系統組成與工(gōng)作原理

1.1  系統組成

       系統由5部分(fēn)組成：變送器、PLC主機、模拟量輸入輸出模塊、觸摸屏、可控矽整流部分(fēn)等組成，系統控制結構如圖1所示。在控制部分(fēn)，選用SIEMENS 的S7-200 PLC 對采樣信号進行快速、可靠的處理，編程軟件爲STEP 7-MicroWIN 32 V3.2；選用SIEMENS 的TP270B觸摸式人機界面（HMI）對實時溫度值和各種故障信息進行顯示、記錄，組态軟件爲SIMATIC Pro-Tool V6.0。HMI 和PLC 之間采用MPI（ 多點）通訊方式，通過對HMI 畫面上所設元件屬性和與PLC 的數據交換地址的定義，實現HMI 上相關元件對應的暫存器對PLC 存儲單元的讀寫。

圖1 系統控制結構

1.2  工(gōng)作原理

可控矽整流輸出直流電(diàn)壓，0～45V連續可調；輸出直流電(diàn)流，0～1600A連續可調。由傳感器對主路矽元件的溫度進行采樣，所測溫度信号經放(fàng)大(dà)和A/ D 轉換後送PLC，利用軟件進行數據處理，處理後的數據送HMI進行實時顯示。在HMI 上設置超溫報警及超溫跳閘溫度限定值。當主路矽元件溫度過高，超過限定值時，PLC 将輸出超溫報警信号和超溫跳閘信号，并在HMI 上顯示出具體(tǐ)信息。同時對勵磁線圈的電(diàn)流和電(diàn)壓進行的PI控制，可在HMI上設定PI算法的參數值。該系統中(zhōng)的數據采集處理、風機運行和故障報警由PLC 和HMI 通過編制相應的軟件來完成。

2 系統的軟件設計

SIMATIC ProTool 是西門子公司推出的HMI組态軟件，該軟件由2 部分(fēn)組成： ProToolCS（組态系統）和用于過程可視化的ProTool RT（運行系統）。該軟件具有報警記錄、報表打印、趨勢曲線等多種功能，并支持除Siemens之外(wài)的第三方制造商(shāng)的通訊協議。本系統在其基礎上進行了畫面設計、通訊組态、報警設置、安全保護設計等一(yī)系列應用開(kāi)發。

2.1 觸摸屏畫面設計

觸摸屏畫面設計不僅要求能實現所有的控制功能（輸入及顯示參數、存儲紀錄、報警等），而且要簡單明了，易于操作人員(yuán)正确的執行操作。考慮系統所需監控的過程變量和實際功能，共組态了5 組畫面，下(xià)面介紹幾個基本畫面。

⑴主畫面

設計的監控主畫面的zui上部是勵磁電(diàn)流實時顯示曲線，其下(xià)是兩個實時顯示勵磁電(diàn)流、電(diàn)壓數值的顯示框。還有電(diàn)流數值設定的輸入框，當手按在這個位置時，可彈出數字選項框，方便對電(diàn)流設定值的輸入。該框的右邊有兩個微調健，每按動一(yī)下(xià)，可以進行加1或減1的操作。在主控界面的下(xià)部是設備運行狀态顯示框，該位置可實時顯示系統的狀态（系統的開(kāi)、關、有*等信息）。監控主畫面的右下(xià)角是功能選擇彈出菜單，主要由工(gōng)作狀态欄、參數設定欄、報警記錄欄等組成。如圖2 所示。
（2）溫度、電(diàn)流、電(diàn)壓實時顯示

顯示時，觸摸屏在每個時間單位（時鍾脈沖）内一(yī)次隻從PLC 讀取一(yī)個數字值，并添加至操作單元上顯示所對應的物(wù)理量值。該程序中(zhōng)組态3 組實時數據，每組顯示矽主元件的溫度、勵磁電(diàn)流及電(diàn)壓3 個模拟量。

⑶參數設定

在本畫面中(zhōng)，操作員(yuán)可以對風機的自動啓/ 停溫度，矽主元件超溫報警溫度和超溫跳閘溫度以及過流值、過壓值進行設定，調整。具有zui權限的操作員(yuán)還可對PID算法中(zhōng)的參數（）進行設定,這樣可以很方便的對系統進行在線的參數整定.

⑷故障記錄

每當有報警信号産生(shēng)，都會在觸摸屏界面上彈出報警消息窗口，同時報警燈閃爍。将報警消息進行歸檔，再創建一(yī)畫面組态消息視圖，就可保存并顯示系統運行以來的所有報警消息。提示報警号，報警産生(shēng)的日期、時間，報警産生(shēng)的原因，以及是否确認等信息。

2.2 安全保護設計

ProTool 允許用戶使用口令來阻止其他未授權人員(yuán)使用控件，從而增加系統的安全性。ProTool 提供的口令級别從0 到9。口令級0 不需輸入口令；口令級1至8，根據功能的重要性進行分(fēn)配；口令級9 僅授權于系統管理員(yuán)。針對安全管理和操作的需要，該系統中(zhōng)定義了系統管理員(yuán)級即9 級和操作員(yuán)1 級兩級口令。對PID參數設定需使用系統管理員(yuán)級口令，其他操作，如溫度報警極限、開(kāi)機軟啓動時間等，也要先輸入口令進行登陸。輸入口令，觸摸“ 登陸”按鈕，再觸摸其他功能按鈕，便可進入等于或低于該口令級别的子畫面。子畫面操作完畢返回主畫面後，觸摸“退出”按鈕，則口令失效，再次進入子畫面需重新輸入口令。若沒有觸摸“ 退出”按鈕，系統将在1min 後自動撤銷口令。

圖2: 監控主畫面

2.3 人機界面與PLC 之間的通訊

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

該系統中(zhōng)采用MPI（多點）通訊方式。由于MPI 接口是RS485 結構，PLC 與人機界面之間通過RS485 線相連，其傳輸速率爲187.5k 波特率。一(yī)個MPI 網可以有多個網絡節點，其地址是在S7-200 硬件組态中(zhōng)設置的。該系統中(zhōng)人機界面的MPI 地址爲“1”；CPU 的MPI 地址爲“2”。人機界面與過程之間通過PLC 利用變量進行通訊。通常在PLC 和操作單元之間交換的數據爲過程數據。爲此在組态中(zhōng)創建指向PLC 上某個地址的變量。觸摸屏從的地址中(zhōng)讀取該數值并顯示它。同樣的，操作員(yuán)可以在觸摸屏上輸入将被寫入PLC 上某個地址的數據。

3  結束語

1600A／45V智能化可控矽整流裝置中(zhōng)将PLC 和觸摸顯示屏結合在一(yī)起，并采用PLC 和觸摸屏的相應軟件對各采樣值進行控制、處理，在溫度、電(diàn)流、電(diàn)壓的實時顯示、數據記錄、報警等方面具有很大(dà)的優越性。操作人員(yuán)不僅能方便的觀察和掌握該裝置的實時運行溫度，還可根據報警消息，快速的排除故障；借助曆史記錄，管理人員(yuán)還可對重要數據進行分(fēn)析、查詢，可大(dà)大(dà)提高運行管理水平。目前該裝置已在贛州市金環磁選設備有限公司得到應用。
 

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