摘要： 本文以一臺(tái)熱等靜壓機(jī)的控制系統(tǒng)為實(shí)例，通過分析原控制系統(tǒng)的構(gòu)成和各部分的功能，給出了其改造或替代方案。 關(guān)鍵詞：PLC；KP1000；溫控儀；觸摸屏 Abstrcat: This article take one themo-equivalence static pressure machine control system as the example, through analyzes the constitution on original control system and each part of functions, produced its transformation or the substitution plan. Keywords: PLC;KP1000;Thermal control instrument;Touchable screen 0 概述 　　自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司（以下簡稱自硬公司）耐磨零件分廠304熱等靜壓機(jī)是一套八十年代中期由國外引進(jìn)的設(shè)備，其控制系統(tǒng)由ASEA MP-020可編程控制器（含擴(kuò)展單元兩套）、802KB溫度編程器、407數(shù)字式溫度控制器、帶4個(gè)設(shè)定點(diǎn)的B-2型壓力測(cè)量系統(tǒng)、ASEA YQNA可控柜觸發(fā)單元以及Honeywell 131型記錄儀構(gòu)成。 　　該系統(tǒng)因使用時(shí)間過長，其溫控儀表、PLC、壓力檢測(cè)部分相繼出現(xiàn)故障。改造前，該系統(tǒng)已無法正常自動(dòng)運(yùn)行，只能靠人工手動(dòng)控制完成加工作業(yè)。這樣，不但增加了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，頂錘產(chǎn)品的加工質(zhì)量也無法得到保證。 　　為進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量及勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證正常生產(chǎn)，公司要求在盡可能少的資金投入下，全面恢復(fù)原有控制系統(tǒng)的所有功能。 1 程控系統(tǒng)改造方案 　　原控制系統(tǒng)的所有功能均集中在S1~S3三個(gè)控制柜上。為節(jié)約資金，減少不必要的投入，本次改造將原系統(tǒng)中運(yùn)行較為穩(wěn)定的電源柜S1，加熱功率控制柜S2予以保留，對(duì)S3控制柜進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并引入了觸摸屏操作界面，使現(xiàn)場(chǎng)工藝及操作更加直觀、簡單。 控制系統(tǒng)框圖如圖1所示： 圖1 控制系統(tǒng)框圖 1.1 PLC控制部分 　　由于設(shè)備的最高工作壓力達(dá)到了70MPa，屬于高壓容器，加工工藝對(duì)安全性要求極高，現(xiàn)場(chǎng)的各種監(jiān)視信號(hào)和報(bào)警信號(hào)較多。PLC除接受控制盤按鈕、開關(guān)、溫控儀信號(hào)、壓力信號(hào)外，還將處理結(jié)果輸出給各種電磁閥、繼電器、指示燈、報(bào)警器等執(zhí)行元件。同時(shí)，PLC還必須與觸摸屏通訊，將各種狀態(tài)信息轉(zhuǎn)送到觸摸屏。 為保證系統(tǒng)的安全性及高可靠性，采用兩臺(tái)三菱FX2N-128MR和一臺(tái)三菱FX2N-48MR代替原有的PLC。三菱FX2N系列PLC是目前較流行的主流產(chǎn)品，該產(chǎn)品可靠性高，質(zhì)量穩(wěn)定，編程在Windows環(huán)境下進(jìn)行，方便且易于維護(hù)。 1.1. 1 FX2N-128MR的主要技術(shù)參數(shù)：  基本單元：64點(diǎn)輸入/64點(diǎn)繼電器輸出；  編程語言：邏輯梯形圖和指令清單（使用步進(jìn)梯形圖能生成SFC類型程序）；  存儲(chǔ)器容量：8000步內(nèi)置（使用附加寄存器盒可擴(kuò)展到16000步）；  指令數(shù)量：順序指令27條,步進(jìn)指令2條,應(yīng)用指令128條；  運(yùn)算處理速度：基本指令0.08μS，應(yīng)用指令1.52至幾百μS。 FX2N-48MR的技術(shù)參數(shù)與FX2N-128MR大致相同，只在輸入輸出點(diǎn)數(shù)上稍有不同。 1.1. 2與原 PLC有關(guān)的輸入、輸出改動(dòng)情況： 　?