基于DCS系統(tǒng)和EM235的烘箱自動(dòng)化升級(jí)改造

馬偉+崔玉明+米璽學(xué)+殷會(huì)剛+劉建成

摘 要：使用DCS系統(tǒng)和EM235對(duì)公司現(xiàn)用烘箱進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造，對(duì)溫控系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，由原來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制升級(jí)為DCS系統(tǒng)集中控制。改造后便于管理、工藝參數(shù)可追溯性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：DCS ?EM235 ?烘箱 ?PLC

中圖分類號(hào)：TP273 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0065-01

集散控制系統(tǒng)（DCS）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)。其控制功能完善，人機(jī)界面友好，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、安全可靠、性價(jià)比高，能夠較好地滿足控制的實(shí)時(shí)性、應(yīng)用的多樣性、人機(jī)的交互性的需要，廣泛應(yīng)用于化工、制藥、石油等企業(yè)，并逐漸成為生產(chǎn)過(guò)程控制的主要形式之一[1]。熱風(fēng)循環(huán)烘箱利用蒸汽或電加熱為熱能源，通過(guò)蒸汽或電加熱元件產(chǎn)生熱量，利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行對(duì)流換熱，對(duì)物料進(jìn)行熱量傳遞，并不斷從空氣過(guò)濾器補(bǔ)充新鮮空氣和排除潮濕空氣。在干燥過(guò)程中箱內(nèi)能保持適當(dāng)?shù)南鄬?duì)溫度和濕度，最大特點(diǎn)是大部分熱風(fēng)在箱內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，從而增強(qiáng)了傳質(zhì)和傳熱效果，節(jié)約了能源。整機(jī)噪音小，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，安裝維修方便，適用范圍廣，可干燥各種物料，是通用干燥設(shè)備。

EM235是西門子S7-200PLC最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。

1 升級(jí)前烘箱的工作原理與存在的問(wèn)題

公司現(xiàn)用烘箱采用電加熱元件為熱源，通過(guò)PLC控制烘箱循環(huán)風(fēng)機(jī)、排濕風(fēng)機(jī)的啟停操作，使用固態(tài)繼電器（SSR）和溫控器實(shí)現(xiàn)烘箱加熱溫度的恒溫調(diào)節(jié)。工藝過(guò)程為：烘車裝滿料推入烘箱內(nèi)，首先啟動(dòng)排濕風(fēng)機(jī)，然后啟動(dòng)循環(huán)風(fēng)機(jī)，最后在溫控器上設(shè)定工藝參數(shù)，啟動(dòng)加熱器進(jìn)行加熱工作;烘干結(jié)束后，加熱器自動(dòng)停止工作，風(fēng)機(jī)在一定的延時(shí)后自動(dòng)停止。

現(xiàn)在的工藝操作方式，需要人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟停設(shè)備;由于不同批次物料選用的工藝參數(shù)不同，需要頻繁修改溫控器的控制參數(shù)，而現(xiàn)有溫控器參數(shù)設(shè)定較為繁瑣，實(shí)際操作過(guò)程中常出現(xiàn)操作人員誤設(shè)參數(shù)，導(dǎo)致烘干產(chǎn)品不合格的問(wèn)題存在。烘箱工作過(guò)程中的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、溫度控制情況等都無(wú)監(jiān)控歷史記錄。為了避開電力系統(tǒng)用電波峰段，烘箱加料在白天完成，而烘干作業(yè)都在夜間進(jìn)行，需要在烘干崗位配置專人對(duì)烘箱進(jìn)行操作。

2 烘箱升級(jí)改造方案

升級(jí)改造的總體方案是利用公司現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，新增EM235模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視工作。

2.1 控制系統(tǒng)組成與控制過(guò)程

現(xiàn)用烘箱的控制系統(tǒng)主要由三大部分組成，分別是主控單元、溫度檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。溫度檢測(cè)部分使用PT100鉑電阻，主控單元為S7-200系列PLC，CPU型號(hào)為226，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括風(fēng)機(jī)、固態(tài)繼電器（SSR）和電加熱管組成。升級(jí)改造后的烘箱控制系統(tǒng)是在原有基礎(chǔ)上增加了DCS監(jiān)控系統(tǒng)，并為PLC配置一塊4輸入/1輸出的EM235模塊替代溫控表對(duì)固態(tài)繼電器（SSR）進(jìn)行控制。

