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)主路硅元件溫度過高,，超過限定值時(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 通過編制相應(yīng)的軟件來完成。
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），而且要簡單明了,，易于操作人員正確的執(zhí)行操作,。考慮系統(tǒng)所需監(jiān)控的過程變量和實(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流值、過壓值進(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)界面與過程之間通過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
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。