GE Fanuc系列90-70 PLC在糧油工業(yè)中的應用
摘 要 本文以實現(xiàn)糧油工業(yè)榨油廠自動控制為目的。在GE Fanuc自動控制技術平臺上進行了系列90-70 PLC及CIMPLICITY程序的開發(fā)，其創(chuàng)新在于PLC程序和上位機程序所用的中間變量有Excel表的宏程序自動生成后，導入編程軟件Proficy Logic Developer – Machine Edition和組態(tài)軟件Proficy HMI/SCADA - CIMPLICITY中，這樣在節(jié)省了大量的建立變量的時間的同時也是得建立變量時的錯誤率降低了很多。同時在PLC程序和上位機程序編制過程中運用了面向?qū)ο蟮木幊谭绞剑雇愒O備程序開發(fā)過程方便很多，節(jié)省50%的開發(fā)時間，上位機程序開發(fā)過程中運用了大量的腳本程序，同時也用到了“類”，比單純的組態(tài)功能更加強大方便，且方便用戶使用。
本文首先從榨油廠工藝開始，結合實際施工情況對其工藝過程進行了詳細的分析及描述，并在熟悉工藝圖的基礎上，完成了對所需設備的統(tǒng)計，根據(jù)系統(tǒng)的特點選擇了GE Fanuc自動化解決方案。其重點是同類型的設備量很大，所以程序量也很大，如果按普通的編程方式，將會浪費大量的時間在變量的建立以及結構相同的程序上。所以在這里我用帶有宏程序Excel表解決了快速變量建立的問題，“類”的應用解決了結構相同的程序的問題。其難點是VB腳本的開發(fā)和帶有宏程序Excel表的開發(fā)。最后本系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試成功，且長時間運行穩(wěn)定，PLC程序和上位機程序可讀性、可維護性、可移植性也相應的增強。

關鍵詞　PLC；調(diào)用子程序；類；上位機；組態(tài)； SCADA
引言 益海集團是由新加坡豐益集團和世界500強企業(yè)——美國ADM公司控股, 旨在全力打造大型綜合糧油加工企業(yè),前期成功運作了“福臨門和魯花”兩大食用油品牌，目前益海集團已在國內(nèi)直接控股工廠和貿(mào)易公司35家，并參股魯花等多家國內(nèi)著名糧油加工企業(yè)，工廠遍布河北、山東、江蘇、福建、廣東、廣西、四川、湖北、湖南、新疆、寧夏、黑龍江等地區(qū)，貿(mào)易公司及辦事處覆蓋除西藏和港、澳、臺地區(qū)外的全國各省。擁有“口福”、“豐苑”、“益海”及“莎妮雅”四大品牌，蛋白和油脂兩大產(chǎn)品系列，包括小包裝等各類精煉食用油、大豆蛋白、起酥油、人造奶油、脂肪酸以及磷脂等60多個品種的產(chǎn)品，是國內(nèi)極具實力的油脂、油料加工企業(yè)集團。其榨油技術是由美國ADM公司提供的，以前ADM公司旗下榨油廠的控制部分大都是由荷蘭imtech公司所設計，所以在這里我也借鑒了這些成功的案例，沿用了imtech開發(fā)的部分PLC程序和上位機程序。整個PLC程序和上位及程序的開發(fā)過程在以后幾章我們將會詳細的討論。我首先向大家介紹一下榨油工藝。在榨油系統(tǒng)，主要分為兩個車間：一、預榨車間，榨油前對大豆的預處理；二、浸出車間，用有機溶劑浸出大豆中的油脂成份。
工藝
預榨：
顧名思義就是榨油前對大豆的預先處理，在各個環(huán)節(jié)對大豆處理的程度對后續(xù)工序起著至關重要的意義，主要是對加熱溫度、濕度的控制以及對壓胚質(zhì)量的控制，在此過程中用到了大量的PID算法，以及其他對模擬量處理的算法，所以對PLC的浮點運算能力要求很高。
用一個直觀的圖表來描述預榨車間的概況。

預榨工藝
浸出：
首先，由預榨車間過來的白豆片浸入出器，用浸出溶劑正乙二氨將大豆中的油脂浸出，由浸出器出來的物質(zhì)分成兩種形態(tài)，一種是液體，一種是固體。
其中液體是正乙二氨和油的混合物，這些混合物進入蒸發(fā)塔進行三次蒸發(fā)，這樣便把正乙二氨從油脂中分離出來了。
而固體則是混有正乙二氨的大豆蛋白，這些大豆蛋白經(jīng)過低溫脫融或是高溫脫融后便成了蛋白含量大約50%的食用蛋白。這則是根據(jù)客戶的要求來進行處理，如果需要更高含量的蛋白，則需要到SPC（酒精浸出）車間進一步加工。
用一個直觀的圖表來描述浸出車間的概況。