控制過(guò)程：白天現(xiàn)場(chǎng)操作人員將物料裝入烘車后，晚上由中控室操作人員在DCS系統(tǒng)上位機(jī)上啟動(dòng)烘箱風(fēng)機(jī)、電加熱系統(tǒng)。鉑電阻采集溫度信號(hào)并通過(guò)EM235模塊送入PLC的CPU中，CPU根據(jù)DCS上位機(jī)設(shè)定的溫度值，進(jìn)行PID運(yùn)算得出控制量，再由EM235輸出到固態(tài)繼電器（SSR）來(lái)控制電加熱管的加熱工作?？刂葡到y(tǒng)使用六類雙絞線將現(xiàn)場(chǎng)6臺(tái)烘箱PLC與DCS系統(tǒng)控制站通訊卡件連接起來(lái)，作為上位機(jī)與PLC的通信介質(zhì)。

2.2 硬件選型

公司現(xiàn)有DCS系統(tǒng)一套，為與烘箱進(jìn)行通信，需要新增一塊通訊卡件。多串口多協(xié)議通訊卡XP248是DCS系統(tǒng)與其它智能設(shè)備（如PLC、變頻器等）互聯(lián)的網(wǎng)間連接設(shè)備，其功能是將用戶智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)通訊方式連入DCS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的監(jiān)控工作。XP248支持Modbus、協(xié)議HostLink協(xié)議及自定義通訊協(xié)議的智能設(shè)備互聯(lián)。烘箱當(dāng)前的控制系統(tǒng)中，有一臺(tái)西門子S7-200型PLC，CPU型號(hào)為226。為了實(shí)現(xiàn)本文中的升級(jí)改造目的，需要采集烘箱溫度信號(hào)和輸出固態(tài)繼電器（SSR）控制信號(hào)，筆者選用EM235模塊。EM235是西門子S7-200PLC最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。綜上所述，烘箱的自動(dòng)化升級(jí)改造工作需要新增加多串口多協(xié)議通訊卡XP248卡件一塊，六類雙絞線若干米，一塊EM235模塊。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 西門子PLC程序設(shè)計(jì)

PLC編程軟件使用STEP7-Micro/WIN，版本為STEP 7-Micro/WIN32。使用PLC自帶的PID模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，PID控制系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1中，鉑電阻實(shí)測(cè)值與DCS系統(tǒng)設(shè)定的工藝溫度值構(gòu)成控制偏差，將偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）通過(guò)優(yōu)化組合構(gòu)成控制量，對(duì)固態(tài)繼電器（SSR）進(jìn)行控制使得加熱管加熱溫度可控，直到實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定溫度無(wú)偏差為止。

調(diào)用PLC編程軟件中的Modbus從站模塊，將6臺(tái)PLC從站地址依次為03～07，波特率為9600，停止位設(shè)為1，無(wú)校驗(yàn)，建立PLC與DCS系統(tǒng)的通信連接。

2.3.2 DCS系統(tǒng)組態(tài)

利用DCS系統(tǒng)的組態(tài)軟件對(duì)烘箱的工藝流程進(jìn)行組態(tài)，流程圖畫面設(shè)置模擬按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱各工作元件的啟停操作，烘箱的狀態(tài)及溫度等參數(shù)也在流程圖畫面中顯示。調(diào)用Modbus主站模塊，設(shè)置與烘箱的通信連接，將烘箱的運(yùn)行狀態(tài)和溫度參數(shù)上傳至DCS系統(tǒng);DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟停烘箱各工作單元，將上位機(jī)的溫度設(shè)定值，傳送至PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱溫度的自動(dòng)控制。

3 結(jié)論

原烘箱控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，不便于集中控制，需配置專人對(duì)烘箱進(jìn)行操作和監(jiān)視，工藝參數(shù)調(diào)整繁瑣。改造后的烘箱控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度較高，實(shí)現(xiàn)了集中控制功能，由中控室操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一操控，節(jié)省了勞動(dòng)力;同時(shí)，工藝參數(shù)調(diào)整方便快捷，可追溯性強(qiáng)。提高了工作現(xiàn)場(chǎng)的工藝穩(wěn)定性，降低勞動(dòng)成本，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 李艾華，賀建軍，吳同茂.DCS控制系統(tǒng)在過(guò)程實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2007（11）：24-25.endprint

