紀博林

摘 要 盾尾密封油脂是應(yīng)用于盾構(gòu)施工設(shè)備中的主要配套材料之一，具有密封和潤滑的作用，可有效的保護盾尾和隔絕泥漿，保障盾構(gòu)順利推進，對盾構(gòu)有防蝕和減少磨損的效果。在盾構(gòu)施工中，盾尾密封油脂作為一種消耗量較大且必不可少的工程材料，其生產(chǎn)要求也是很高的，因此，結(jié)合盾尾密封油脂的生產(chǎn)加工工藝，設(shè)計一套生產(chǎn)效率較高、生產(chǎn)質(zhì)量有保證的自動化生產(chǎn)線是很有必要的。本文主要從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面闡述了自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的設(shè)計原理，可為類似高分子制品實現(xiàn)自動化生產(chǎn)提供借鑒。

關(guān)鍵詞 組態(tài);盾尾密封油脂;PLC數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0083-02

1 概述

盾尾密封油脂是盾構(gòu)尾部密封的重要材料，用來填充盾尾鋼絲刷與管片之間的空隙密封油脂與鋼絲刷結(jié)合形成的盾尾密封層能有效阻止泥漿和地下水的入侵，使盾構(gòu)的尾部實現(xiàn)密

封[1]。盾構(gòu)施工是城市軌道交通隧道施工的主要方法， 盾尾密封油脂是盾構(gòu)施工中密封防水的主要材料[2]。結(jié)合自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)在化工及食品等行業(yè)的應(yīng)用，設(shè)計一套功能齊全、自動化水平較高的盾尾密封油脂生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)是很有必要的。

在傳統(tǒng)的盾尾密封油脂生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)人員需根據(jù)配料比及生產(chǎn)任務(wù)計算出各成分的重量，然后要通過人工完成取料、稱重、投料等工序，在這個過程中，人工配料工作繁重，生產(chǎn)過程無數(shù)據(jù)記錄，產(chǎn)品質(zhì)量沒有保障且效率較低，不能很好的保證企業(yè)的生產(chǎn)要求和市場需求。

本文以可編程邏輯控制器（PLC），組態(tài)軟件，等現(xiàn)代工控技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)了以PC機為上位機[3]， 以PLC作為下位機的自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)。盾尾密封油脂自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)通過計算機按照人工輸入的原材料配比及生產(chǎn)任務(wù)，自動控制每種原材料的重量和溫度，并實時監(jiān)控記錄生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，形成報表保存在生產(chǎn)記錄文件中，為生產(chǎn)管理提供了歷史溯源，有效的保證了生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2 硬件設(shè)計

根據(jù)油脂生產(chǎn)線的工藝流程，需要對原料的溫度、重量進行采集與控制，為有效的實現(xiàn)其自動布料的功能，先初步確定PLC的型號，根據(jù)所選PLC型號及參數(shù)，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)備。

1）PLC的選取。根據(jù)油脂生產(chǎn)線的工藝流程，需要對原料的溫度、重量進行采集與控制，為有效的實現(xiàn)其自動布料的功能，先初步確定PLC的型號，根據(jù)所選PLC型號及參數(shù)，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)備。

為保證自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)擁有更好的可靠性，選用西門子S7-200系列，該系列PLC與其他類似PLC相比較擁有以下一些優(yōu)點。

①西門子PLC的編程更加靈活，程序結(jié)構(gòu)中，子程序可編譯局部變量，在同一套程序中可隨時調(diào)用，減少了開發(fā)難度和時間。

②s7-200數(shù)據(jù)的處理能力更加強大，通過編程軟件，可進行強大的浮點運算。

③s7-200通過拓展模塊，可直接讀寫模擬量，程序編寫更加方便。

④s7-200的軟件操作更加方便，由于應(yīng)用性更加廣泛，可方便資料的查找，可靠性高，與其他設(shè)備如觸摸屏、軟件組態(tài)監(jiān)控等兼容性更好。

