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OPC: 用于过程控制的对象链接和嵌入。
本文论述的这条纺织生产线是青岛宏大纺织机械有限责任公司新近研制开发的产品。该公司是中国纺机行业的*企业，梳棉机，落筒机，清梳联等是其主要产品。近年来，随着纺织行业的发展，该公司不断开发具备，能与国外**产品相媲美的新产品。
而该生产线正是青岛宏大纺织机械有限责任公司这一、二年来的**项目，目前正处于优化调试阶段，将于今年底面市，本文在论及该生产线时，略去了各设备的名称及其主要工艺，主要描述西门子产品在该项目上所体现的特点，以及作者使用中的体会。
该生产线由五种不同类型的设备组成，分别称之为A、B、C、D、E。工艺流程如图一：
其中A 为主要设备，该设备停止运行则整个生产线停止生产。而B、C、D、E等设备则可以根据纺织厂不同的产品工艺要求独立地运行或停止，B、C、D 设备可以一台运行，也可以两台相同设备运行。E设备则可以有更多数量运行。在电气控制上要求将生产线的生产状况实时反映到车间级及厂级管理层，并将生产数据存档。要求整个生产线上所有设备的运行状态**传送到一个操作员站及一个工程师站上实时显示，所有设备的工艺参数设置由操作员站完成。由于生产线上各设备分散距离较远，考虑到设备手动调试时的可操作性，要求设备的手动调试**就近连接操作面板，一旦手动调试停止，即拆除连接的操作面板。
在选择控制系统时，*初有两种设计方案：
*种设计方案如图二：
A 设备选用S7-400 系列PLC，CPU 为CPU412-2DP；C 设备，D 设备选用S7-300系列PLC，CPU分别为CPU314，CPU315-2DP；B 设备和E 设备选用S7-200 系列PLC，CPU 为CPU224 并带EM277PROFIBUS 扩展板，将B 设备和E 设备分别作为D 设备的智能PROFIBUS
从站。A 设备上的S7-400 系统中配置一块CP443-1 工业以太网通讯卡，与工程师站联接，并与车间级及厂级管理层联网。A、C、D设备及操作员站TP37 用MPI联网，各设备互相之间的逻辑互锁及数据交换通过MPI 网络实现。C 设备，D设备将生产状况及运行状态传送给A 设备，由A 设备通过以太网传送给工程师站及管理层网络。
B 设备，E 设备通过PROFIBUS 网络将信息传送给D 设备，通过D 设备传送给A设备，并向上一级传送。系统中配置的TP37 触摸屏作为操作员站，为各设备设置参数，并显示部分运行数据。对于A、C、D设备的手动调试利用一个TP170B 通过MPI 网络就近联接各PLC 来完成。
第二种设计方案如图三：
整个控制系统由PROFIBUS 网络组成。A 设备选用S7-400 系列PLC，CPU 为CPU412-2DP，作PROFIBUS主站，其自身的I/0 由ET200M 组成；C 设备，D 设备，选用ET200M 远程I/0 方式作A 设备的PROFIBUS从站；B 设备和E 设备选用S7-200系列PLC，并配EM277，直接作为A 设备的智能从站。A设备与工程师站的联接及与管理层联网方式同方案一，操作员站同样选用TP37。A、C、D 设备的手动调试利用一个TP170B就近联接完成。
对于*种设计方案，各设备的控制系统独立性较强，可单独运行或停止，调试方便，但问题也是显而易见的：
1. 数据传送问题
因为B、C、D、E 各设备的信息都**通过A 设备传送到工程师站及管理层网络，B、C、D、E设备的数据传送到工程师站的实时性较差。TP37 作为操作员站，要与A、C、D 三种设备通讯，同样需要较长的数据更新周期。
2. 通讯能力问题
