1 系統(tǒng)組成與工作原理

1.1  系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由5部分組成：變送器、PLC主機(jī)、模擬量輸入輸出模塊、觸摸屏、可控硅整流部分等組成，系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。在控制部分，選用SIEMENS 的S7-200 PLC 對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行快速、可靠的處理，編程軟件為STEP 7-MicroWIN 32 V3.2；選用SIEMENS 的TP270B觸摸式人機(jī)界面（HMI）對(duì)實(shí)時(shí)溫度值和各種故障信息進(jìn)行顯示、記錄，組態(tài)軟件為SIMATIC Pro-Tool V6.0。HMI 和PLC 之間采用MPI（ 多點(diǎn)）通訊方式，通過(guò)對(duì)HMI 畫面上所設(shè)元件屬性和與PLC 的數(shù)據(jù)交換地址的定義，實(shí)現(xiàn)HMI 上相關(guān)元件對(duì)應(yīng)的暫存器對(duì)PLC 存儲(chǔ)單元的讀寫。


圖1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)


1.2  工作原理

可控硅整流輸出直流電壓，0～45V連續(xù)可調(diào)；輸出直流電流，0～1600A連續(xù)可調(diào)。由傳感器對(duì)主路硅元件的溫度進(jìn)行采樣，所測(cè)溫度信號(hào)經(jīng)放大和A/ D 轉(zhuǎn)換后送PLC，利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)送HMI進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。在HMI 上設(shè)置超溫報(bào)警及超溫跳閘溫度限定值。當(dāng)主路硅元件溫度過(guò)高，超過(guò)限定值時(shí)，PLC 將輸出超溫報(bào)警信號(hào)和超溫跳閘信號(hào)，并在HMI 上顯示出具體信息。同時(shí)對(duì)勵(lì)磁線圈的電流和電壓進(jìn)行精確的PI控制，可在HMI上設(shè)定PI算法的參數(shù)值。該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集處理、風(fēng)機(jī)運(yùn)行和故障報(bào)警由PLC 和HMI 通過(guò)編制相應(yīng)的軟件來(lái)完成。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

SIMATIC ProTool 是西門子公司推出的HMI組態(tài)軟件，該軟件由2 部分組成： ProToolCS（組態(tài)系統(tǒng)）和用于過(guò)程可視化的ProTool RT（運(yùn)行系統(tǒng)）。該軟件具有報(bào)警記錄、報(bào)表打印、趨勢(shì)曲線等多種功能，并支持除Siemens之外的第三方制造商的通訊協(xié)議。本系統(tǒng)在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了畫面設(shè)計(jì)、通訊組態(tài)、報(bào)警設(shè)置、安全保護(hù)設(shè)計(jì)等一系列應(yīng)用開發(fā)。

2.1 觸摸屏畫面設(shè)計(jì)

觸摸屏畫面設(shè)計(jì)不僅要求能實(shí)現(xiàn)所有的控制功能（輸入及顯示參數(shù)、存儲(chǔ)紀(jì)錄、報(bào)警等），而且要簡(jiǎn)單明了，易于操作人員正確的執(zhí)行操作?？紤]系統(tǒng)所需監(jiān)控的過(guò)程變量和實(shí)際功能，共組態(tài)了5 組畫面，下面介紹幾個(gè)基本畫面。

⑴主畫面

設(shè)計(jì)的監(jiān)控主畫面的最上部是勵(lì)磁電流實(shí)時(shí)顯示曲線，其下是兩個(gè)實(shí)時(shí)顯示勵(lì)磁電流、電壓數(shù)值的顯示框。還有電流數(shù)值設(shè)定的輸入框，當(dāng)手按在這個(gè)位置時(shí)，可彈出數(shù)字選項(xiàng)框，方便對(duì)電流設(shè)定值的輸入。該框的右邊有兩個(gè)微調(diào)健，每按動(dòng)一下，可以進(jìn)行加1或減1的操作。在主控界面的下部是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示框，該位置可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的狀態(tài)（系統(tǒng)的開、關(guān)、有無(wú)故障等信息）。監(jiān)控主畫面的右下角是功能選擇彈出菜單，主要由工作狀態(tài)欄、參數(shù)設(shè)定欄、報(bào)警記錄欄等組成。如圖2 所示。

（2）溫度、電流、電壓實(shí)時(shí)顯示

顯示時(shí)，觸摸屏在每個(gè)時(shí)間單位（時(shí)鐘脈沖）內(nèi)一次只從PLC 讀取一個(gè)數(shù)字值，并添加至操作單元上顯示所對(duì)應(yīng)的物理量值。該程序中組態(tài)3 組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，每組顯示硅主元件的溫度、勵(lì)磁電流及電壓3 個(gè)模擬量。

⑶參數(shù)設(shè)定

在本畫面中，操作員可以對(duì)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)啟/ 停溫度，硅主元件超溫報(bào)警溫度和超溫跳閘溫度以及過(guò)流值、過(guò)壓值進(jìn)行設(shè)定，調(diào)整。具有最高級(jí)權(quán)限的操作員還可對(duì)PID算法中的參數(shù)（）進(jìn)行設(shè)定,這樣可以很方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線的參數(shù)整定.