浸出工藝
GE Fanuc的解決方案
由于在整個大豆加工過程中用到了大量的模擬量調(diào)節(jié)、浮點計算等。我們在比較了Quantum， SLC， SIMATIC S7-400系列，GE Fanuc系列90-70 PLC后，綜合考慮到硬件性能及網(wǎng)絡和軟件方面的功能后，最終選定系列90-70 PLC和Proficy Logic Developer-Machine Edition編程軟件、Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY組態(tài)軟件。我簡要講述以下選擇她的理由。
硬件方面：
(1) 結構緊湊單槽的CPU模塊，在CPU模塊中有兩個主要的處理器。一個是intel微處理器用于處理一些模擬量或特殊功能控制。另一個是布爾運算協(xié)處理器用于執(zhí)行高速的開關量控制。（在我們的整個系統(tǒng)中用到了大量的PID調(diào)節(jié)）
(2) 系統(tǒng)機架采用標準的VME總線結構。可安裝超過300家的第三廠VME標準模塊。（我們要與Mettler-toledo的大豆稱通訊）
(3) 系列90-70PLC I/O容量最大為12288點，模擬量8192點。
(4) CPU內(nèi)存從512K子節(jié)到6M字節(jié)。
(5) 具有高密度（32點）的AC/DC輸入/輸出模塊。
(6) 簡易的模塊卡子，可防止促無安裝模塊。
(7) 具有標準的硬件方式。可響應開關量或模擬量中斷輸入。可處理64個事故中斷和16個時間中斷。
(8) 和方便的系統(tǒng)和模塊自診功能，且極易故障排除。
(10)在CPU模塊內(nèi)部有電池支持內(nèi)部時鐘和日歷。
(11)具有Genius分布式I/O模塊子系統(tǒng)和Field Conrol系統(tǒng)配置。（處控制室外，在現(xiàn)場有按鈕柜方便的用到了Genius分布式I/O模塊子系統(tǒng)）

軟件方面：
（1）為了解決本系統(tǒng)中大量同類型的設備，程序量也很大的狀況，如果按普通的編程方式，將會浪費大量的時間在變量的建立以及結構相同的程序上，用的Proficy Logic Developer-Machine Edition (簡稱ME)采用結構化的編程方式，同時中間變量由Excel宏程序自動生成后導入PLC編程軟件中，這樣為我節(jié)省了大量的時間。
（2）Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY作為上位機程序的開發(fā)工具，其功能本人認為西門子的WinCC相似，但是Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY有它更加強大的VB腳本系統(tǒng)，他為“類”的開發(fā)奠定了堅固的基礎，它是靈活的可伸縮的，可以適合單位的人機界面到網(wǎng)絡化的監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在產(chǎn)品的各層次上都具有互聯(lián)的功能，這是我們能夠獲得各個層次的集成而不需要在一個網(wǎng)絡中進行重復組態(tài)。Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY是由服務器和瀏覽站組成的基于客戶服務器體系結構的系統(tǒng)，服務器負責數(shù)據(jù)的采集和分配，瀏覽站可對采集到的數(shù)據(jù)進行訪問以便觀察和控制。服務器和瀏覽站可以很容易得通過網(wǎng)絡連接在一起完全的共享數(shù)據(jù)甚至都不需要從一個點到另一個點復制你的點數(shù)據(jù)庫，例如，數(shù)據(jù)點只需要組態(tài)一次而且只需要在服務器商進行一次組態(tài)。屏幕畫面也只需在網(wǎng)路中的一個位置上進行開發(fā)和儲存，而網(wǎng)絡上的其它的Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY顯示系統(tǒng)都可以對他訪問。
PLC硬件電路設計

通訊接口設計
GE Fanuc 90-70系列PLC提供了多種接口，本系統(tǒng)用到了四種通訊接口：
(1) 串行接口，用于PLC從計算機第一次下載程序。
(2) 以太網(wǎng)接口，用于PLC和上位機之間通訊（為了提高通訊速度中間用光纜通訊），PLC和PLC之間通訊，PLC和計算機之間通訊，以及PLC和INTERNET之間通訊。
(3) Genius總線接口，用于PLC和遙控I/O和按鈕柜之間通訊。
(4) BUS總線，用于機架和機架之間通訊。
根據(jù)上述要求硬件連接圖如下：

通訊接口
軟件設計
支持文檔的開發(fā)
由于Proficy Logic Developer-Machine Edition和Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY都支持由csv文件導入的點及其對應的名稱，所以這些文檔的開發(fā)便成了至關重要的一步。為了做出這個文件總共所需開發(fā)的文檔有7個Excel表：TEABLE(設備名),DI（數(shù)字輸入）,DO（數(shù)字輸出）,AI（模擬輸入）,AO（模擬輸出）,PB（按鈕）,LMP（按鈕燈）。后六個表都由第一個TEABLI連接，然后通過自己開發(fā)的一個Excel宏程序把上述7個Excel文檔轉化成PLC可以讀取得scv文件，其所需內(nèi)部變量及與上位機通訊的中間變量都由宏程序自動生成。其轉換程序界面如下：

PLC轉換程序界面一、TEABLE
TEABLE Excel表主要包括PLC系統(tǒng)中所用的各種設備，包括以下幾類：各種電機、閥門、傳感器、開關，虛擬設備等，以及他們的量程、描述、控制方式等。在此表中的設備名即為對象的名稱。
二、DI、DO、AI、AO
此四個Excel表包括了所有設備所需的輸入輸出點的功能及其名稱，包括數(shù)字量和模擬量。
三、PB、LMP
PB、LMP包括了電機的啟動及停止按鈕以及指示燈的點及名稱。
四、FILE-SPEC 逗號分隔符的Excel表是有是由以上各表轉換而來的用于Proficy Logic Developer-Machine Edition軟件中點的建立。
五、SCADA_POINTS 逗號分隔符的Excel表同樣也是有是由以上各表轉換而來的用于Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY軟件中點的建立。
上位機程序開發(fā)
Proficy HMI/SCADA-CIMPLICITY軟件提供了兩種點的建立方法，一種是所需一個一個添加（這種方法費時費力），另一種方法就是上文提到的通過CSV文件導入。

變量的導入
對象的建立
對象（Object）就是點的一個集合，例如一臺電機，一個閥門，一個傳感器都可以稱為為一個對象。下面詳細敘述一下對象的建立。
首先雙擊Object進入對象建立的對話框
寫好對象的名稱，然后為他選擇正確的Class(電機、閥門、傳感器、開關等)，點擊OK進入下一對話框