1 引言
　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對電子設(shè)備的需求越來越大、對電子設(shè)備的質(zhì)量要求也越來越高。針對自動化流水線的需求也越來越廣泛，因此，需要可靠、功能齊全、響應(yīng)速度快的控制系統(tǒng)。然而PLC可靠性高、抗干擾能力強、性能穩(wěn)定、容易擴展、便于維護(hù)和升級等優(yōu)點都強于PC機。此自動化流水線選用西門子CPU（S7-200）及UniMAT擴展模塊控制系統(tǒng)，下面具體介紹設(shè)計方案。

2 系統(tǒng)概述
　　電池包裝流水線主要由電池性能檢測、電池貼附商標(biāo)及電池裹標(biāo)三部分工藝及各設(shè)備機構(gòu)的銜接傳送控制部分。電池性能檢測：此控制系統(tǒng)需要采集電池性能檢測數(shù)據(jù)，處理后送入PLC，經(jīng)PLC運算穗選電池良品；傳動到貼附商標(biāo)設(shè)備中，控制伺服電機對電池貼附功能，由角度掃描光纖測定電池貼附精度，穗選電池良品送入全自動裹標(biāo)設(shè)備放料平臺，經(jīng)三個步進(jìn)電機控制到裹標(biāo)位置-裹標(biāo)-下料。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及功能
　　PLC：CPU224（西門子）；UniMAT擴展模塊：EM221（32點數(shù)字量輸入）、EM221（16點數(shù)字量輸入）EM222（32點數(shù)字量輸出） EM221（16點數(shù)字量輸出） EM253（運動控制模塊）
一：控制要求
1監(jiān)視整個流水線的工作情況。
2進(jìn)行各設(shè)備時間參數(shù)及計數(shù)參數(shù)設(shè)置。
3執(zhí)行控制全局作用，負(fù)責(zé)各部分工藝工作的狀態(tài)，處理使整個系統(tǒng)良好運行。

二：整個系統(tǒng)精度控制
1伺服電機控制，通過對伺服發(fā)送脈沖數(shù)控制卷料商標(biāo)壓軸角度達(dá)到的出標(biāo)位置，實現(xiàn)高精度的貼標(biāo)任務(wù)。

2步進(jìn)電機的控制，此系統(tǒng)使用三個步進(jìn)電機：步進(jìn)電機傳送電池到裹標(biāo)位置，為減少誤差累計的負(fù)面影響，使用發(fā)送高數(shù)脈沖數(shù)實現(xiàn)定位；裹標(biāo)利用步進(jìn)轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)矩控制裹標(biāo)的質(zhì)量；下料為自動裝置且下料機構(gòu)須同一位置進(jìn)行且不影響產(chǎn)品情況下選用步進(jìn)電機收料到一定數(shù)量后整體移出。步進(jìn)電機是將電脈沖信號變換成角位移的一種機電式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。它受脈沖信號控制，角位移與輸入脈沖個數(shù)構(gòu)成嚴(yán)格的正比例關(guān)系，每輸入一個脈沖，步進(jìn)電機就轉(zhuǎn)動一定的角度。它具有定位精度高、慣性小、無積累誤差、啟動性能好等
三：系統(tǒng)需求
1數(shù)據(jù)采集卡，采集電池性能檢測信息功能。
2數(shù)字量輸入及輸出。
3高頻脈沖輸出。
4手動及自動運行兩套系統(tǒng)，且對各個輸入點進(jìn)行監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)異常立即停止此系統(tǒng)，發(fā)出報警功能。