因为C，D 设备选用的是S7-300 系列PLC 中的CPU314，CPU315-2DP，它们的S7 固定连接数量受到限制，如C设备，它**与一个A 设备，两个D 设备，一个TP37 及一个TP170B 连接，这个连接数超过了它的S7固定连接数量。可以通过A设备再与D 设备连接，或建立动态连接等方法来解决问题，但显然不方便。A、C、D设备之间的逻辑连锁控制，如通过上述两种方法解决，实时性很差，在工艺上也是不允许的。
3. 互换性较差
用这种方案时，A 设备，两台C 设备，两台D 设备，都有不同的MPI 。生产厂在提供设备给纺织厂时，**对相同设备的CPU下载不同的配置，相同设备之间无法互换，给设备安装及销售管理增加麻烦。
第二种方案则解决了*种方案所遇到的技术问题。因为C、D 设备是A 设备的分布式I/0站，所有生产信息及运行状态都在CPU412-2DP 中，这些设备的信息传送到工程师站及管理层网络上。TP37 也只和一个CPU通讯，数据更新快，也不存在各设备之间通讯能力的问题。C、D 设备在PROFIBUS 网上的从站地址可以直接在接口模板IM153上设置，C 设备之间或D 设备之间可以完全互换，设备安装维修更方便。在这种方案中，C、D 设备**依赖A设备的运行才能运行，但因为本来生产工艺上，当A 设备停止时，C、D 设备就不能运行，C、D设备的独立运行没有必要，如果仅为设备调试方便，意义不大。
第二种设计方案也有不是之处。A、B、C、D、E 各设备的信息都**通过一块CP443-1以太网卡传送到工程师站及管理层网络，存在一个数据通讯的瓶颈问题，数据交换的实时性及速度都受到限制。鉴于TP37的能力，操作员站只能用于参数设置及少量数据显示用，而无法完成数据统计、存档、报表生成等的数据处理功能，并且图形的动态显示效果也不理想。而西门子Wi产品的特点正好解决了这些问题。
Wi 不仅仅是一个可编程序控制器，它将自动化控制和人机界面集成在一个PC平台上，在进行自动化控制的完成大量的数据通讯，数据处理及可视化处理。基于上述原因，对第二种设计方案进行了改进。考虑到生产线运行的安全性及稳定性，用Wi产品中的插槽型PLC Slot 412 代替原来的S7-400PLC 的CPU412-2DP，配合使用电源扩展板，并外接24伏直流电源，使控制系统可独立于PC 机的操作系统，*系统运行的高**性。选用西门子嵌入式触摸面板工业PC 机IL70 作为PC平台，其集成的TCP/IP 以太网口直接与工程师站及管理层联网，在IL70 上运行WinCC人机界面软件，使操作员站能完成更强大的功能。
*终的设计方案如图四：
Wi Slot 412 作为系统的中央控制器是整个控制系统的PROFIBUS-DP 主站，完成设备A、C、D 的控制任务。C、D设备使用ET200M 作为远程分布式I/0 站，直接连接到Slot 412 集成的DP 口上。B，E设备使用CPU224，并配置EM277 PROFIBUS 扩展板作为Slot 412 的智能从站，将数据信息传送给Slot412。电源扩展板上的外接24 伏直流电源及后备电池*在PC 机断电情况下，Slot 412 仍能正常工作。 IL70 作为WiSlot 412 的运行平台，也作为操作员站，并通过集成的TCP/IP、网口与工程师站及管理层联网。IL70 上运行的WinCC人机界面软件通过OPC 客户机方式从Wi 的OPC 服务器端存取控制引擎中的数据。由于Wi、WinCC 在一个PC
平台上，这种数据交换方式速度快，数据量大，实时性好。
WinCC作为人机操作接口，完成整个控制系统的参数设置及实时数据显示，实现用户提出的复杂的动画显示功能，并对生产数据及各设备运行状态进行存档，生成报表，提供报警信息以及设备的维护信息。
工程师站是一台普通的PC 机，通过以太网与操作员站联接。工程师站上也运行一套WinCC 软件，通过DCOM 配置，同样以OPC方式从Wi 存取数据，并且某些权限比操作员站上的高。由于在操作员站上使用了WinCC工业组态软件，使管理层从该生产线获取生产信息非常方便。WinCC 具备多种方式进行网上数据交换，如可以运用WinCC的客户机/服务器方式，或WinCC 的Web 浏览器功能等等，为将来用户厂的联网生产管理提供多种选择。