同時，根據(jù)采集與控制的模擬量及數(shù)字量的點數(shù)選擇該系列的cpu226和3塊EM235模擬量拓展模塊。

2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的選擇。

①溫度傳感器的選擇。本系統(tǒng)溫度傳感器采用E型熱電偶傳感器， E型熱電偶的特點是熱電動勢大，靈敏度高，可測量微小的溫度變化。結(jié)合油脂生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝及現(xiàn)場濕度較大的生產(chǎn)環(huán)境，選用穩(wěn)定性好，抗氧化性能高的E熱電偶是最合適的。

②稱重傳感器的選擇。該系統(tǒng)配置LP110單剪切梁式稱重傳感器，其主要技術(shù)指標如下：

推薦激勵電壓：6～15V（DC/AC）;

最大激勵電壓：20V（DC/AC）;

額定輸出：2±0.1%mV/V;

非線性：0.02%F.S;

滯后性：0.02%F.S;

重復(fù)性：0.01%F.S;

蠕變：0.02%F.S/30min;

輸出阻抗：350±1Ω;

安全過載：150%F.S;

極限過載：250%F.S。

③PC與PLC的硬件連接。為了便于PC機調(diào)試、下載PLC程序，同時實現(xiàn)PLC與PC之間進行數(shù)據(jù)通信，需要在PC機和PLC 之間建立硬件連接。本系統(tǒng)采用了PPI協(xié)議，使用USB/PPI通信編程電纜實現(xiàn)PC機和PLC 之間建立硬件連接。

3 軟件設(shè)計

1）PLC的編程。結(jié)合油脂生產(chǎn)線的工藝流程，確定各I/O口對應(yīng)的功能，內(nèi)部采用模塊化編程，根據(jù)各個采集模塊的不同，確定相應(yīng)的子程序以及采樣中斷，對模擬量的控制采用PID控制，通過對比例參數(shù)、積分參數(shù)的調(diào)節(jié)，使得PLC對模擬量的控制達到穩(wěn)定、準確、快速的控制要求，同時，為保證生產(chǎn)線后期維護的可靠性，設(shè)計了系統(tǒng)報警程序，以及觸摸屏的參數(shù)修改程序。PLC上電后的程序執(zhí)行過程如圖1。

圖1 PLC程序流程圖

2）人機界面的設(shè)計。本系統(tǒng)采用組態(tài)王設(shè)計人機界面，設(shè)計內(nèi)容包括監(jiān)控畫面的組態(tài)、數(shù)據(jù)變量的創(chuàng)建、報警及報表窗口的設(shè)計，通過組態(tài)王軟件設(shè)計的人機界面，可實現(xiàn)在有效的溫度范圍內(nèi)設(shè)定溫度及重量，同時，各原料罐的溫度及重量在畫面中實時顯示，需要的時候可將數(shù)據(jù)以xls的格式保存在文件當(dāng)中，以便日后的查閱及修改，提高油脂配方的可靠性，畫面參考語言如下：

long starttime;

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3）數(shù)據(jù)通訊。本系統(tǒng)中上位機PC與PLC的數(shù)據(jù)通訊是通過OPC實現(xiàn)的，OPC（OLE for Process Control，用于進程控制的OLE）是一種開放式系統(tǒng)接口標準，可允許在自動化應(yīng)用（如PLC等）、現(xiàn)場設(shè)備和基于PC的應(yīng)用程序（例如HMI或辦公室應(yīng)用程序）之間進行簡單的標準化數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換圖如圖2。

圖2 OPC數(shù)據(jù)交換圖

本系統(tǒng)中選用的OPC服務(wù)器是S7-200 PC Access軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列PLC設(shè)計的OPC服務(wù)器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可與所有標準OPC客戶機配合使用，并允許一臺PC機與多個PLC連接[4]。

本系統(tǒng)中所有與組態(tài)王中相關(guān)的數(shù)據(jù)變量均由s7-200 PC Access軟件創(chuàng)建，創(chuàng)建完成后，可通過該軟件自身的測試機測試數(shù)據(jù)是否配置成功，如圖3是已創(chuàng)建好的數(shù)據(jù)界面。

圖3 s7-200PC Access軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

4 結(jié)束語

本自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用到了盾尾密封油脂的生產(chǎn)中，從現(xiàn)場反饋的情況，具有可靠性高，便于管理，集成度好等優(yōu)點，基于該自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)可延伸應(yīng)用到高分子制品的生產(chǎn)中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]王德乾.關(guān)于盾尾密封油脂抗水壓密封性和泵送性測試的探討[J].隧道建設(shè)：2014，34（2）：107-110.

