上位机系统需设计的模块，指出PLC程序如何优化，给出了“PLC站点参数表”和“发送接收地址表”为系统的具体提供基础。第五章是本文的重点。本章主要分两部分对系统实现进行阐述
28、。第一部分阐述了对上位机系统的配置和上位机系统的具体实现过程。第二部分主要阐述了PLC程序的修改过程。第六章依据六西格玛方法，只有经过C（控制）阶段项目才是完美的，核算了为宁波卷烟厂创造的经济价值，以及估算能够为其他卷烟厂创造的价值。第七章是全文的总结，并展望了未来。1.7 本章小结本章详细介绍了课题的来源及意义，详细分析了国内外现状，课题的提出并论证了论文研究的价值所在，提出了本文研究内容和目标。第2章 系统相关理论基础与技术本文论述的课题是卷烟厂风力送丝系统的优化与实现，利用六西格玛方法对本系统进行优化，而且本系统是架构在PLC、上位机、网络通讯的一个控制管理系统。对此，我们为六西格玛方法
29、、PLC、上位机、网络通讯、的相关理论作一个介绍。2.1 六西格玛方法六西格玛13-14是一套系统的、集成的业务改进方法体系，是旨在持续改进企业业务流程，实现客户满意的方法。它通过系统地、集成地采用业务改进流程，并对现有过程进行过程界定（define）、测量（measure）、分析（analyze）、改进（improve）、控制（control）简称DMAIC流程，消除过程缺陷和无价值作业，从而提高质量和服务、降低成本、缩短运转周期，达到客户完全满意，增强企业竞争力。统计数据是实施6管理的重要工具，以数字来说明一切，所有的生产表现、执行能力等，都量化为具体的数据，成果一目了然。我们可以从各种统
30、计报表中找出问题在哪里，真实掌握系统的缺陷情况等，而优化的成果，如成本节约、质量提升等，也都以统计资料与财务数据为依据。2.1.1 系统过程界定（define）过程界定（define）是六西格玛DMAIC方法的第一步骤，也是非常重要的一步。六西格玛项目是从界定阶段开始的，一般说来，在初选出项目时，对欲解决的问题往往仅有比较宏观的考虑。我们需要通过界定阶段的工作，明确问题或者流程输出Y及其测量，明确Y的标准。我们还需要明确项目的关注领域和主要流程，将项目界定在一个比较合理的、可以把握的范围之内。通过界定阶段的工作，我们要明确项目的目标，测算项目预期收益，确定项目核心团队成员等。一些工具和方法，将
31、帮助团队完成上述工作。常用的方法和工具有：顾客需求（VOC）分析、卡诺模型（Kano model）、SIPOC分析、相关方分析、排列图等。所有这些工作的结果，将纳入项目立项表（Project charter）或特许任务书的文件，并得到主管领导的批准。2.1.2 系统测量（measure）测量阶段是DMAIC过程的第二个阶段，它既是界定阶段的后续活动，也是连接分析阶段的桥梁。测量是项目工作的关键环节，是以事实和数据驱动管理的具体体现。从测量阶段起就要开始收集数据，并着手对数据进行分析。通过测量阶段的数据收集和评估工作，可以获得对问题和改进机会的定量化认识，并在此基础上获得项目实施方面的信息。正如
32、前面所指出的，任何过程的输入输出关系均可以表达为：Y=f(X)式中，Y为过程的输出结果；X为影响Y的过程输入。正是那些关键的输入变量X决定了输出变量Y。六西格玛项目的实施过程，就是不断地揭示两者之间关系的过程。测量阶段的工作重点是在界定阶段工作的基础上，进一步明确Y的测量，并通过收集X和Y的测量数据，定量化地描述Y。特别是通过过程分析，认识Y的波动规律，揭示过程改进的机会，识别实现项目目标的可能途径和改进方向。在这个阶段，需要大量的工具和方法帮助项目我们完成上述工作。比如，各种过程分析工具，文档和图形分析工具以及过程能力分析方法等。为了保证测量数据的准确可靠，我们还需要对测量系统的能力做出评估
33、。2.1.3 系统分析（analyze）分析阶段是DMAIC各个阶段中最难以预见的阶段。我们所使用的方法将在很大程度上取决于所涉及的问题与数据的特点。在这阶段，DMAIC我们应详细研究资料，增强对过程和问题的理解，进而识别问题的原因，使用各分析步骤来寻找“问题根源”。有时，问题的根本原因是显而易见的，此时，我们能很快通过分析找到；有时，影响问题的原因很多，而且非常复杂，多年来许多人都根据他们习惯的方法去工作，而没有考虑和证明其合理性。当这种情况发生时，我们可能需要花几周或更长的时间，使用各种工具和试用各种不同的观点去分析，才可能得出正确的结果。我们用循环分析方法来实现对原因的探索。这个循环从数
34、据的测量开始，通过对过程的分析，提出对原因的初始推测或者假设；接着收集和关注更多数据和其他看的见的证据，对这些推测或者假设做出进一步的判断；分析循环继续进行，各种假定不断地被确认或被拒绝，直到真正的问题根源通过严谨的数据分析被明确识别出来。分析步骤中最大的挑战之一是正确使用工具，能够用简单工具找到根本原因，就不用复杂工具。有时原因是深藏而不易识别的，有时问题与其他较多因素相关联而被纠缠混杂在一起，这是就需要用到更高级的统计技术或其他管理技术来确定和验证根本原因15。2.1.4 改进（improve）通过前面三个阶段的项目工作，我们对要解决的问题以及引起该问题产生的根本原因等有了比较准确的把握，
