“組態王”是在流行的PC機上建立工業控制對象人機接口的一種智能軟件包，它以Windows98/Windows 2000/ Windows NT4.0中文操作系統作為其操作平臺，充分利用了Windows圖形功能完備，界面一致性好，易學易用的特點。它使采用PC機開發的系統工程比以往使用專用機開發的工業控制系統更有通用性，大大減少了工控軟件開發者的重復性工作，并可運用PC機豐富的軟件資源進行二次開發。

　　鑄管退火爐作為鑄管生產關鍵工序之一，自動化控制的水平和可靠性直接關系到鑄管產品的質量及能耗。根據實際的工況，本系統采用PLC控制技術結合組態王軟件來實現鑄管退火過程的自動化，以保障系統監控信號及各種傳感器的輸入信號及組態值的傳送。

　　1 PLC控制系統的配置

　　1.1 工藝流程簡介

　　鑄管退火爐是一個長54m退火爐，根據水冷離心球墨鑄鐵管的熱處理工藝，爐體設計為四段，分別為：加熱段、保溫段、速冷段和緩冷段。加熱段和保溫段兩側爐墻采用低水泥澆注料整體澆注，速冷段和緩冷段兩側爐墻采用粘土磚砌筑，爐頂全部采用耐火纖維爐襯。退火爐各爐段參數如圖1所示。

　　退火爐為熱管入爐，要將其加熱段升溫至960℃，如圖1所示。退火工藝曲線上各點溫度指的是鑄管溫度、而不是爐溫，因此鑄管溫度的測量及控制是至關重要的，尤其是速冷段末管壁溫度控制要求較嚴。

　　1.2 PLC系統硬件配置

　　1、上位機系統配置

　　主控室上位機1＃：研華工控機610機箱、14槽ISA/PCI母板、300工業電源，PIV 2.0G/256M/80G/1.44M/50X、TNT64M顯存PCI顯卡，鍵盤、鼠標， 彩顯21’’三星2臺；

　　主控室上位機2＃：研華工控機PCA－6176 CPU主板、以太網卡D-Link 10/100M；組態王監控軟件6.0版，運行版256點2套；組態王監控軟件6.0版，開發版512點1套；

　　2、下位機系統配置

　　本系統配置為SIEMENS，S7-300PLC，分為電氣系統PLC和儀表系統PLC，兩個PLC系統。系統配置結構如圖2。

　　（1）電氣系統PLC：根據現場電氣控制所需要檢測和控制的點數，開關量輸入通道數86個，開關量輸出通道數62個。考慮到留有余量，選用開關量輸入模塊4塊共有通道128個，其中42個備用通道；開關輸出量模塊2塊共有通道64個，其中2個通道備用。

　　（2）儀表系統PLC：根據現場儀表數及流量系統、調節閥系統的檢測需要，需要模擬量輸入端口69個，模擬量輸出端口24個。考慮到留有余量，選擇模擬量輸入模塊9個共72端口，其中3個備用；模擬量輸出模塊3個共24端口。

　　2 組態王工作原理

　　組態王與現場的I/O設備直接進行通訊。如圖3所示

　　I/0設備的輸入提供現場的信息，例如產品的位置、機器的轉速、爐溫等等。I/O設備的輸出通常用于對現場的控制，例如啟動電動機、改變轉速、控制閥門和指示燈等等。有些I/O設備（例如PLC），其本身的程序完成對現場的控制，程序根據輸入決定各輸出的值。

　　輸入輸出的數值存放在I/O設備的寄存器中，寄存器通過其地址進行引用。大多數I/O設備提供與其他設備或計算機進行通一訊的通訊端口或數據通道，組態王通過這些通訊通道讀寫I/0設備的寄存器，采集到的數據可用于進一步的監控。不需要讀寫I/O設備的寄存器，組態王提供了一種數據定義方法，定義了I/O變量后，可直接使用變量名用于系統控制、操作顯示、趨勢分析、數據記錄和報警顯示。