摘 要：使用DCS系統(tǒng)和EM235對(duì)公司現(xiàn)用烘箱進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造，對(duì)溫控系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，由原來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制升級(jí)為DCS系統(tǒng)集中控制。改造后便于管理、工藝參數(shù)可追溯性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：DCS ?EM235 ?烘箱 ?PLC

中圖分類號(hào)：TP273 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0065-01

集散控制系統(tǒng)（DCS）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)。其控制功能完善，人機(jī)界面友好，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、安全可靠、性價(jià)比高，能夠較好地滿足控制的實(shí)時(shí)性、應(yīng)用的多樣性、人機(jī)的交互性的需要，廣泛應(yīng)用于化工、制藥、石油等企業(yè)，并逐漸成為生產(chǎn)過(guò)程控制的主要形式之一[1]。熱風(fēng)循環(huán)烘箱利用蒸汽或電加熱為熱能源，通過(guò)蒸汽或電加熱元件產(chǎn)生熱量，利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行對(duì)流換熱，對(duì)物料進(jìn)行熱量傳遞，并不斷從空氣過(guò)濾器補(bǔ)充新鮮空氣和排除潮濕空氣。在干燥過(guò)程中箱內(nèi)能保持適當(dāng)?shù)南鄬?duì)溫度和濕度，最大特點(diǎn)是大部分熱風(fēng)在箱內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，從而增強(qiáng)了傳質(zhì)和傳熱效果，節(jié)約了能源。整機(jī)噪音小，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，安裝維修方便，適用范圍廣，可干燥各種物料，是通用干燥設(shè)備。

EM235是西門子S7-200PLC最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。

1 升級(jí)前烘箱的工作原理與存在的問(wèn)題

公司現(xiàn)用烘箱采用電加熱元件為熱源，通過(guò)PLC控制烘箱循環(huán)風(fēng)機(jī)、排濕風(fēng)機(jī)的啟停操作，使用固態(tài)繼電器（SSR）和溫控器實(shí)現(xiàn)烘箱加熱溫度的恒溫調(diào)節(jié)。工藝過(guò)程為：烘車裝滿料推入烘箱內(nèi)，首先啟動(dòng)排濕風(fēng)機(jī)，然后啟動(dòng)循環(huán)風(fēng)機(jī)，最后在溫控器上設(shè)定工藝參數(shù)，啟動(dòng)加熱器進(jìn)行加熱工作;烘干結(jié)束后，加熱器自動(dòng)停止工作，風(fēng)機(jī)在一定的延時(shí)后自動(dòng)停止。

現(xiàn)在的工藝操作方式，需要人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟停設(shè)備;由于不同批次物料選用的工藝參數(shù)不同，需要頻繁修改溫控器的控制參數(shù)，而現(xiàn)有溫控器參數(shù)設(shè)定較為繁瑣，實(shí)際操作過(guò)程中常出現(xiàn)操作人員誤設(shè)參數(shù)，導(dǎo)致烘干產(chǎn)品不合格的問(wèn)題存在。烘箱工作過(guò)程中的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、溫度控制情況等都無(wú)監(jiān)控歷史記錄。為了避開電力系統(tǒng)用電波峰段，烘箱加料在白天完成，而烘干作業(yè)都在夜間進(jìn)行，需要在烘干崗位配置專人對(duì)烘箱進(jìn)行操作。

2 烘箱升級(jí)改造方案

升級(jí)改造的總體方案是利用公司現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，新增EM235模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視工作。

2.1 控制系統(tǒng)組成與控制過(guò)程

現(xiàn)用烘箱的控制系統(tǒng)主要由三大部分組成，分別是主控單元、溫度檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。溫度檢測(cè)部分使用PT100鉑電阻，主控單元為S7-200系列PLC，CPU型號(hào)為226，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括風(fēng)機(jī)、固態(tài)繼電器（SSR）和電加熱管組成。升級(jí)改造后的烘箱控制系統(tǒng)是在原有基礎(chǔ)上增加了DCS監(jiān)控系統(tǒng)，并為PLC配置一塊4輸入/1輸出的EM235模塊替代溫控表對(duì)固態(tài)繼電器（SSR）進(jìn)行控制。