35、奠定了从根本上解决这些问题的基础。至此，我们进入了关键性的“改进”阶段。改进阶段的目标是形成针对根本原因的最佳解决方案，并且验证这些方案是否有效的。一般来说，为了达到上述目的，需要完成以下方面的工作：1) 产生解决方案。通常这些解决方案的产生需要专业知识和对流程的认识与经验等。2) 评价解决方案。改进方案产生后，需要对其优劣进行评价。一般将从改进方案的可行性、成本投入、周期等方面，评价改进方案的优势与劣势。3) 完成改进方案的风险评估。一个好的改进方案，是不能够以给顾客或企业带来较高的风险为代价的。4) 改进方案有效性验证。任何改进方案均需要验证其有效性，才能最终被确认为团队将采取的方案。2.
36、1.5 控制（control）作为DMAIC过程的最后一个阶段，控制十分关键。要保持改进的成果，需要将改进阶段对流程的修改或新的流程作业指导书纳入作业标准和受控的文件体系，并建立过程控制系统。控制阶段的主要目的是避免回到旧的习惯和程序，对人们的工作方式形成长期影响并得以保持。我们不仅需要测量和监视结果，还要不断说服和推销观念，两者都是必要的。六西格玛控制细节应该包括：1) 建立监视过程，明确已经取得的改进。2) 制定应变方案。3) 确定关键控制点、控制参数和控制方法。4) 形成新的程序文件或作业标准。2.2 西门子PLC S7-200 SIMATIC S7-200 PLC16 是超小型化的PL
37、C，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。PLC工作原理（如图2.1）：当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。图 2.1 PLC的组成框图 PLC编程语言：根据国际电工委员会制定的工业控制编程语言标准（IEC1131-3），PLC有五种标准编程语言：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）、结
38、构文化本语言（ST）。梯形图语言（LD）是PLC程序设计中最常用的编程语言。它是与继电器线路类似的一种编程语言。由于电气设计人员对继电器控制较为熟悉，因此，梯形图编程语言得到了广泛的欢迎和应用。梯形图编程语言（如图2.2）的特点是：与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器控制相一致，电气设计人员易于掌握。梯形图编程语言与原有的继电器控制的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应用时，需要与原有继电器控制的概念区别对待。图 2.2 PLC梯形语言Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网
39、络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程,如果回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。当在Modbus网络上通信时,此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。在其它网络上,包含了Modbus协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也扩
40、展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口,它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。控制器通信使用主从技术，即仅设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据作出相应反应。典型的主设备：主机和可编程仪表。典型的从设备：可编程控制器。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信,从设备返回消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的
41、数据、错误检测域。从设备回应消息也由Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立错误消息并把它作为回应发送出去17。PROFIBUS，是一种国际化开放式不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在 9.6kbaud12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级