一台移动式的TP170B 操作面板，通过C 或D 设备上的ET200M 接口模板IM153 上的PROFIBUS三通接头直接联接到系统的PROFIBUS 网上，对网上的任何一台C 设备或D设备进行手动操作，使调试人员能在设备边上直接进行手动调试。TP170B 上集成了生产线上所有A、C、D各设备的手动调试画面，一台TP170B 可完成所有设备的手动调试工作。
对于系统控制软件，B、E 设备的控制程序由自身的CPU224 完成。A、C、D 设备控制程序由Wi Slot 412 完成。其中A设备中有两路高速计数要求，由两块FM350-1
高速计数模板完成。每个D 设备中有两路压力PID 调节，系统中一共有4 路PID 调节，鉴于Slot 412的高速指令执行速度，用S7 软件PID 功能块就可以完全满足要求。
系统控制软件中的一个重要部分是完成用户的多种工艺选择要求。如图一所示，纺织厂根据自己产品的工艺要求可以随意组建生产线。如可以只购买A、B、C、D各1 套设备及若干E 设备组成一条生产线；或购买A、B 及C 设备各1 套，D 设备2 套及若干E 设备组成一条生产线；或购买1 套A设备，B、C、D 设备各2 套，在运行时可自由选择是否开1 套C 设备，或开2 套C设备等等。而生产线的生产厂家为*产品管理的统一性，要求只用一套控制软件来完成生产线各种可能的配置的控制任务。也就是对他们的所有纺织厂用户只提供一套控制软件，由用户自己在操作员站上设置生产线的实际配备。
这就出现了一个问题，即控制软件**包括生产线*大可能配置所有设备的控制任务以及组态配置，但当某个设备在生产线上实际不存在时，又***整个PROFIBUS网络运行不出现故障。
西门子STEP7 软件提供了一种方法可以通过用户程序，使PROFIBUS从站自由地从网上断开而不影响主站的运行。在控制程序中，**编制组织块OB84、OB86、OB87、OB122，这些组织块在系统出现网络故障，或I/0
寻址故障时，由CPU 直接调用。如果控制程序没有包括这些组织块，当系统网络中有从站断开，CPU会直接进入停止运行状态。在Slot 412的控制程序中装入了OB84、OB86、OB87、OB122。
STEP7 提供了一个系统标准块SFC12，利用SFC12，控制程序可以读取DP从站的状态，禁止DP 从站或DP 从站。当CPU启动时，如果是冷启动或暖启动，系统配置中的所有DP 从站被自动。热启动时，DP从站保持原有状态，即如果原来是状态则保持，原来是禁止状态则保持禁止。如前所述，生产线的控制程序及配置是一的，也就是配置是按照生产线可能的*大配置做的，如果实际的设备配置与控制软件中不同，下载后CPU会出现故障。在生产线按装完成*次正常通电时，初始化程序将所有Slot 412 的PROFIBUS 从站通过调用SFC 12禁止掉，等Slot 412 正常运行后，由操作员在操作员站上通过WinCC人机界面软件做出实际需要的配置。控制程序确认这些配置后，再将存在的或选用的设备一一，以后当CPU重新启动时就会保持这种配置状态，而*再做或禁止工作。通过以上两个处理，控制系统能在任何不同的配置下正常工作。
目前，该项目调试正接近尾声，所有控制软件已基本调试完成，并达到了预期的目标。
通过这个项目可以发现，随着PC 机及网络技术在工业现场的*发展，基于PC 的自动化产品解决了传统PLC不足之处，它的大容量实时数据处理，大容量的系统资源，方便的网络联接，强大的可视化功能，*的指令处理等能力，会使该类产品在工业自动化领域中得到越来越多的应用
5.3 超滤装置的控制
