摘 要：设计了以西门子S7-300PLC为核心、以高压风源为动力的电焊远程集散控制系统（DCS），实现了电焊作业通风除尘的自动控制。
关键词：DCS S7-300PLC 电焊除尘 Visual C++
电焊作业现场设置除尘器是环境保护工作中采取的一项必要的措施。通常使用的除尘系统是由风机和起过滤作用的除尘布袋组成，它具有以下几个方面问题：
(1)在生产现场作业时，风机工作与电焊作业脱节，二者间缺乏互锁，造成电能的大量浪费。(2)除尘器因布袋清灰不利而逐渐失效。(3)存在二次扬尘污染。清灰装置为人工振打式。此结构要求操作者打开除尘器拉门，振动除尘器的手动振灰杆清灰，因此存在二次扬尘污染。(4)灰屉内积灰过多，不能及时清理。
DCS、PLC和工业控制计算机是当前工业控制领域内的主力军，它们之间的紧密结合，大大推动了工业自动化的进程[1]。本文所讨论的控制系统就是把DCS、PLC与工业控制计算机有机地结合在一起。在DCS系统中加入了工业控制计算机和PLC，从而集合了三者的优势，既能实现逻辑及顺序控制，又能很好地完成过程控制。
1 控制系统的组成
1.1 DCS系统的组成
某厂远程监控DCS系统主要由主控室的监控主计算机(工程师站)、现场监测计算机(操作员站)和四台西门子公司的S7-300系列的PLC组成。其系统组成如图1所示。
其中的电焊排尘远程监控为整个DCS系统的一部分。该电焊排尘控制系统采用四级集散控制结构，即现场控制系统、PLC程控系统、现场监测控制系统和远程监控系统。电焊排尘控制系统的结构如图2所示。
1.2 新型电焊排尘系统的组成
西门子公司的S7-300系列可编程控制器(PLC)具有极高的性能价格比，目前已经在许多领域得到广泛的应用[3]。PLC将传统的继电器控制技术和计算机控制技术融为一体，改善了操作性能，减轻了操作人员的劳动强度，满足了安全生产的要求。电焊排尘自动控制系统以S7-300为控制核心，其结构方块图如图3所示。
2 系统的软件设计
软件系统由工程师站（主控PC）软件、操作员站（现场PC）软件和新型电焊排尘系统软件组成。
2.1 工程师站软件设计
工程师站（主控PC）功能主要是呼叫现场PC（操作员站），并向现场PC发送控制命令。其工作过程为主控PC发送需呼叫命令，等待接收从机的应答信号。若应答信号正确则发送控制命令；若应答信号不正确则再发送需呼叫的地址，并等待接收应答信号。若从机多次呼叫而在规定时间内无应答信号或应答信号不正确，则提示错误信息。图4为主控机通信流程图。
主控通信程序使用VC 6.0 提供的串行端口控件Microsoft Common control(MSComm)来为应用程序提供串行通信。该控件使用事件驱动或查询方式解决通信中的问题，屏蔽了通信过程中的底层操作。程序员可以设置、监视MSComm控件的属性和事件，结合Timer控件即可完成对串行口的初始化和数据的输入、输出工作，实现串行异步通信[4][5]。
2.2 操作员站软件设计
操作员站（现场PC）的通信功能主要包括接收主站的命令，呼叫各从机、并向各从机发送控制命令。其工作过程为主控机发送需呼叫的从机的地址，等待接收从机的应答信号。若应答信号正确则发送控制命令；若应答信号不正确则再发送需呼叫的地址，并等待接收应答信号。对同一从机多次呼叫而在规定时间内无应答信号或应答信号不正确，则提示错误信息。此通信过程与主控计算机的通信功能相似。图5为现场PC串行中断处理流程图。
操作员站的通信程序同样使用VC6.0提供的串行端口控件MSComm实现。主控PC串行口与现场PC串行口的设置要一致，即数据格式一致，通信速率相同。
2.3 新型电焊排尘系统软件设计
2.3.1 电焊排尘、清灰自动控制系统的工作原理
排尘、清灰气控装置原理如图6所示。电焊工作时，烟敏元件响应并发出信号给PLC，实现风机随电焊作业的同步启动，排除电焊工场烟尘气体，系统执行通风过滤过程。当风机工作的有效积累时间达到预定值后，PLC根据内部程序，首先控制主风路电磁阀启动，然后各支路电磁阀顺序启动工作，实现对布袋的高压喷吹清灰。清灰完毕后各支路电磁阀全部关闭，主风路电磁阀最后关闭。这时风机的有效工作时间重新累计。当灰屉内积灰过多时，压力传感器则反馈信号给PLC，由PLC控制语音报警器并提示彻底清除灰屉内积灰，打开除尘器箱，门上限位开关工作，所有动作皆停止，清除灰屉内积灰，这样则完成一次工作过程。合上除尘器箱后，又重新累计风机工作的有效时间，重复上述过程。电焊排尘、清灰自动控制的主要步骤如图7所示。
2.3.2 PLC通信程序软件的设计
PLC的通信软件程序流程框图如图8所示。PLC串行口通信与操作员站串行口通信的设置要一致，即数据格式一致，通信波特率相同。
3 应用效果
在新系统设计中，针对原除尘系统存在的主要问题，结合排尘器结构改造，对控制系统进行了集成化、自动化控制设计[3]。改造后的系统运行安全可靠，操作简单。通过试运行，效果良好。该系统主要优点是：(1)实现了远程监控。主控室的监控主计算机相当于工程师站，可以监视、控制现场设备的运行状态。(2)解决了风机工作与电焊作业脱节而造成能源大量浪费的问题。(3)PLC根据时序令相应的电磁阀开、闭，控制各支路高压风通断，自动完成清灰过程，解决了布袋清灰不利而造成除尘器系统失效和二次扬尘污染的问题。(4)在灰屉内积灰过多时，压力传感器自动响应，发出信号给PLC，PLC控制语音报警器提示彻底清除灰屉内积灰，解决了积灰过多不能及时清理对除尘系统带来负面影响的问题。(5)操作简单易懂，普通职工平均接受半小时培训以后就能熟练操作。
4 结束语
本文对某厂改造的DCS系统中的电焊排尘控制部分的组成及其功能实现进行了综述。以PLC控制技术为核心的新型电焊排尘控制系统的设计，消除了原有除尘系统的缺陷和不足。此系统的改造成功既保障了生产过程安全、可靠，同时又提高了生产过程的自动化程度，具有广阔的应用前景。
参考文献
1 陈绍华.机械设备电器控制.广州：华南理工大学出版社，1994
2 侯自林.过程控制与自动化仪表.北京：机械工业出版社，2000
3 西门子有限公司.西门子SIMATIC S7-300可编程序控制器系统手册，2000
4 陈元琰.VisualC++6.0编程实用技术与案例.北京：清华大学出版社，2001
5 Visual C++6.0技术内幕.北京：北京希望电子出版社，1999