西门子数字量模块6ES7222-1EF22-0XA0

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HONGTER人机界面在工业热处理炉控制系统中的应用

一．背景
目前国内的工业热处理炉制造厂家在工业热处理炉的电气控制上大多还是停留在采用过去比较陈旧的控制方式，在配置上如：温度控制表+交流接触器+纸式记录仪+开关按钮，这样的控制方式自动化程度低、控制精度低、生产过程的监控少、工业热处理炉本身的档次低。
近年随着电气控制技术的发展，人机界面的功能、可靠性和性价比不断提高，在工业控制的各个环节的应用都得到了很大的发展。开发采用由HONGTER人机界面组成的热处理炉自动控制系统，使工业热处理炉的控制技术更具有飞跃的提高。

二．HONGTER人机界面概述
HONGTER人机界面是由32位嵌入式系统、操作系统和组态软件构成的新颖人机界面产品。该产品适用于工业现场环境，，可以广泛应用于生产过程设备的操作和数据显示，与传统人机界比具有信息处理、存储和网络功能的特点。

三．热处理炉自动控制系统优点
采用由HONGTER人机界面组成的自动控制系统，可以取代温度记录仪，利用HONGTER人机界面可自带硬盘的优势进行温度数据的长时间无纸化记录，而且记录通道可以比记录仪多得多；与PLC模拟量模块共同组成温度控制系统，可以取代温度控制表，进行处理温度的设定显示和过程的PID控制；可以取代大部分开关按钮，在HONGTER人机界面的触摸屏上就可以进行不同的控制操作。采用由HONGTER人机界面组成的自动控制系统，还有以下比普通控制系统无可比拟的优点：1.热处理炉的各个运行状态都可以在HONGTER人机界面的彩色显示屏上进行动态模拟；2.可以利用HONGTER人机界面的组态软件的配方功能进行工艺控制参数的设置、选择和监控；3.具有网口的HONGTER人机界面可以通过网线连接到工厂的计算机系统，实现生产过程数据的远程集中监控。

四．热处理炉自动控制系统组成
该热处理炉控制系统的各部分组成及功能如下：
1． 人机界面：采用HONGTER人机界面，真彩显示，带触摸屏操作功能，用于所有的手动/自动操作、动态模拟监控、数据记录及显示、报警提示及记录、组网等。
2． PLC：采用三菱的FX2N-128MR小型PLC，用于热处理炉的所有开关量采集和控制、另外加FX2N-4AD-TC扩展模块，用于实时温度的模拟量数据采集；加FX2N-4DA扩展模块，用于燃烧器的模拟量输出控制。
3． 外围强电执行部件：如交流接触器、电磁阀、电动执行器、燃烧器等，由PLC控制，用于热处理炉的风机、炉门、料车、燃烧器等的直接驱动。
4． 控制软件：主要由HONGTER的ET组态软件运行画面实现所有的开关操作、工艺参数设定、炉况动态模拟、温度数据记录及显示、报警等监控功能；由梯形图编写的三菱PLC控制程序实现热处理炉所有开关信号采集、温度模拟信号采集、手动/自动过程控制及温度的PID控制、报警及互锁保护控制等。

五．结论
本文所述由HONGTER人机界面组成的自动控制系统已成功地应用于多组工业热处理炉，使用结果表明：该系统完全满足了用户的使用要求，提高了设备的档次和可靠性，大大地减少了设备检修的劳动强度，方便了生产现场的实际操作和数据记录，彻底改变了以往控制方式不能进行工艺品质监控的弊端，受到用户的一致**

1、引言 某设计院设计一轧钢生产线，共包括精轧A线、精轧B线、中轧线、粗轧区、定径机5部分。电气部分包括PLC、人机界面、变频器、低压电器及其他，由于此5 部分生产线距离较远，所以选用5台人机界面来实现不同系统的操作显示，同时由一台PLC实现系统的控制，即N：1多重连接方式。此前该设计院对几个专业人机界面厂家的产品进行通讯试验，但结果均不理想，有的连接台数不够有的甚至通讯失败。 2、通讯方案选择 我们给用户提供两种方案：即上挂以太网、以RS-485方式直接通讯。 （1） 上挂以太网 因GE90-70本身可以上挂以太网，我们提出的方案是5台人机界面和PLC同时上挂以太网。人机界面选用富士电机新近推出的UG30系列产品，其中一款高性能的人机界面自带10M以太网接口，不需要任何配件即可建成基于以太网的网络系统，它本身具备通讯网关功能，从PLC到计算机或者从计算机到PLC 的双向通讯都可以通过其收发数据，连接到以太网上的UG30和PLC之间可以进行N：N无协议通讯。人机界面选用UG330H-VH4，功能及特点如下：8.4寸、32768色 TFT、自带以太网接口、可以与市售的所有PLC通讯、还可以直接和变频器、温控表及串行打印机等外围设备进行通。