超滤装置的运行主要是对5个电磁阀控制的阀门进行控制：进水阀、产水阀、反洗进水阀、正冲排水阀、反洗排水阀。这5个阀门的状态决定了超滤装置的工作状态：运行、备用、反洗。
（1）运行。超滤在运行状态下，首**行正冲操作，正冲完成后超滤装置的进口和出口电磁阀得电，进、出口阀门打开，超滤装置投入运行；
（2）备用。超滤装置在备用状态下，超滤装置的进口和出口电磁阀失电，进、出口阀门关闭，超滤装置投入备用；
（3）反洗。超滤反洗有两种方式，定时反洗和定压反洗。定时反洗是根据超滤运行的时间进行固定时间间隔的反洗，定压反洗是根据超滤装置的进出口压差进行反洗，当进出口压差达到一定数值则超滤装置也进行反洗。现在的超滤反洗一般采用定时反洗。
5.4 反渗透装置的控制
反渗透工艺是一种在压力驱动下，借助半透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分闪的分离方法。在水处理工艺运用中，将水中无机离子、、病毒、**物及胶质等杂质去除，以获得高质量的水。系统对反渗透装置的控制有三种工作状态：运行、备用、冲洗。反渗透装置有3个由电磁阀控制的阀门，反洗进口阀、产水排放阀、浓水排放自动阀。
（1）运行。当超滤水箱水位**低液位，阻垢剂计量泵自动位，还原剂计量泵自动位，超滤/反渗透冲洗泵选择开关自动位，反渗透水箱的水位**70%时，反渗透装置自动投用。
（2）备用。当反渗透水箱的水位达到高液位，或者超滤水箱的水位**低液位时，反渗透装置自动退出到备用状态，停高压泵。
（3）反洗。当系统停运后，并且超滤不在反冲时，超滤/反渗透反洗泵自动开启，开启浓水阀，开始反洗。
6 **技术应用
6.1 雷达式液位检测水箱
现场水箱采用VEGAPULS雷达式液位计，主要对生水箱、超滤水箱、反渗透水箱和除盐水箱进行液位测量。液位计采用脉冲微波技术，可以在极短时间内对水箱内的液位进行**测量和控制。雷达液位计采用一体化设计，在测量时发出的电磁波能够穿过真空，不需要传输媒介，具有不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点。采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。测量范围大，*大的测量范围可达0～35m，可用于高温、高压的液位测量。参数设定方便，可用液位计上的简易操作键进行设定，也可用HART协议的手操器或装有VEGAVisual Operating软件的 PC机在远程或直接接在液位计的通信端进行设定，十分方便。
6.2 多级模糊控制算法
反渗透水处理自动控制技术是一种高科技的水处理技术，在运行过程中实现自动运行和手动操作无扰动切换。系统引入控制脉冲数偏移量函数的多级模糊控制算法克服了普通模糊控制器连续变量模糊化为有限的离散值所造成的精度低的问题。加入后对稳态误差与稳态震颤现象的效果明显；加上多级自修正量化因子和比例因子，可明显提高系统*性，且系数修改无复杂运算，便于在PLC上实现。
6.3 水质在线神经网络检测
水的污泥指数测定是一个非常有效的水质在线检测技术，通过测定原水，多介质过滤、活性碳过滤前后，离子交换前后等取样点的SDI（污染指数）值，可以有效的监控水处理系统运行，可以判断各个工艺步骤是否正常。SDI值越低，水质越干净.进水水质、水量时刻在变化，是一个复杂的、大滞后多变量参数的动态非线性系统。机理复杂，难于建模。采用RBF人工神经网络技术可以较好的实现在线实时地监测进水水质参数，RBF是三层结构：输入层、隐含层和单数输出层。在除盐水处理过程中，测量进水淤积指数SDI是*重要的水质处理参数，输出层选SDI参数，输入量个数要与SDI输出有密切相关的参数变量，如PH值、电导率、碱度、反应时间，进水流量等,采用RBF神经网络的软测量技术，在实际应用中计算速度快，能够在线查看，更好的达到实时检测的目的