控制過(guò)程：白天現(xiàn)場(chǎng)操作人員將物料裝入烘車后，晚上由中控室操作人員在DCS系統(tǒng)上位機(jī)上啟動(dòng)烘箱風(fēng)機(jī)、電加熱系統(tǒng)。鉑電阻采集溫度信號(hào)并通過(guò)EM235模塊送入PLC的CPU中，CPU根據(jù)DCS上位機(jī)設(shè)定的溫度值，進(jìn)行PID運(yùn)算得出控制量，再由EM235輸出到固態(tài)繼電器（SSR）來(lái)控制電加熱管的加熱工作。控制系統(tǒng)使用六類雙絞線將現(xiàn)場(chǎng)6臺(tái)烘箱PLC與DCS系統(tǒng)控制站通訊卡件連接起來(lái)，作為上位機(jī)與PLC的通信介質(zhì)。

2.2 硬件選型

公司現(xiàn)有DCS系統(tǒng)一套，為與烘箱進(jìn)行通信，需要新增一塊通訊卡件。多串口多協(xié)議通訊卡XP248是DCS系統(tǒng)與其它智能設(shè)備（如PLC、變頻器等）互聯(lián)的網(wǎng)間連接設(shè)備，其功能是將用戶智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)通訊方式連入DCS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的監(jiān)控工作。XP248支持Modbus、協(xié)議HostLink協(xié)議及自定義通訊協(xié)議的智能設(shè)備互聯(lián)。烘箱當(dāng)前的控制系統(tǒng)中，有一臺(tái)西門子S7-200型PLC，CPU型號(hào)為226。為了實(shí)現(xiàn)本文中的升級(jí)改造目的，需要采集烘箱溫度信號(hào)和輸出固態(tài)繼電器（SSR）控制信號(hào)，筆者選用EM235模塊。EM235是西門子S7-200PLC最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。綜上所述，烘箱的自動(dòng)化升級(jí)改造工作需要新增加多串口多協(xié)議通訊卡XP248卡件一塊，六類雙絞線若干米，一塊EM235模塊。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 西門子PLC程序設(shè)計(jì)

PLC編程軟件使用STEP7-Micro/WIN，版本為STEP 7-Micro/WIN32。使用PLC自帶的PID模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，PID控制系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1中，鉑電阻實(shí)測(cè)值與DCS系統(tǒng)設(shè)定的工藝溫度值構(gòu)成控制偏差，將偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）通過(guò)優(yōu)化組合構(gòu)成控制量，對(duì)固態(tài)繼電器（SSR）進(jìn)行控制使得加熱管加熱溫度可控，直到實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定溫度無(wú)偏差為止。

調(diào)用PLC編程軟件中的Modbus從站模塊，將6臺(tái)PLC從站地址依次為03～07，波特率為9600，停止位設(shè)為1，無(wú)校驗(yàn)，建立PLC與DCS系統(tǒng)的通信連接。

2.3.2 DCS系統(tǒng)組態(tài)

利用DCS系統(tǒng)的組態(tài)軟件對(duì)烘箱的工藝流程進(jìn)行組態(tài)，流程圖畫面設(shè)置模擬按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱各工作元件的啟停操作，烘箱的狀態(tài)及溫度等參數(shù)也在流程圖畫面中顯示。調(diào)用Modbus主站模塊，設(shè)置與烘箱的通信連接，將烘箱的運(yùn)行狀態(tài)和溫度參數(shù)上傳至DCS系統(tǒng);DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟停烘箱各工作單元，將上位機(jī)的溫度設(shè)定值，傳送至PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱溫度的自動(dòng)控制。

3 結(jié)論

原烘箱控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，不便于集中控制，需配置專人對(duì)烘箱進(jìn)行操作和監(jiān)視，工藝參數(shù)調(diào)整繁瑣。改造后的烘箱控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度較高，實(shí)現(xiàn)了集中控制功能，由中控室操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一操控，節(jié)省了勞動(dòng)力;同時(shí)，工藝參數(shù)調(diào)整方便快捷，可追溯性強(qiáng)。提高了工作現(xiàn)場(chǎng)的工藝穩(wěn)定性，降低勞動(dòng)成本，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 李艾華，賀建軍，吳同茂.DCS控制系統(tǒng)在過(guò)程實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2007（11）：24-25.endprint

