基于 S7-400的玻璃涂层在线数据检测系统

（成都理工大学,成都,610059）

基于 S7-400的玻璃涂层在线数据检测系统

石 维,任家富,郭兰芳,王晓帆,张俊文

（成都理工大学,成都,610059）

本文设计了基于s7-400控制器模块的在线玻璃涂层监测系统，通过Wincc组态在上位机开发人机交互界面，并下载到配套触摸屏，采用梯形图设计程序，完成数据采集和实时监控，并保存历史记录。该系统适用于工业环境，且方便扩展，已将该系统成功运用在西安某公司玻璃涂层在线检测系统中。

plc;工控机;s7-400控制器;WinCC组态;数据采集

0 引言

PLC是一种用于工业控制的装置，它系统构成灵活，可靠性高，扩展性好，编程简单，具有较强的抗干扰能力，在恶劣的环境下也能正常工作。本文选用PLC SIMATIC S7-400作为控制器模块，模块化免风扇的设计，结实可靠，具有强大的通信能力，良好的用户操作让s7-400在解决中高档性能控制方面的问题上起着突出作用。作为人机交互界面发展的主导趋势，触摸屏能长时间在恶劣的环境下正常工作，和触摸屏配套使用，能够弥补PLC在人机交互接口方面的缺陷，实现二者优势互补。本文提出的玻璃涂层在线检测系统正是在此基础上设计完成的。

1 系统总体设计

玻璃涂层在线检测系统主要由工控机和西门子公司S7-400 PLC作为中央控制部分，选用研华工控机结合西门子10.4寸触摸屏作为中控室和现场人机界面，通过传感器捕捉信号，PLC将采集信号进行处理，传输到计算机系统，用户可通过工控机设备完成参数的设置及修改，工控机和现场的触摸屏均可以显示当前检测的数据，并且可以操作。

1.1 系统构成

系统主要包括：电源模板(PS): 将SIMATIC S7-400连接到120/230VAC或24DC电源上；中央处理单元(CPU)；数字量输入/输出(DI/DO)模块和模拟量输入/输出(AI/AO)模块；通讯处理器(CP)：用于总线连接和点到点连接；安装机柜、存储卡、备用电池等。

上位机与下位机通过以太网网口连接。现场的4~20mA和24VDC开关量标准信号进入S7-400，上位机通过以太网网口通信方式从S7-400获得数据。

1.2 工控机及触摸屏选型

选用研华IPC-610H系列工业控制计算机系统，其特点是防尘、防冲击、高防磁、连续长时间工作能力[3]。研华工业计算机，存储容量大，扩展能力强，方便做历史数据存储，以及报表打印等功能。触摸屏选用西门子TP1200 Comfort,该系列多功能面板触摸屏操作简单，全图形化10.4寸TFT显示屏，真彩、分辨率高，内置以太网接口，6MB的用户存储空间，具有组合插槽和USB接口。

2 在线数据检测系统软件设计

在线数据检测系统软件部分是整个控制系统的核心，工控机依据现场生产流水线和工件的实际需求来进行控制。主要通过对不同型号涂料的温度测量、比重检测，黏度检测、喷涂后涂层的厚度、硬度测量等参数的测量数据进行采集，并根据现场生产工艺的需要进行编程来驱动各个执行设备控制，从而达到全程在线控制。

2.1 软件主要功能

（1）数据采集: PLC系统完成硬度、厚度、温度、比重、粘度等数据的采集。

（2）数据处理：完成4-20mA模拟信号的处理，将采集各参数的信号转换为数字信号传送到中央计算机中，中央计算机根据各参数指标的修正系数完成计算，并在工控机和触摸屏的监控画面实时显示检测到的厚度、温度、比重、粘度等参数的值。通过对测量参数的分析、处理，根据所规定的工件喷涂前涂料的温度、粘度以及喷涂后涂层厚度的参数范围，计算得到控制参数和设备的控制量。

