摘要： 本文以一臺熱等靜壓機的控制系統為實例，通過分析原控制系統的構成和各部分的功能，給出了其改造或替代方案。 關鍵詞：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 　　自貢硬質合金有限責任公司（以下簡稱自硬公司）耐磨零件分廠304熱等靜壓機是一套八十年代中期由國外引進的設備，其控制系統由ASEA MP-020可編程控制器（含擴展單元兩套）、802KB溫度編程器、407數字式溫度控制器、帶4個設定點的B-2型壓力測量系統、ASEA YQNA可控柜觸發單元以及Honeywell 131型記錄儀構成。 　　該系統因使用時間過長，其溫控儀表、PLC、壓力檢測部分相繼出現故障。改造前，該系統已無法正常自動運行，只能靠人工手動控制完成加工作業。這樣，不但增加了操作工的勞動強度，同時，頂錘產品的加工質量也無法得到保證。 　　為進一步提高產品質量及勞動生產率，保證正常生產，公司要求在盡可能少的資金投入下，全面恢復原有控制系統的所有功能。 1 程控系統改造方案 　　原控制系統的所有功能均集中在S1~S3三個控制柜上。為節約資金，減少不必要的投入，本次改造將原系統中運行較為穩定的電源柜S1，加熱功率控制柜S2予以保留，對S3控制柜進行重新設計，并引入了觸摸屏操作界面，使現場工藝及操作更加直觀、簡單。 控制系統框圖如圖1所示： 圖1 控制系統框圖 1.1 PLC控制部分 　　由于設備的最高工作壓力達到了70MPa，屬于高壓容器，加工工藝對安全性要求極高，現場的各種監視信號和報警信號較多。PLC除接受控制盤按鈕、開關、溫控儀信號、壓力信號外，還將處理結果輸出給各種電磁閥、繼電器、指示燈、報警器等執行元件。同時，PLC還必須與觸摸屏通訊，將各種狀態信息轉送到觸摸屏。 為保證系統的安全性及高可靠性，采用兩臺三菱FX2N-128MR和一臺三菱FX2N-48MR代替原有的PLC。三菱FX2N系列PLC是目前較流行的主流產品，該產品可靠性高，質量穩定，編程在Windows環境下進行，方便且易于維護。 1.1. 1 FX2N-128MR的主要技術參數：  基本單元：64點輸入/64點繼電器輸出；  編程語言：邏輯梯形圖和指令清單（使用步進梯形圖能生成SFC類型程序）；  存儲器容量：8000步內置（使用附加寄存器盒可擴展到16000步）；  指令數量：順序指令27條,步進指令2條,應用指令128條；  運算處理速度：基本指令0.08μS，應用指令1.52至幾百μS。 FX2N-48MR的技術參數與FX2N-128MR大致相同，只在輸入輸出點數上稍有不同。 1.1. 2與原 PLC有關的輸入、輸出改動情況： 　　⑴為配合溫控儀表的工作，新增“啟動/停止”按鈕一個。當其閉合時，PLC接收上升沿觸發輸入，發出一輸出信號給KP1000溫控儀啟動程序執行。當其斷開時作定值溫度運行。增加“復位”按鈕一個（常開），按下后清除當前程序，增加“步進”按鈕一個（常開），按下后跳至下一個程序段運行。 　　⑵取消原來的兩個報警控制器及24V、220V配電，同時PLC所對應的報警輸出線拆除。 　　⑶液位控制器改為直接將BL常閉接點接入PLC。 　　⑷報警器直接由PLC輸出控制（編程），增加報警解除按鈕（常開）、報警測試按鈕（常開）各一個。 　　⑸冷卻水泵熱繼電器常開報警接點直接進PLC。 　　⑹PLC用兩個輸入點接收溫控器輸出的開關量信號： 　　“溫度400℃”狀態信號。當溫度<400℃時，輸出該開關信號； 　　“保溫完成”（或進入保溫）狀態信號：當開始進入某段保溫程序（或當某段保溫程序完成而轉入下一段程序時，輸出該開關信號。 　　⑺取消原系統的“手動/自動“按鈕上的三個接點（AUT-1、AUT-２、AUT-3）及相應的溫控器外部使能開關輸入。 　　⑻將三臺溫控器的HH輸出接點與記錄儀的高溫記錄輸出接點并聯（均為常開），然后送至PLC作保護控制。 　　⑼由于未能訂購到帶五個設定值輸出的壓力控制器，故當測量值>100MPa，產生兩個動作：  繼電器常閉接點斷開，模擬>100MPa的動作。  繼電器常開接點閉合，模擬>105MPa的動作。 