42、监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-OSI）作为参考模型的。该模型共有七层，第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三六层末使用，第七层为应用层。1) PROFIBUSDP：定义了第一二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUSDP设备的设备行为。 2) PROFIBUSFMS：定义了第一二七层，应用层包括现场总线信息规范（
43、Fieldbus Message Specification - FMS）和低层接口(Lower Layer Interface LLI)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。 3) PROFIBUSPA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUSDP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC11582标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络18。 2.3 上位机系统可编程逻辑控制器PLC作为一种高性能的控制装置，在控制领域已经得到了
44、广泛应用，在使用PLC的控制方式中，上位监控系统是其中重要组成部分。目前PLC与上位机（计算机）通信方式主要有以下几种：1) 通过PLC开发商提供的系统协议与网络适配器，构成特定公司产品的内部网络，其通信协议不公开。互联通信必须使用开发商提供的上为组态软件，并采用支持相应协议的外设。这种方式显示画面和功能往往难以满足不同用户的需要。2) 购买通用的上位组态软件，实现上为机与PLC的通信。利用PLC厂商提供的标准通信口或由用户自定义的自由通信口实现上位机与PLC互联通信。这种方式不需要增加投资，特别适合小规模控制系统。WinCC 19 (Window s Control Center,窗口控制中
45、心)是西门子公司实现 PLC与上位机之间通信及上位机监控画面制作的组态软件，WinCC为在标准 PC和W indowsXP环境下实现 HMI(人机界面 )的功能。SIMATICWinCC是第一个使用最新的 32位技术的过程监视系统。抢先式多任务的特点适合于对过程事件的快速反应。WinCC是一个开放的HM I软件，可与世界上主要控制器厂商的产品进行数据通信。它与 SIMATIC- S5/S7/505系列的通信接口，如 Profibus、FDL、DP、DDE、OPC等都包括在 WinCC基本软件包中。此外,其他的通信接口，如 FMS、 PMC、 SIPART DR或连接其他厂商控制器的接口(AEG
46、，Modicon，AllenBredlly，GE-Fanuc，M itsubishi)在 WinCC的可选功能中提供。另外，它随系统而扩展,包括运行版和开发完全版。在容量上分为 128、 256、1024和64个PowerTag变量，指来自控制器和外部过程的变量(内部变量不计算在内)。WinCC允许将一个32位的模拟量的PowerTag变量分为独立的32个数字量，使用上与正常数字量的 PowerTag变量相同。因此可提供给整个过程的 I/O点数比所标的 PowerTag变量数多。总之，WinCC将Windows应用程序的现代体结构与使用方便的图形设计程序结合在一起，能很方便地生成人机界面,建立
47、完整的过程监控解决方案。各系统集成商还可以将WinCC作为其系统的扩展基础,通过开放接口开发自己的应用软件。OPC20以OLE、COM（组件对象模型Component Object Model）和DCOM（分布式组件对象模型）技术为基础，采用客户/服务器（Client/Server）模式，定义了一套适于过程控制应用，支持过程数据访问、报警、事件与历史数据访问等功能的接口，便于不同供应商的软硬件实现“即插即用”的连接与系统集成。作为工业控制系统的一种核心数据交换技术，OPC标准可以应用在许多领域，并且其功能还在不断丰富发展之中。OPC适合于应用在很短事件内更新过程数据的工业场合。OPC接口可以适用在数据监控系统和管理控制台之间，从数据采集和监控系统或分布式控制系统（DCS）将数据传输到更高级的客户应用，实现在线数据监测，还可以实现PLC、DCS、FCS（Fieldbus Control System）等不同类型控制系统和设备的集成。甚至只要在数据库系统上建立OPC规范，OPC客户就可以与实时和历史数据库实现数据交互。OPC接口还可以通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为OPC客户端的应用程序，也适用于应用程序和物流设备的直接连接，OPC
