張書廣 曾國政 楊寧

【摘 要】利用Wincc和PLC相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)了液壓稱重舉升機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，激光測距控制系統(tǒng)。詳細(xì)結(jié)算了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，工作流程，PLC的控制程序組成，控制程序的設(shè)計(jì)組成，實(shí)現(xiàn)了套管重量，長度等數(shù)據(jù)的測量與存儲。

【關(guān)鍵詞】PLC；Wincc；重量變送器；激光測距儀 套管稱重、測長是石油套管生產(chǎn)線上最后一道工序，它負(fù)責(zé)把螺紋參數(shù)和靜水壓試驗(yàn)合格的套管進(jìn)行重量和長度的測量，測得的數(shù)據(jù)加上附加信息后送到噴碼機(jī)進(jìn)行套管信息噴印和PC硬盤進(jìn)行數(shù)據(jù)存檔。

1.系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的工作流程是：外表面涂油后的套管→套管橫向晾床轉(zhuǎn)移→晾床橫向鏈條輸送（步進(jìn)式）→至稱重測長工位→液壓系統(tǒng)把管體舉起完成稱重→測長小車運(yùn)動至套管兩端完成測長→晾床橫向鏈條輸送（步進(jìn)式）→至噴標(biāo)工位→噴標(biāo)完成→存料架→打捆吊離。

系統(tǒng)主要組成部分是：上位機(jī)，稱重傳感器，激光測距儀，變送器，接近傳感器，液壓接料平臺，稱重平臺，噴碼機(jī)構(gòu)，晾干臺架等，如圖一所示：

2.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用典型的兩級控制方式，上位機(jī)為管理級，可對下位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和操作。上位機(jī)裝有Windows操作系統(tǒng)，DDE server和工控組態(tài)軟件WinCC，可實(shí)現(xiàn)與PLC的通信連接，稱重，測長數(shù)據(jù)采集。PLC作為基礎(chǔ)控制機(jī)，完成稱重機(jī)構(gòu)，測長機(jī)構(gòu)，噴標(biāo)機(jī)構(gòu)的控制，稱重?cái)?shù)據(jù)、測長數(shù)據(jù)的采集采用RS232通訊方式，由主機(jī)直接采集。

2.1 PLC控制程序設(shè)計(jì)

PLC采用西門子S7-224，控制程序編程軟件使用V4.0 STEP 7Mi-croWIN SP6，PLC主要作用是采集傳感器信號，控制機(jī)械，液壓，電氣元件的運(yùn)動，依據(jù)系統(tǒng)工作特點(diǎn)和功能要求，程序采用模塊化設(shè)計(jì)，將程序功能劃分為幾個功能相對獨(dú)立的模塊，這樣程序結(jié)構(gòu)清晰，便于編程和調(diào)試，PLC 程序結(jié)構(gòu)見圖二：

2.2上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)組態(tài)軟件采用Wincc，Wincc與PLC之間采用PPI協(xié)議，由于PLC采用SIMENS公司的產(chǎn)品S7-224，它與Wincc具有良好的兼容性，在圖形編輯器中建立過程畫面，主界面畫面中圖形動態(tài)變化，顯示稱重及測長過程中套管的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，主界面如圖三所示：

當(dāng)步進(jìn)鏈條上的套管平移到稱重測長工位時，傳感器檢測到信號，鏈條停止移動，液壓式稱重機(jī)構(gòu)舉起，舉起到位后，通過每個稱臺配置4只傳感器，套管重量通過變送器傳遞到上位機(jī)，此時上位機(jī)發(fā)送稱重指令，取得套管重量，并在畫面下方顯示區(qū)顯示“開始稱重”提示，稱重指令采用VBS語言編程：

Sub Visible_OnPropertyChanged（Byval Item， Byval value）

Dim iweight， iweightcount

If value Then

HMIRuntime.Tags（"weight_send"）.Write"Start"

HMIRuntime.Trace Now &"開始稱重"& vbCrLf

End If

End Sub

稱重完成后，稱重機(jī)構(gòu)落下，套管降落到步進(jìn)鏈條上，此時測長龍門架兩端的測長小車向套管同時運(yùn)動，通過傳感器檢測信號，當(dāng)測長小車運(yùn)動到套管管端時，停止兩個測長小車，一個測長小車上安裝有激光測距儀，另一個測長小車上安裝有反射板，此時通過上位機(jī)發(fā)送指令打開激光測距儀，測出此時兩個小車間的距離，即為套管的長度，整個測長過程在所得長度發(fā)送至上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

測長過程中用到的主要指令有：

Sub Visible_OnPropertyChanged（Byval Item， Byval value）

If value Then

HMIRuntime.Tags（"cc_recive"）.Write"0.00"

HMIRuntime.Trace Now & "初始化測距儀"& vbCrLf

HMIRuntime.Tags（"cc_open"）.Write"Start"

HMIRuntime.Trace Now & "打開測距儀"& vbCrLf

HMIRuntime.Tags（"cc_close"）.Write"Start"

HMIRuntime.Trace Now & "關(guān)閉測距儀。"& vbCrLf

End If

End Sub

稱重或測長不合格的套管，通過彈出畫面提示操作者，并中斷程序運(yùn)行。

將PLC輸入輸出狀態(tài)界面，稱重傳感器設(shè)定參數(shù)界面，噴標(biāo)數(shù)據(jù)界面通過“PLC狀態(tài)”，“輔助參數(shù)”，“噴碼參數(shù)”操作按鈕分別連接到主界面，以便隨時調(diào)出。

3.程序測試機(jī)運(yùn)行

完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，將梯形圖下載至PLC，完成硬件的安裝與連接，即可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的通訊，稱重傳感器，激光測距儀數(shù)據(jù)的采集。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)的顯示和功能控制。

4.結(jié)論

該系統(tǒng)經(jīng)過安裝和調(diào)試，運(yùn)行平穩(wěn)，工作可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)套管的稱重測長，數(shù)據(jù)判定，噴碼包裝，滿足使用要求，該系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)采用PLC作為控制器，抗干擾性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，接線簡單，維修方便。

（2）采用STEP7+wincc作為軟件開發(fā)平臺，大大縮短設(shè)計(jì)周期，調(diào)試時間，提高工作效率，且系統(tǒng)兼容性好，可靠性高，在自動化控制領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。