⑷故障記錄

每當(dāng)有報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生，都會(huì)在觸摸屏界面上彈出報(bào)警消息窗口，同時(shí)報(bào)警燈閃爍。將報(bào)警消息進(jìn)行歸檔，再創(chuàng)建一畫面組態(tài)消息視圖，就可保存并顯示系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)的所有報(bào)警消息。提示報(bào)警號(hào)，報(bào)警產(chǎn)生的日期、時(shí)間，報(bào)警產(chǎn)生的原因，以及是否確認(rèn)等信息。

2.2 安全保護(hù)設(shè)計(jì)

ProTool 允許用戶使用口令來(lái)阻止其他未授權(quán)人員使用控件，從而增加系統(tǒng)的安全性。ProTool 提供的口令級(jí)別從0 到9?？诹罴?jí)0 不需輸入口令；口令級(jí)1至8，根據(jù)功能的重要性進(jìn)行分配；口令級(jí)9 僅授權(quán)于系統(tǒng)管理員。針對(duì)安全管理和操作的需要，該系統(tǒng)中定義了系統(tǒng)管理員級(jí)即9 級(jí)和操作員1 級(jí)兩級(jí)口令。對(duì)PID參數(shù)設(shè)定需使用系統(tǒng)管理員級(jí)口令，其他操作，如溫度報(bào)警極限、開機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)間等，也要先輸入口令進(jìn)行登陸。輸入口令，觸摸“ 登陸”按鈕，再觸摸其他功能按鈕，便可進(jìn)入等于或低于該口令級(jí)別的子畫面。子畫面操作完畢返回主畫面后，觸摸“退出”按鈕，則口令失效，再次進(jìn)入子畫面需重新輸入口令。若沒(méi)有觸摸“ 退出”按鈕，系統(tǒng)將在1min 后自動(dòng)撤銷口令。


圖2: 監(jiān)控主畫面


2.3 人機(jī)界面與PLC 之間的通訊

西門子人機(jī)界面與PLC之間的通訊方式有3 種： PPI（點(diǎn)到點(diǎn)）通訊方式，MPI（多點(diǎn)）通訊方式和PROFIBUS-DP 通訊方式。

該系統(tǒng)中采用MPI（多點(diǎn)）通訊方式。由于MPI 接口是RS485 結(jié)構(gòu)，PLC 與人機(jī)界面之間通過(guò)RS485 線相連，其傳輸速率為187.5k 波特率。一個(gè)MPI 網(wǎng)可以有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其地址是在S7-200 硬件組態(tài)中設(shè)置的。該系統(tǒng)中人機(jī)界面的MPI 地址為“1”；CPU 的MPI 地址為“2”。人機(jī)界面與過(guò)程之間通過(guò)PLC 利用變量進(jìn)行通訊。通常在PLC 和操作單元之間交換的數(shù)據(jù)為過(guò)程數(shù)據(jù)。為此在組態(tài)中創(chuàng)建指向PLC 上某個(gè)地址的變量。觸摸屏從指定的地址中讀取該數(shù)值并顯示它。同樣的，操作員可以在觸摸屏上輸入將被寫入PLC 上某個(gè)地址的數(shù)據(jù)。

3  結(jié)束語(yǔ)

1600A／45V智能化可控硅整流裝置中將PLC 和觸摸顯示屏結(jié)合在一起，并采用PLC 和觸摸屏的相應(yīng)軟件對(duì)各采樣值進(jìn)行控制、處理，在溫度、電流、電壓的實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警等方面具有很大的優(yōu)越性。操作人員不僅能方便的觀察和掌握該裝置的實(shí)時(shí)運(yùn)行溫度，還可根據(jù)報(bào)警消息，快速的排除故障；借助歷史記錄，管理人員還可對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、查詢，可大大提高運(yùn)行管理水平。目前該裝置已在贛州市金環(huán)磁選設(shè)備有限公司得到應(yīng)用。