本文介绍了PLC控制系统在设施监控上的应用，它采用分布式Profibus 总线为基础，S7－400PLC为主机，WinCC监控的高性能的分布式控制系统。

关键词：设施监控，PLC，Profibus

1 引言

----由于某半导体公司生产工艺确并不简单,并且在生产过程中对环境条件的要求十分严格,比如环境温度.空气湿度等。一旦这些条件不能满足,就会生产出的不合格产品,又由于此种产品的特性决定了它不可能全部精确检验,因此不合格产品就会导致其它产品的质量问题。

----为了确保产品质量,从而进一步增强产品市场竞争力,该公司委托我们为其设计并实施一套设施监控系统,将全厂的生产辅助设备的工作状态以及生产环境等参数集中监视起来,使设备管理人员能够及时了解设备状况及生产情况,从而能够及时调整生产环境,排除设备隐患,使产品质量充分得到保证。

2 设施系统组成

设施系统主要包括动力系统和用于洁净室的空调系统。动力系统包括下列几个子系统，分布在动力厂房内。

A 冷冻机及冷冻水系统

B 蒸汽锅炉及热水系统

C 空压机及压缩空气系统

D 高低压供配电及柴油发电机

空调系统主要包括以下系统，分布在洁净室内：

A 用于调节室内压力和湿度的新风机组

B FFU及干盘管来调节洁净室的温度

C 防排烟控制。

3 技术构思

----由于厂区比较大，以及系统比较多。我们决定采用西门子公司S7-400型PLC承担信号采集工作,又根据现场将要采集的信号位置分散的特点,采用了西门子公司Profibus现场总线中的远程I/O即DP技术。各传感器信号就近接入Profibus子站,这样可以最大限度的减少现场接线工作,并且因为走线距离短,可以减少信号衰减和各种干扰对信号的影响。

----作为监控系统的核心的人机交互系统,我们采用西门子工业控制计算机和显示器作为人机交流的物理介质,计算机上除运行Windows NT操作系统外还运行西门子公司WinCC组态软件作为人机界面,通过计算机屏幕将组态的信息以文本,画面,报警等多种形式呈现给管理人员。为了对生产及设备进行更好的管理,拟运用winCC的数据归档功能将所有监控的信号做为期一年的存档,这样,用户可以随时查阅过去一年与生产有关的参数的值及其变化曲线。

4 网络组成

----监控系统的主干网络采用Profibus网络, Profibus现场总线网络共有三种协议方式,分别为FMS,DP和PA。我们本次应用的为DP方式。DP网络结构为主从结构,一条DP网可包含一个主站和最多126个从站, 网络传输距离在不使用中继器的情况下可达到1000米,传输速率从9.6Kbit/S一直到12Mbit/S可选。网络传输速率达到12Mbit/S 时其传输距离最长为100米。

----本监控系统的Profibus DP主站为S7-417PLC,从站是分布于动力车间和洁净室内的5个ET200M子站,它们之间通过光纤连接,可以克服距离比较远，信号衰减的弊端,为保证通讯速率及可靠性以确保设计传输速率1.5M。作为监控系统的主要组成部分的工控机,它在物理上也挂接到DP现场总线上,但它与作为网络主站的PLC之间的通讯不再是DP协议,而是S7协议。

----由于中低压柜选用施耐德的测量仪表，他们都采用国际标准的MODBUS协议。所以我们采用了在其中一个ET200M的子站中插入CP341通讯模板来于MODBUS协议进行通讯。所有MODBUS仪表之间采用屏蔽双绞线相连。通讯速率为9.6Kbit/S到38.4Kbit/S可选，为了保证通讯质量，最终定在19.2kbit/s。

----整个监控系统的网络结构见下图:

6 监控功能简介

----本监控系统将监控内容按照所接入的设施系统分为七个部分，冷冻水系统，空压系统，锅炉及热水系统，电力监控，新风机组，FFU（fan filter unit），防排烟。每个部分均含有一幅或几幅画面用来显示要监视的信号,这些信号有些把实际数值直接显示在屏幕上,有些则是通过动态棒图或其它的形式来展示，并可通过画面进行开机，修改设定参数。每幅画面中均包含进入其它分站的按钮,点击这些按钮就可直接进入其它分分站。这使浏览路径尽量简化。

----系统提供了全部被监视信号在最近半年或一年的过程值的连续记录,并可以通过连续曲线图表现于历史查询画面中,每个画面中均有一个或几个曲线图窗口,窗口包括过程值的数值坐标,时间坐标,在当前时间坐标内的变化曲线, 并有趋势图设置菜单条，包括模板调整、时间范围设定、局部放大等功能。

----本监控系统为用户提供了及时与详尽的故障报警,报警共分为三个等级,按照故障的主次程度排列,与生产关系最紧密的设备故障或最重要的过程值超过设定值被列为一级报警。二级、三级报警依次类推。对于一级报警，系统除在报警画面中作出相应提示外，还以警铃与警灯提醒用户报警的严重性。如果发生第二级报警，系统除在报警画面中作出相应提示外，还以警灯提醒用户这是次一级的报警。对于第三级报警，系统只在报警画面中作出相应提示。

----在除报警画面以外的所有画面中的底部均有一个报警条，随时刷新出现的报警,报警条中包含报警级别,报警时间,报警设备等信息。监控人员在发现有报警出现后即可对报警设备作出及时的处理。

----报警条的显示有三种型式:

1. 报警出现: 此时报警条的颜色为红色.

2. 报警消失: 此时报警条的颜色为绿色.

3. 报警确认: 此时报警条的颜色为黄色.

----系统提供方便的打印功能,能够将监控值的瞬时值按照顺序打印出来,也可将某一过程值在某一时间段内的变化曲线打印出来。

7 结束语

----本文介绍的设施监控系统不仅适合与这样的电子生产厂,也适于其它设备分散,又需要对设备及生产环境进行长期监控的场合。