（3）控制功能：根据分析计算得到控制参数和设备控制量，闭环控制工件生产线；输出控制命令给PLC系统驱动声光报警；当检测参数超出数据范围值自动调节供给量；可以设置各工作参数值

（4）自检功能: 对系统的主要部分进行自我检测和诊断，检测系统通信，保证系统正常工作。

（5）其它功能: 系统可实时保存数据，生成曲线图，查看历史生产信息，生成每个班次的报表（合格率、优良率、不合格率）并打印，实时判断各值超标和报警处理等。

2.2 Wincc上位机组态软件与PLC通信

工控组态软件是一种专门用来进行实时数据采集和系统控制的软件，采用灵活方便的组态方式，创造了监控系统层一级的软件平台和开发环境，方便用户端迅速创建工业自动化控制系统并提供监控功能，是一种通用层次的软件包。选用SIMATIC WinCC组态软件有两大因素，一是因为Wincc强大的功能，在目前市场上占据一定地位，二是因为WinCC与下位机采用的s7-400PLC以及Step7 V12编程工具有同样的业界规范，SIMATICWinCC自身提供驱动S7-400PLC的软件，易形成人机交互，建立完整监控方案。运用SIMATIC WinCC组态软件方便了工控机和PLC的连接。

西门子PLC模块与上位机通信方式主要有以下几种：串口通信：包括PC/PPI通信，MODBUS通信，现场总线通信：PROFIBUS，多主站通信：MPI，网口通信：以太网。结合工业现场实际需要本文通过以太网实现PLC与WinCC的通讯，这种方式适用于传输距离大，实时性强的工业控制系统。本系统整体网络结构分为三个部分，又上往下以依次为：工控机部分，10 Base-5以太网部分，西门子S7-400 PLC。

该系统采用Step7 V12开发工具对PLC、触摸屏以及PC站进行软件组态，使三者相互连接并进行通信。与PLC系统建立通讯的过程：1、SEPT 7硬件组态，包括添加PLC硬件模块（如图2所示）及网络参数设置，2、设置IP地址；3、设置系统参数；4、设置通讯接口；5、增加通道及设置驱动连接；6、测试通讯，建立完成。

2.3 程序设计

玻璃涂层数据检测系统采用模块化编程，程序分成不同的块，每个块包含了一些设备和任务的逻辑指令。采用step7 v12开发工具，选择梯形图语言进行具体编程和设计，PLC主程序主要完成对I/O端口的控制，对检测数据的采集，模拟信号和数字信号的转换及处理，以及设置报警等。整个系统中，S7-40PLC实现保护、控制和数据采集的功能，工控机及触摸屏执行显示、报警、存储等功能。

[1] 苏姗姗，苏小光.基于PLC的信号采集系统[J].国外电子测量技术，2012,31(9)：51-53.

[2] 白冰，潘真，朱宇，靳继红.基于plc现场数据采集与分析[J].科技情报开发与经济,2007,17(21):198-199.

[3] 高彦军， 贾永峰，基于PLC与上位机的动态数据采集系统[J].机电产品开发与创新,2009,22(3):161-162.

石维，女，成都理工大学硕士研究生在读，主要研究方向：自动化测控技术。

任家富，男，教授，硕士研究生导师，主要研究领域方向：测量控制技术、核技术、通信技术、电子信息技术应用。

Online data detection system of glass coating based on S7-400

Shi Wei,Ren Jiafu,Guo Lanfang,Wang Xiaofan,Zhang Junwen
(Chengdu University of Technology,Chengdu,610059)

This paper designs an on-line monitoring system for glass coating based on S7-400 controller module.Through the Wincc configuration,the PC interface is developed and downloaded to the complete data acquisition and real time monitoring.The system is suitable for the industrial environment,and it is easy to extend, has been successfully used in a company in Xi'an,a company in the glass coating online detection system.

PLC;S7-400 controller;WinCC controller;data collection