[2]嚴振林，郭京波.盾尾密封油脂性能評價方法研究[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2010，23（4）：91-94.

[3]陳欽標.基于PLC和組態(tài)軟件InTouch9.5的配料控制系統(tǒng)的實現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)自動化科學(xué)與工程學(xué)院，2010：1-3.

[4]陳新，周元玲.通過OPC實現(xiàn)PC與西門子S7-200PLC數(shù)據(jù)通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint

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3）數(shù)據(jù)通訊。本系統(tǒng)中上位機PC與PLC的數(shù)據(jù)通訊是通過OPC實現(xiàn)的，OPC（OLE for Process Control，用于進程控制的OLE）是一種開放式系統(tǒng)接口標準，可允許在自動化應(yīng)用（如PLC等）、現(xiàn)場設(shè)備和基于PC的應(yīng)用程序（例如HMI或辦公室應(yīng)用程序）之間進行簡單的標準化數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換圖如圖2。

圖2 OPC數(shù)據(jù)交換圖

本系統(tǒng)中選用的OPC服務(wù)器是S7-200 PC Access軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列PLC設(shè)計的OPC服務(wù)器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可與所有標準OPC客戶機配合使用，并允許一臺PC機與多個PLC連接[4]。

本系統(tǒng)中所有與組態(tài)王中相關(guān)的數(shù)據(jù)變量均由s7-200 PC Access軟件創(chuàng)建，創(chuàng)建完成后，可通過該軟件自身的測試機測試數(shù)據(jù)是否配置成功，如圖3是已創(chuàng)建好的數(shù)據(jù)界面。

圖3 s7-200PC Access軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

4 結(jié)束語

本自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用到了盾尾密封油脂的生產(chǎn)中，從現(xiàn)場反饋的情況，具有可靠性高，便于管理，集成度好等優(yōu)點，基于該自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)可延伸應(yīng)用到高分子制品的生產(chǎn)中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

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[4]陳新，周元玲.通過OPC實現(xiàn)PC與西門子S7-200PLC數(shù)據(jù)通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint

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3）數(shù)據(jù)通訊。本系統(tǒng)中上位機PC與PLC的數(shù)據(jù)通訊是通過OPC實現(xiàn)的，OPC（OLE for Process Control，用于進程控制的OLE）是一種開放式系統(tǒng)接口標準，可允許在自動化應(yīng)用（如PLC等）、現(xiàn)場設(shè)備和基于PC的應(yīng)用程序（例如HMI或辦公室應(yīng)用程序）之間進行簡單的標準化數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換圖如圖2。

圖2 OPC數(shù)據(jù)交換圖

本系統(tǒng)中選用的OPC服務(wù)器是S7-200 PC Access軟件，它是西門子公司專門為S7-200系列PLC設(shè)計的OPC服務(wù)器，最高可支持OPC Data Access（DA） 3.0，可與所有標準OPC客戶機配合使用，并允許一臺PC機與多個PLC連接[4]。

本系統(tǒng)中所有與組態(tài)王中相關(guān)的數(shù)據(jù)變量均由s7-200 PC Access軟件創(chuàng)建，創(chuàng)建完成后，可通過該軟件自身的測試機測試數(shù)據(jù)是否配置成功，如圖3是已創(chuàng)建好的數(shù)據(jù)界面。

圖3 s7-200PC Access軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

4 結(jié)束語

本自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)目前已成功應(yīng)用到了盾尾密封油脂的生產(chǎn)中，從現(xiàn)場反饋的情況，具有可靠性高，便于管理，集成度好等優(yōu)點，基于該自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)可延伸應(yīng)用到高分子制品的生產(chǎn)中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]王德乾.關(guān)于盾尾密封油脂抗水壓密封性和泵送性測試的探討[J].隧道建設(shè)：2014，34（2）：107-110.

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[4]陳新，周元玲.通過OPC實現(xiàn)PC與西門子S7-200PLC數(shù)據(jù)通信[J].科技信息：2012，14（2）：119-121.endprint