、艦榕浜蠝乜貎x表的工作，新增“啟動(dòng)/停止”按鈕一個(gè)。當(dāng)其閉合時(shí)，PLC接收上升沿觸發(fā)輸入，發(fā)出一輸出信號(hào)給KP1000溫控儀啟動(dòng)程序執(zhí)行。當(dāng)其斷開時(shí)作定值溫度運(yùn)行。增加“復(fù)位”按鈕一個(gè)（常開），按下后清除當(dāng)前程序，增加“步進(jìn)”按鈕一個(gè)（常開），按下后跳至下一個(gè)程序段運(yùn)行。 　　⑵取消原來的兩個(gè)報(bào)警控制器及24V、220V配電，同時(shí)PLC所對(duì)應(yīng)的報(bào)警輸出線拆除。 　?、且何豢刂破鞲臑橹苯訉L常閉接點(diǎn)接入PLC。 　　⑷報(bào)警器直接由PLC輸出控制（編程），增加報(bào)警解除按鈕（常開）、報(bào)警測(cè)試按鈕（常開）各一個(gè)。 　　⑸冷卻水泵熱繼電器常開報(bào)警接點(diǎn)直接進(jìn)PLC。 　?、蔖LC用兩個(gè)輸入點(diǎn)接收溫控器輸出的開關(guān)量信號(hào)： 　　“溫度400℃”狀態(tài)信號(hào)。當(dāng)溫度<400℃時(shí)，輸出該開關(guān)信號(hào)； 　　“保溫完成”（或進(jìn)入保溫）狀態(tài)信號(hào)：當(dāng)開始進(jìn)入某段保溫程序（或當(dāng)某段保溫程序完成而轉(zhuǎn)入下一段程序時(shí)，輸出該開關(guān)信號(hào)。 　?、巳∠到y(tǒng)的“手動(dòng)/自動(dòng)“按鈕上的三個(gè)接點(diǎn)（AUT-1、AUT-２、AUT-3）及相應(yīng)的溫控器外部使能開關(guān)輸入。 　?、虒⑷_(tái)溫控器的HH輸出接點(diǎn)與記錄儀的高溫記錄輸出接點(diǎn)并聯(lián)（均為常開），然后送至PLC作保護(hù)控制。 　?、陀捎谖茨苡嗁彽綆鍌€(gè)設(shè)定值輸出的壓力控制器，故當(dāng)測(cè)量值>100MPa，產(chǎn)生兩個(gè)動(dòng)作：  繼電器常閉接點(diǎn)斷開，模擬>100MPa的動(dòng)作。  繼電器常開接點(diǎn)閉合，模擬>105MPa的動(dòng)作。 1.2溫控部分 　　用先進(jìn)的人工自智能調(diào)節(jié)儀KP1000代替407控制器、802SP編程器和802KB控制器，實(shí)現(xiàn)溫控過程的全自動(dòng)化為滿足爐溫加熱均勻，采用了三套大華－千野的KP1000溫控儀，用三個(gè)溫度傳感器對(duì)三個(gè)不同位置的測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該儀表內(nèi)含微處理器，具有智能PID多段控制及PID參數(shù)自整定功能?？筛鶕?jù)設(shè)定的參數(shù)、曲線，自動(dòng)跟蹤加熱過程，調(diào)整加熱功率，因而能很好完成工件加熱過程。通過對(duì)設(shè)定參數(shù)的調(diào)整，能較好地保證加熱的一致性。每臺(tái)溫控儀均有自檢、斷偶保護(hù)功能，也可設(shè)置上限報(bào)警。 其控制原理框圖如圖2所示： 圖2 溫控系統(tǒng)原理圖 1.3觸摸屏部分 　　觸摸屏又名智能操作面板，是專為PLC而設(shè)計(jì)的互動(dòng)式工作站，自帶微處理器芯片和一定的存儲(chǔ)空間，具備與各品牌的PLC通訊的能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC內(nèi)部接點(diǎn)的完全監(jiān)控。 　　本次改造采用Digital PRO-face觸摸屏，觸摸屏交互式介面的開發(fā)是基于GP-PRO/PB III for Windows。 其程序流程框圖見圖3 圖3 觸摸屏程序流程圖 觸摸屏各模塊介面功能簡介： 1.3.1啟動(dòng)介面： 顯示版權(quán)信息。 1.3.2主菜單： 供操作者選擇各功能畫面。 1.3.3自動(dòng)： 以直觀的工藝流程圖方式，顯示自動(dòng)操作方式下的各管道、閥門、電機(jī)、等靜壓機(jī)的工作狀態(tài)。 1.3.4手動(dòng)： 顯示自動(dòng)操作方式下的各管道、閥門、電機(jī)、等靜壓機(jī)的工作狀態(tài)。 1.3.5歷史報(bào)警： 以表格的方式，按時(shí)間順序列出所發(fā)生的報(bào)警事件。 1.3.6報(bào)警提示： 替代原系統(tǒng)報(bào)警指示器上的的18個(gè)報(bào)警指示燈，將其移到觸摸屏上顯示。 