4 系統(tǒng)控制過程
　　此系統(tǒng)采取同步和異步控制程序，主要提高各工藝的利用率及生產(chǎn)效率。（部分動作控制流程圖如下）

1  引言
       氧化鋁車間現(xiàn)場石灰或礦土粉塵環(huán)境惡劣，車間的自動化控制顯得尤為重要。上位機的數(shù)據(jù)記錄及趨勢顯示功能為車間工作人員積累工藝經(jīng)驗提供了良好的條件，有助于提高生產(chǎn)工藝技術(shù)，為管理提供依據(jù)，促進(jìn)企業(yè)管理的規(guī)范化和設(shè)備故障的自動監(jiān)測，確保工廠的安全生產(chǎn)。
氧化鋁生產(chǎn)自動監(jiān)控系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機、可編程邏輯控制器及現(xiàn)場儀表構(gòu)成三級監(jiān)控系統(tǒng)。可編程邏輯控制器選用西門子公司的s7-300系列plc，根據(jù)工藝流程在電控室設(shè)立3個控制站。工業(yè)機采用wincc作人機界面，通過mpi協(xié)議與各站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，完成數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)測及控制功能。中央控制室分為服務(wù)器和客戶機，客戶機主要完成系統(tǒng)組態(tài)及控制參數(shù)的在線修改、監(jiān)控、報表顯示及打印等功能；服務(wù)器主要完成對整個氧化鋁廠的數(shù)據(jù)處理。本系統(tǒng)的服務(wù)器采用冗余設(shè)計，兩個服務(wù)器互為備用。

2  工藝流程
       氧化鋁廠的工段主要有原料磨、溶出、赤泥沉降、控制過濾、分解分級及種子過濾、蒸發(fā)、成品過濾、焙燒及氧化鋁包裝堆棧工段等。而各個工段中所要實現(xiàn)自動化控制的設(shè)備具有很大的類似性。我們選取其中比較有代表性的原料磨車間的短路上料、石灰消化工段與氧化鋁包裝堆棧工段來說明整個plc控制系統(tǒng)的構(gòu)成。
       短路上料與石灰消化工段的距離較近，短路上料工段是為其它工段運送原料，通過三通留子將生石灰運到石灰消化工段，而在石灰消化工段中，將生石灰與熱水在化灰機中混合、攪拌，生成石灰乳。氧化鋁包裝堆棧相對其它兩個工段是獨立的，與其它兩個工段相距較遠(yuǎn)，在氧化鋁包裝堆棧工段，主要是對貯存在氧化鋁大倉里的后產(chǎn)品——氧化末進(jìn)行打包處理。

3  自動化方案設(shè)計
3.1 設(shè)計思想
        選用siemens公司s7-300plc作為現(xiàn)場控制單元。根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)各個工藝流程在電控室設(shè)置了三個控制主站，通過mpi將現(xiàn)場監(jiān)測儀表采集的信號送到電控室的服務(wù)器。整個自動化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成scada(superv-isory control and dataac)系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)視及對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制的功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