摘 要：使用DCS系統(tǒng)和EM235對(duì)公司現(xiàn)用烘箱進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造，對(duì)溫控系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，由原來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制升級(jí)為DCS系統(tǒng)集中控制。改造后便于管理、工藝參數(shù)可追溯性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：DCS ?EM235 ?烘箱 ?PLC

中圖分類號(hào)：TP273 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（c）-0065-01

集散控制系統(tǒng)（DCS）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種計(jì)算機(jī)綜合控制系統(tǒng)。其控制功能完善，人機(jī)界面友好，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、安全可靠、性價(jià)比高，能夠較好地滿足控制的實(shí)時(shí)性、應(yīng)用的多樣性、人機(jī)的交互性的需要，廣泛應(yīng)用于化工、制藥、石油等企業(yè)，并逐漸成為生產(chǎn)過(guò)程控制的主要形式之一[1]。熱風(fēng)循環(huán)烘箱利用蒸汽或電加熱為熱能源，通過(guò)蒸汽或電加熱元件產(chǎn)生熱量，利用風(fēng)機(jī)進(jìn)行對(duì)流換熱，對(duì)物料進(jìn)行熱量傳遞，并不斷從空氣過(guò)濾器補(bǔ)充新鮮空氣和排除潮濕空氣。在干燥過(guò)程中箱內(nèi)能保持適當(dāng)?shù)南鄬?duì)溫度和濕度，最大特點(diǎn)是大部分熱風(fēng)在箱內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，從而增強(qiáng)了傳質(zhì)和傳熱效果，節(jié)約了能源。整機(jī)噪音小，運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，安裝維修方便，適用范圍廣，可干燥各種物料，是通用干燥設(shè)備。

EM235是西門子S7-200PLC最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。

1 升級(jí)前烘箱的工作原理與存在的問(wèn)題

公司現(xiàn)用烘箱采用電加熱元件為熱源，通過(guò)PLC控制烘箱循環(huán)風(fēng)機(jī)、排濕風(fēng)機(jī)的啟停操作，使用固態(tài)繼電器（SSR）和溫控器實(shí)現(xiàn)烘箱加熱溫度的恒溫調(diào)節(jié)。工藝過(guò)程為：烘車裝滿料推入烘箱內(nèi)，首先啟動(dòng)排濕風(fēng)機(jī)，然后啟動(dòng)循環(huán)風(fēng)機(jī)，最后在溫控器上設(shè)定工藝參數(shù)，啟動(dòng)加熱器進(jìn)行加熱工作;烘干結(jié)束后，加熱器自動(dòng)停止工作，風(fēng)機(jī)在一定的延時(shí)后自動(dòng)停止。

現(xiàn)在的工藝操作方式，需要人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟停設(shè)備;由于不同批次物料選用的工藝參數(shù)不同，需要頻繁修改溫控器的控制參數(shù)，而現(xiàn)有溫控器參數(shù)設(shè)定較為繁瑣，實(shí)際操作過(guò)程中常出現(xiàn)操作人員誤設(shè)參數(shù)，導(dǎo)致烘干產(chǎn)品不合格的問(wèn)題存在。烘箱工作過(guò)程中的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、溫度控制情況等都無(wú)監(jiān)控歷史記錄。為了避開電力系統(tǒng)用電波峰段，烘箱加料在白天完成，而烘干作業(yè)都在夜間進(jìn)行，需要在烘干崗位配置專人對(duì)烘箱進(jìn)行操作。

2 烘箱升級(jí)改造方案

升級(jí)改造的總體方案是利用公司現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，新增EM235模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視工作。

2.1 控制系統(tǒng)組成與控制過(guò)程

現(xiàn)用烘箱的控制系統(tǒng)主要由三大部分組成，分別是主控單元、溫度檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。溫度檢測(cè)部分使用PT100鉑電阻，主控單元為S7-200系列PLC，CPU型號(hào)為226，執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括風(fēng)機(jī)、固態(tài)繼電器（SSR）和電加熱管組成。升級(jí)改造后的烘箱控制系統(tǒng)是在原有基礎(chǔ)上增加了DCS監(jiān)控系統(tǒng)，并為PLC配置一塊4輸入/1輸出的EM235模塊替代溫控表對(duì)固態(tài)繼電器（SSR）進(jìn)行控制。