1.3.7時(shí)間設(shè)置： 設(shè)置充氣平衡延時(shí)時(shí)間、回氣平衡延時(shí)時(shí)間、排氣延時(shí)時(shí)間以及高溫保溫時(shí)間。 1.3.8密碼輸入： 輸入手動(dòng)狀態(tài)下允許操作的畫面解鎖密碼，以防誤操作的發(fā)生。 1.3.9操作按鍵： 將原控制系統(tǒng)S2控制柜上的12個(gè)閥門操作按鈕以程序通訊的方式并聯(lián)到觸摸屏上顯示并可直接操作閥門。 1.3.10操作幫助： 將工藝流程及操作步驟以文字方式詳細(xì)表述在觸摸屏上，以備查詢參考。 1.4記錄儀部分： 　　本系統(tǒng)用DX204無紙記錄儀取代原走紙記錄儀。該記錄儀具有多通道輸入及超限報(bào)警開關(guān)量輸出功能，它接收三個(gè)加熱溫度傳感器的mv信號(hào)和一個(gè)壓力信號(hào)，并可實(shí)時(shí)顯示記錄加熱曲線和數(shù)值?？杀４嫒齻€(gè)區(qū)的加熱歷史數(shù)據(jù)，無需后背電池，停電數(shù)據(jù)不丟失。如有必要，數(shù)據(jù)還可以以太網(wǎng)或1.44MB軟磁盤的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊和輸出。 1.5壓力、真空控制部分： 　　取消了BoFros壓力顯示控制儀，用上潤WPC804壓力顯示控制儀與壓力傳感器進(jìn)行替代。真空測(cè)量改用國產(chǎn)REBORN-ZDF52電阻真空計(jì)，帶兩路設(shè)定接點(diǎn)輸出，提供100Pa真空度信號(hào)。原系統(tǒng)采用壓力開關(guān)提供大氣壓信號(hào)，本次改造用真空開關(guān)提供大氣壓信號(hào)，并將該信號(hào)引入中間繼電器進(jìn)行硬件保護(hù)。 1.6其他組成部分 　　氣動(dòng)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)及框架移動(dòng)、缸蓋起降等均有PLC完成控制。其中的真空度監(jiān)測(cè)、水流壓力檢測(cè)等開關(guān)量，直接返回給PLC進(jìn)行處理。 2改造后系統(tǒng)具備的功能 2.1監(jiān)控功能： 　　以三臺(tái)KP1000智能多段式PID溫控儀對(duì)三路溫度進(jìn)行采樣、顯示、控制。 2.2控制功能： 　　控制功能的主要執(zhí)行單元為三菱PLC，完成整個(gè)加工工藝工程，如：手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換、真空循環(huán)、排氣、啟動(dòng)泵、增壓、減壓、加熱等功能。 2.3報(bào)警功能： 　　因系統(tǒng)長期處于高溫高壓的工作條件下，系統(tǒng)的安全是一個(gè)非常重要的因素、本系統(tǒng)可將各種溫度、壓力、真空度的越限和其他異常情況通過聲光信號(hào)及時(shí)報(bào)告給操作者，以便操作者作出及時(shí)處理。 2.4觸摸屏顯示操作功能： 　　該功能為新增設(shè)計(jì)。因觸摸屏介面友好，操作方便，同時(shí)可動(dòng)態(tài)直觀地顯示各執(zhí)行器件的工作狀況，給操作者帶來極大方便。可直接進(jìn)行設(shè)備的啟動(dòng)、狀態(tài)指示、報(bào)警記錄等。 3改造效果 　　改造后運(yùn)行至今未出現(xiàn)故障，且溫控部分效果比原系統(tǒng)有很大的提高，在低溫及高溫段均有不俗的表現(xiàn)。特別是在高溫段三帶溫度均勻一致，穩(wěn)態(tài)下誤差不超過±3℃,解決了改造前溫度波動(dòng)大的難題。 改造后故障率明顯降低，發(fā)生故障時(shí)查找方便，修改工藝參數(shù)直觀、簡單，操作簡便，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到或超過原設(shè)計(jì)要求。 4 結(jié)束語 　　利用PLC豐富靈活的邏輯控制功能，配合觸摸屏、智能溫度控制儀表及HMI人機(jī)界面軟件，對(duì)傳統(tǒng)的熱等靜壓程控系統(tǒng)進(jìn)行改造，不僅具有投資省、見效快的特點(diǎn)，同時(shí)，在系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性及運(yùn)行保障維護(hù)方面均有不俗的表現(xiàn)。是一套適合我公司生產(chǎn)實(shí)際的改造方案，并對(duì)其他類似系統(tǒng)的改造具有借鑒意義。 參考文獻(xiàn)： [1] 三菱MELSEC-F系列（FX0---FX2NC）可編程控制器 編程手冊(cè) [2] KP1000說明書 上海大華千野公司 [3] 304熱等靜壓使用說明 ASEA公司 [4] Pro-face Gp-PRO/PBIII