　　3 組態王的組成及其應用

　　3.1組態王軟件的組成

　　（1）工程管理器，（2）工程瀏覽器，（3）組態王畫面開發系統，（4）畫面運行系統TOUCHVEW，（5）信息窗口。

　　3.2 組態王在計算機監控系統中的應用

　　1．用組態王建立應用程序項目的一般過程

　　（1）制作圖形畫面

　　（2）構造數據庫；①數據庫的作用，②數據詞典中變量的類型。

　　（3）定義動畫連接；動畫連接是指在畫面的圖形對象與數據庫的數據變量之間建立一種關系，當變量的值改變時，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來：或者由軟件使用者通過圖形對象改變數據變量的值。組態王提供了21種動畫連接方式。一個圖形對象可以同時定義多個連接，組合成復雜的效果，以便滿足實際中任意的動畫顯示需要。

　　（4）運行和調試；在組態王軟件的實時運行環境TOUCHVEW中，運行和調試在畫面制作系統中建立的動畫圖形畫面。

　3 組態王的主要功能

　　（1）基本人機界面功能

　　（2）強大通訊功能；組態王與I/O設備之間的數據交換采用以下五種方式;：串行通訊方式、DDE方式、板卡方式、網絡節點方式、人機接口卡方式。

　　（3）高效的數據采集；優化措施包括：①需求驅動的通訊方式，②需求合并，③打包處理。

　　（4）故障診斷與恢復；組態王的自動恢復功能是指：當下位機被更換或恢復運行后，不需要現場工程師對軟件系統作任何千預，組態王通過短時間的嘗試后，可以自動恢復與下位機的通訊。自動恢復功能對于保障系統可靠運行是非常必要的。

　　（5）先進的報警和事件管理；組態王報警系統具有方便、靈活、可靠、易于擴展的特點，提供多種報警管理功能，包括：基于事件的報警、報警分組管理、報警優先級、報警過濾、新增死區和延時概念等功能，以及通過網絡的過程報警管理。

　　（6）廣泛的數據獲取和處理

　　（7）強大的網絡和冗余功能；在單主機、單網絡或單設備系統中，機器或設備出現檢修或故障時，整個系統都將停止運行，給生產造成損失、，組態王充分考慮到現場的各種需要，提供多重冗余手段，用戶可自行選擇多重冗余方式來構造自己的可靠系統。組態王提供五種冗余方式：I/O通訊冗余、I/O設備冗余、計算機冗余、系統冗余和網絡冗余。

　　（8）組態王組態和編程；組態王軟件可將過程或生產中發生的事件清楚地記錄、顯示出來，完成參數設定、操作控制和動態畫面監視的功能。它顯示當前狀態并按順序記錄，所記錄的數據可以全部或有選擇地簡要顯示，亦可編輯、輸出。可結合用戶程序進行信息處理、測量值處理和報表打印。運行時，它具有很強的實時性。

　　4 應用結果

　　退火爐的PLC控制系統和組態王軟件設計完畢后，必須進行一系列的相關實驗與調試，以測試系統是否符合實際生產要求。進行試驗的主要目的有：

　　（1）在不同的鏈速和風速條件下，對不同直徑的管子進行退火工藝的研究，找出一種最佳方案。

　　（2）在最佳退火工藝下檢驗所設計的模糊控制器在退火爐各爐段運行情況，以及各種算法的控制精度。

　　該系統經工廠運行試驗運行效果良好，運行效果如圖5。

　　5 結論

　　退火爐PLC控制系統中，采用了組態王軟件進行監控，實現相互交換信息，共同完成自動控制功能的網絡系統與控制系統。節省硬件成本，設計組態安裝調試簡便，系統的安全可靠性好，減少故障停機時間，系統維護設備更換和系統擴充方便，經過工廠的運行實驗效果良好，年經濟效益達千萬元。