      (1)設(shè)備層。設(shè)備層主要是指現(xiàn)場車間的設(shè)備、儀表等被控對象。在氧化鋁廠的工藝流程中用到的設(shè)備種類繁多，動力執(zhí)行機構(gòu)如化灰機、板式給料機、脈沖控制儀、鼓風(fēng)機、皮帶機、氣動調(diào)節(jié)閥等，現(xiàn)場儀表如溫度傳感器、雷達(dá)物位計、流量計等。
        (2)下位機plc。下位機plc的主要作用體現(xiàn)在兩方面。
       一是對現(xiàn)場某些重要變量進(jìn)行監(jiān)視，對現(xiàn)場被控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。需要監(jiān)視的重要變量如某些大罐大倉的液位、物位，管道壓力、流量，焙燒爐溫度，以及動力設(shè)備的上電狀態(tài)等；而對現(xiàn)場設(shè)備的控制包括對脈沖控制儀、鼓風(fēng)機等動力設(shè)備的遠(yuǎn)程啟停控制，對皮帶的變頻調(diào)速，對調(diào)節(jié)閥開度的控制等。
       二是與上位機人機界面(hmi)軟件的連接。將設(shè)備層的有關(guān)信息和數(shù)據(jù)傳入上位機，使得操作員通過人機界面軟件實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備參變量的集中監(jiān)視，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
        (3)上位機hmi軟件wincc。wincc是按照客/服(c/s)系統(tǒng)設(shè)計的。本系統(tǒng)采用三個客戶機和兩個冗余的服務(wù)器組成?？蛻魴C通過訪問服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)結(jié)合在一起顯示，使得多畫面任務(wù)的系統(tǒng)得以輕松解決，提高了系統(tǒng)的可靠性。
3.2 分布式控制站設(shè)計
       本系統(tǒng)共設(shè)三個plc分布控制站。plc1站對短路上料工段進(jìn)行監(jiān)控；plc2站對石灰消化工段進(jìn)行監(jiān)控；plc3站對氧化鋁包裝堆棧工段進(jìn)行監(jiān)控。
3.3 現(xiàn)場控制柜功能設(shè)計
       各現(xiàn)場控制柜具有兩部分功能，一是進(jìn)行現(xiàn)場的手動操作，二是與各個遠(yuǎn)程rio站連接，將各設(shè)備狀態(tài)信號傳送到plc?，F(xiàn)場手動操作具有比遠(yuǎn)程更高的優(yōu)先權(quán)，只有將狀態(tài)開關(guān)打到自動狀態(tài)，自動控制才起作用。所以在接入自動監(jiān)控系統(tǒng)前，首先要完成對現(xiàn)場各控制柜的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

4  系統(tǒng)硬件實現(xiàn)
4.1 中央控制室
       中央控制室設(shè)有兩臺冗余服務(wù)器和三臺客戶機、一臺彩色激光打印機等。服務(wù)器均采用研華工控機配置為inbbb p4cpu/2.8ghz/512m ram/80g，客戶機均采用研華工控機配置為inbbb p4 cpu/1.6ghz/512mram/40g，服務(wù)器和客戶機均裝有bbbbbbs2000 sever/professional操作系統(tǒng)和step75.4和wincc 6.0軟件。
4.2 plc系統(tǒng)配置
       plc是該控制系統(tǒng)的核心，控制過程中全部的輸入輸出量都要經(jīng)過plc的處理，所有繼電器的動作都由plc的輸出控制來完成?，F(xiàn)場三個西門子s7-300plc站的詳細(xì)配置內(nèi)容如附表所示。

  石灰消化工段主要實現(xiàn)車間里各個電機、氣動調(diào)節(jié)閥的遠(yuǎn)程控制；各個流量計、液位雷達(dá)、物位雷達(dá)數(shù)據(jù)在上位機上的顯示；相關(guān)電機啟停、液位、物位的報警及趨勢在上位機上的顯示；上位機操作人員操作級別的劃分。
       氧化鋁包裝堆棧工段主要實現(xiàn)對現(xiàn)場皮帶、風(fēng)機、電動風(fēng)閥、脈沖控制儀等各類電機的遠(yuǎn)程控制；現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)在上位機上的顯示；相關(guān)電機啟停操作以及氧化鋁大倉物位的報警記錄在上位機上的顯示；現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)趨勢圖在上位機上的顯示。
5.2 plc編程軟件
        本系統(tǒng)plc的編程使用step75.4編寫，實現(xiàn)plc對過程數(shù)據(jù)的初步處理。在step7中，有三種編程語言可用來編程，分別是梯形圖(lad)、語句表(stl)、功能塊(fbd)。plc的程序主要由塊組成，他們存放在block目錄下，cpu中的程序就是具有特定功能和特定結(jié)構(gòu)的塊。主要包括組織塊ob，數(shù)據(jù)塊db，功能fc與功能塊fb。主程序中調(diào)用其它功能塊程序，主程序的編寫只能在ob1、ob85等塊中，程序編寫采用功能塊的形式，比較容易閱讀和修改。fc功能塊之間可以相互調(diào)用，但是它執(zhí)行時必須在主程序中被調(diào)用