（2） 以RS-485方式直接通讯
由于GE90-70 PLC的通讯模块具有双通讯口，这样我们充分利用此两个通讯口分别挂2台和3台人机界面，均以RS-485方式通讯。
1#作为主机2#、3#作为从机，4#作为主机5#为从机，它们之间通讯距离*大为500m，波特率为115200bps，主机和PLC的通讯波特率为 19200bps，这样能够保不会出现通讯滞后和通讯干扰现象。原来2#、3#、5#人机界面上需各加装一RS-485通讯模块，经过我们反复通讯试验后来取消了该通讯模块只要几根通讯电缆并联在一起即可以正常通讯，这样为用户节省了几千元的成本。人机界面选用UG320H-SC4，128色，7.7 寸，在性价比上较UG330H-VH4合理些。
用户经过慎重考虑及多方调研后决定，在不影响使用功能的前提下选用价格经济合理的第二种方案。

3、人机界面画面

4、通讯滞后的解决
当所有程序编制完成后，进行连机调试时出现了意想不到的通讯滞后想象，即当1#在操作画面2#、3#从显示画面切换到操作画面进行操作时人机界面和PLC 双方出现明显的滞后，时间大概由2---3秒中，这在任何系统中都是不允许的，尤其在轧钢生产线上。通过多方分析我们提出如下建议，将人机界面中所有涉及到的PLC地址全部映射到人机界面的内部地址$u中，$u是人机界面中的用户内存，可以从$u0----$u16383共16384个字任意设定，例如 PLC中寄存区R1----R10的数据可以映射到$u1----$u10中，这样通讯滞后现象消失。这些经验都值得我们在以后的通讯中应用

随着我国自动化控制水平的不断提高，PLC（可编程序控制器）、文本显示器、触摸屏已广泛应用于各行各业，现将它们作一简单介绍，并阐述其在瑞气公司制氮设备中的应用。 一、可编程序控制器 在自动化控制领域，PLC（Programmable Logic Controller）是一种重要的控制设备。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。目前，世界上有200多厂家生产几百个品种PLC产品，例如：美国AB，德国siemens，日本三菱、Omron，施耐德，GE等，在PLC应用方面，我国是很活跃的，应用的行业也很广。例如钢铁、机械、冶金、食品、饮料、包装、汽车、石化等行业。 从结构，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模

PLC系统的其它设备：

1、编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。

2、人机界面：*简单的人机界面是指示灯、按钮等，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。

3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

目前，国内PLC市场仍以国外产品为主，瑞气公司主要是采用德国Siemens S7-200系列（S7-200系列销售突破10万台，Profibus全球节点超过1000万），它在PLC市场领域中占有率相当高。

瑞气公司根据工艺的要求、系统控制功能特点、用户的需要及变压吸附和再生的技术要求，确定分子筛吸附、再生、均压等各阶段的时间，用梯形图或指令语句方式编辑PLC控制程序，控制各阶段阀门的开关状态及有关相应的报警（如：纯度、碳位报警等）。如用户需要在线显示、修改参数（如纯度、压力、流量、温度、露点等）及提供预留给用户标准信号（如电流信号：4-20mA）作DCS系统。如需要在线显示、修改参数要增加模拟量扩展模块与显示部分（文本显示器TD200或触摸屏显示）。

碳位报警系统：当设备在长期使用过程中，吸附塔内分子筛逐渐下沉，当下沉到一定程度，PLC控制系统会发出间断声光报警，即提示用户应尽快添加分子筛，但系统仍然可继续运行，报警同时存在；这时候如果用户继续使用设备，分子筛继续下沉到另一个程度，这时制氮机会自动卸压后停机，同时发会发出连续声光报警，此时应立即添加分子筛，否则系统拒绝工作。

纯度报警系统：当产品气纯度达不到预先设定纯度值时（纯度设定值是通过二次仪表、TD200或触摸屏进行设定的），PLC控制系统会发出间断声光报警，并对不合格气体进行排空（有自动排空与手动排空，根据用户需求自选）。若不合格气体连续排空时间超过1小时（排空时间长短可通过TD200或触摸屏进行设置），则说明设备存在故障，不能制得合格气体。控制系统会自动卸压后停机，并发出间断声光报警。

由于压力、流量、温度及露点等（电流或电压信号）这些信号是模拟信号，因此必须通过EM231（模拟量输入模块）进行A/D转换，然后通过PLC编程在TD200或触摸屏上显示。根据这些数据再通过PLC编程进行与预置参数进行比较，超过或低于预置值将发出报警信号。报警信息详细内容可在TD200或触摸屏上查找。在纯化系统中通过PLC编程可以进行自动加氢控制与闭环控制；通过PLC编程对温度进行PID控制。PID控制精度高，波动小，响应快。PID调节中，用比例环节（P）来决定基本的调节响应力度，用微分环节（D）来加速对快速变动的响应，用积分环节（I）来残留误差。对PID进行整定时，总是先调节比例环节，然后一般是调节积分环节，*后调节微分环节。

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