1 引言

    根據(jù)用戶需求，作者在設(shè)計(jì)某企業(yè)佐料車間的炒鍋溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)時，將工業(yè)過程控制領(lǐng)域中廣泛使用的可編程控制器(PLC)用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和處理，人機(jī)界面(HMI)用于工藝配方設(shè)定、工藝過程顯示和數(shù)據(jù)存貯等，取得了滿意的效果。

    在企業(yè)調(diào)研中我們發(fā)現(xiàn):工人在炒佐料的過程中，需要根據(jù)不同的時間段和溫度混合不同的原材料，然后進(jìn)行翻炒，并且在炒制的過程中要嚴(yán)格控制炒鍋的溫度，防止佐料被炒壞。所以準(zhǔn)確測量車間炒鍋的溫度并在必要時進(jìn)行報警就直接影響著佐料質(zhì)量的好壞。而該企業(yè)現(xiàn)有佐料車間炒鍋的溫度和時間控制全憑人工經(jīng)驗(yàn)控制。溫度測量采用pt100的探頭人工測量，在整個監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)由于車間工作環(huán)境差，工人測量溫度時距離炒鍋很近，很容易被鍋內(nèi)的液體佐料飛出來傷到:同時，人工溫度測量和時間的把握準(zhǔn)確性不高，炒出來的佐料質(zhì)量參差不齊，沒有一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

    針對以上問題，我們選用松下公司的FP-e系列的PLC和觸摸屏設(shè)計(jì)了一套溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)，以達(dá)到提高準(zhǔn)確測量溫度和報警的目的。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和配置

監(jiān)控報警系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于系統(tǒng)主要是溫度的設(shè)置和監(jiān)測報警，所以PLC的選型中選用了松下FP-e。其輸入信號分別采集就地啟動按鈕、熱電偶信號。輸出信號則用于控制指示燈的顯示、蜂鳴器的報警。

圖1 監(jiān)控報警系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

2.2 硬件的選型

(1) FP-e控制單元

    PLC模塊系統(tǒng)下層的關(guān)鍵設(shè)備是PLC。該型號的PLC是松下公司開發(fā)的新一代的控制器，它是集定時器、計(jì)數(shù)器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時器、溫控器和PLC于一身的控制器。核心部分相當(dāng)于小型PLCFP0-C14,一方面繼承了FP0的功能，又進(jìn)一步補(bǔ)充了脈沖輸出、高速計(jì)數(shù)等功能。

    并具有單獨(dú)通信用的COM端口(RS-232C、RS-485)。同時還可使用前面的操作按鍵進(jìn)行機(jī)械操作，可使用前面的操作按鍵更改定時器、計(jì)數(shù)器等的數(shù)值。也可以作為輸入鍵(X30～X3F)使用，所以無需在外部設(shè)定其他按鍵。由于顯示部分可顯示簡單字母與數(shù)值，因而簡單的錯誤信息、操作指示及定時器、計(jì)數(shù)器的數(shù)值等均能夠被顯示。實(shí)現(xiàn)了雙屏顯示的功能，適合小型的控制系統(tǒng)開發(fā)要求。

(2) MT500系列觸摸屏

    采用WeinView的人機(jī)界面，MT500系列觸摸屏專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，它的適用溫度范圍和PLC的使用范圍是一樣的。它主要用途是工藝配方數(shù)據(jù)存貯、顯示機(jī)器狀態(tài)和操作參數(shù)、改變機(jī)器狀態(tài)或操作參數(shù)、維護(hù)機(jī)器的運(yùn)行、直接觸控式屏幕、實(shí)時迅速的顯示等。通過它來完成對溫度參數(shù)和時間的設(shè)定以及顯示。 2.3 數(shù)據(jù)采集與處理.

    松下FP-e PLC本機(jī)提供6路開關(guān)量輸入和6路開關(guān)量輸出，具有固定的I/O地址。由于該檢測報警系統(tǒng)開關(guān)輸入量較少，無需增加擴(kuò)展模塊。由觸點(diǎn)直接送入PLC的開關(guān)量輸入端。

    由于該型號的PLC集成2路熱電偶信號輸入，所以由熱電偶采集的溫度信號直接進(jìn)入PLC，由PLC的內(nèi)部電路進(jìn)行處理,熱電偶輸入電路如圖2所示:

圖2 熱電偶輸入電路

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件開發(fā)工具PLC程序用FP系列的軟件FPWIN GR開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)等功能。該編程軟件運(yùn)行于Windows平臺上，編程語言有梯形圖(LAD)、語句表(STL)。FPWIN GR編程軟件具有非常豐富的編譯工具，可以很容易地修改程序、編譯、調(diào)試;并且具有強(qiáng)大的編輯功能，可將程序編輯、存盤、打印，類似Windows風(fēng)格的人機(jī)界面。

3.1 PLC工作過程

系統(tǒng)下層數(shù)據(jù)采集由松下的FP-e PLC完成，由熱電偶采集的信號直接送到PLC，經(jīng)過處理后顯示在觸摸屏，采集時間為程序每循環(huán)一個掃描周期采集一次數(shù)據(jù)。由于PLC沒有掉電保持功能，所以由用戶設(shè)定的工藝配方數(shù)據(jù)存儲在觸摸屏存儲器中，然后送給PLC。根據(jù)用戶的需要，我們在程序中設(shè)置了10種工藝處理方法(見圖3(a))，每種工藝處理方法又分為10道工序(見圖3(b)工序可跟據(jù)用戶的參數(shù)設(shè)置，自動調(diào)整工序數(shù)量)，而且為確保工序的安全性，工序調(diào)整只能由管理人員設(shè)定，比如:時間、溫度，當(dāng)炒鍋內(nèi)的溫度沒有達(dá)到設(shè)定值但是時間達(dá)到事先設(shè)定值的時候，就轉(zhuǎn)而執(zhí)行下一道工序;而當(dāng)炒鍋設(shè)定的時間沒有到達(dá)而溫度到達(dá)時，PLC即檢測到有報警信息，PLC立刻發(fā)送報警信息，蜂鳴器報警。

圖3 工藝工序處理方法

3.2 系統(tǒng)功能

PLC完成的功能主要有:(1)數(shù)據(jù)監(jiān)測;(2)自動報警;(4)參數(shù)設(shè)定。部分自動報警程序

如圖4所示:

圖 4自動報警程序

3.3 溫度采樣修正功能

    由于熱電偶與PLC距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場工況非常惡劣，從而造成PLC的采樣數(shù)據(jù)與實(shí)際溫度有偏差。系統(tǒng)采用多點(diǎn)取樣，通過PLC程序進(jìn)行曲線運(yùn)算修正偏差值，從而使溫度顯示偏差在0.2℃。

3.4 通訊功能

    PLC本機(jī)由一個通信口，為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，可直接進(jìn)行PLC與觸摸屏的通信，無需轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)束語

    文章主要介紹用ＰＬＣ完成終端數(shù)據(jù)采集與處理、現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測、數(shù)據(jù)通訊的全過程。該系統(tǒng)已經(jīng)交付使用，使用過程中證明，整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，操作方便，實(shí)現(xiàn)了用戶的全部要求,取得了滿意的效果。