控制過(guò)程：白天現(xiàn)場(chǎng)操作人員將物料裝入烘車后，晚上由中控室操作人員在DCS系統(tǒng)上位機(jī)上啟動(dòng)烘箱風(fēng)機(jī)、電加熱系統(tǒng)。鉑電阻采集溫度信號(hào)并通過(guò)EM235模塊送入PLC的CPU中，CPU根據(jù)DCS上位機(jī)設(shè)定的溫度值，進(jìn)行PID運(yùn)算得出控制量，再由EM235輸出到固態(tài)繼電器（SSR）來(lái)控制電加熱管的加熱工作?？刂葡到y(tǒng)使用六類雙絞線將現(xiàn)場(chǎng)6臺(tái)烘箱PLC與DCS系統(tǒng)控制站通訊卡件連接起來(lái)，作為上位機(jī)與PLC的通信介質(zhì)。

2.2 硬件選型

公司現(xiàn)有DCS系統(tǒng)一套，為與烘箱進(jìn)行通信，需要新增一塊通訊卡件。多串口多協(xié)議通訊卡XP248是DCS系統(tǒng)與其它智能設(shè)備（如PLC、變頻器等）互聯(lián)的網(wǎng)間連接設(shè)備，其功能是將用戶智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過(guò)通訊方式連入DCS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備的監(jiān)控工作。XP248支持Modbus、協(xié)議HostLink協(xié)議及自定義通訊協(xié)議的智能設(shè)備互聯(lián)。烘箱當(dāng)前的控制系統(tǒng)中，有一臺(tái)西門子S7-200型PLC，CPU型號(hào)為226。為了實(shí)現(xiàn)本文中的升級(jí)改造目的，需要采集烘箱溫度信號(hào)和輸出固態(tài)繼電器（SSR）控制信號(hào)，筆者選用EM235模塊。EM235是西門子S7-200PLC最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。綜上所述，烘箱的自動(dòng)化升級(jí)改造工作需要新增加多串口多協(xié)議通訊卡XP248卡件一塊，六類雙絞線若干米，一塊EM235模塊。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 西門子PLC程序設(shè)計(jì)

PLC編程軟件使用STEP7-Micro/WIN，版本為STEP 7-Micro/WIN32。使用PLC自帶的PID模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，PID控制系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1中，鉑電阻實(shí)測(cè)值與DCS系統(tǒng)設(shè)定的工藝溫度值構(gòu)成控制偏差，將偏差的比例（P）、積分（I）、微分（D）通過(guò)優(yōu)化組合構(gòu)成控制量，對(duì)固態(tài)繼電器（SSR）進(jìn)行控制使得加熱管加熱溫度可控，直到實(shí)測(cè)溫度與設(shè)定溫度無(wú)偏差為止。

調(diào)用PLC編程軟件中的Modbus從站模塊，將6臺(tái)PLC從站地址依次為03～07，波特率為9600，停止位設(shè)為1，無(wú)校驗(yàn)，建立PLC與DCS系統(tǒng)的通信連接。

2.3.2 DCS系統(tǒng)組態(tài)

利用DCS系統(tǒng)的組態(tài)軟件對(duì)烘箱的工藝流程進(jìn)行組態(tài)，流程圖畫面設(shè)置模擬按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱各工作元件的啟停操作，烘箱的狀態(tài)及溫度等參數(shù)也在流程圖畫面中顯示。調(diào)用Modbus主站模塊，設(shè)置與烘箱的通信連接，將烘箱的運(yùn)行狀態(tài)和溫度參數(shù)上傳至DCS系統(tǒng);DCS系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟停烘箱各工作單元，將上位機(jī)的溫度設(shè)定值，傳送至PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)烘箱溫度的自動(dòng)控制。

3 結(jié)論

原烘箱控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，不便于集中控制，需配置專人對(duì)烘箱進(jìn)行操作和監(jiān)視，工藝參數(shù)調(diào)整繁瑣。改造后的烘箱控制系統(tǒng)，自動(dòng)化程度較高，實(shí)現(xiàn)了集中控制功能，由中控室操作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一操控，節(jié)省了勞動(dòng)力;同時(shí)，工藝參數(shù)調(diào)整方便快捷，可追溯性強(qiáng)。提高了工作現(xiàn)場(chǎng)的工藝穩(wěn)定性，降低勞動(dòng)成本，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 李艾華，賀建軍，吳同茂.DCS控制系統(tǒng)在過(guò)程實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2007（11）：24-25.endprint