1.2溫控部分 　　用先進的人工自智能調節儀KP1000代替407控制器、802SP編程器和802KB控制器，實現溫控過程的全自動化為滿足爐溫加熱均勻，采用了三套大華－千野的KP1000溫控儀，用三個溫度傳感器對三個不同位置的測溫點進行監測。該儀表內含微處理器，具有智能PID多段控制及PID參數自整定功能。可根據設定的參數、曲線，自動跟蹤加熱過程，調整加熱功率，因而能很好完成工件加熱過程。通過對設定參數的調整，能較好地保證加熱的一致性。每臺溫控儀均有自檢、斷偶保護功能，也可設置上限報警。 其控制原理框圖如圖2所示： 圖2 溫控系統原理圖 1.3觸摸屏部分 　　觸摸屏又名智能操作面板，是專為PLC而設計的互動式工作站，自帶微處理器芯片和一定的存儲空間，具備與各品牌的PLC通訊的能力，可實現對PLC內部接點的完全監控。 　　本次改造采用Digital PRO-face觸摸屏，觸摸屏交互式介面的開發是基于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啟動介面： 顯示版權信息。 1.3.2主菜單： 供操作者選擇各功能畫面。 1.3.3自動： 以直觀的工藝流程圖方式，顯示自動操作方式下的各管道、閥門、電機、等靜壓機的工作狀態。 1.3.4手動： 顯示自動操作方式下的各管道、閥門、電機、等靜壓機的工作狀態。 1.3.5歷史報警： 以表格的方式，按時間順序列出所發生的報警事件。 1.3.6報警提示： 替代原系統報警指示器上的的18個報警指示燈，將其移到觸摸屏上顯示。 1.3.7時間設置： 設置充氣平衡延時時間、回氣平衡延時時間、排氣延時時間以及高溫保溫時間。 1.3.8密碼輸入： 輸入手動狀態下允許操作的畫面解鎖密碼，以防誤操作的發生。 1.3.9操作按鍵： 將原控制系統S2控制柜上的12個閥門操作按鈕以程序通訊的方式并聯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表述在觸摸屏上，以備查詢參考。 1.4記錄儀部分： 　　本系統用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警開關量輸出功能，它接收三個加熱溫度傳感器的mv信號和一個壓力信號，并可實時顯示記錄加熱曲線和數值。可保存三個區的加熱歷史數據，無需后背電池，停電數據不丟失。如有必要，數據還可以以太網或1.44MB軟磁盤的方式進行數據的通訊和輸出。 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行替代。真空測量改用國產REBORN-ZDF52電阻真空計，帶兩路設定接點輸出，提供100Pa真空度信號。原系統采用壓力開關提供大氣壓信號，本次改造用真空開關提供大氣壓信號，并將該信號引入中間繼電器進行硬件保護。 1.6其他組成部分 　　氣動系統、冷卻水系統及框架移動、缸蓋起降等均有PLC完成控制。其中的真空度監測、水流壓力檢測等開關量，直接返回給PLC進行處理。 2改造后系統具備的功能 2.1監控功能： 　　以三臺KP1000智能多段式PID溫控儀對三路溫度進行采樣、顯示、控制。 2.2控制功能： 　　控制功能的主要執行單元為三菱PLC，完成整個加工工藝工程，如：手動/自動轉換、真空循環、排氣、啟動泵、增壓、減壓、加熱等功能。 2.3報警功能： 　　因系統長期處于高溫高壓的工作條件下，系統的安全是一個非常重要的因素、本系統可將各種溫度、壓力、真空度的越限和其他異常情況通過聲光信號及時報告給操作者，以便操作者作出及時處理。 2.4觸摸屏顯示操作功能： 　　該功能為新增設計。因觸摸屏介面友好，操作方便，同時可動態直觀地顯示各執行器件的工作狀況，給操作者帶來極大方便。可直接進行設備的啟動、狀態指示、報警記錄等。 3改造效果 　　改造后運行至今未出現故障，且溫控部分效果比原系統有很大的提高，在低溫及高溫段均有不俗的表現。特別是在高溫段三帶溫度均勻一致，穩態下誤差不超過±3℃,解決了改造前溫度波動大的難題。 改造后故障率明顯降低，發生故障時查找方便，修改工藝參數直觀、簡單，操作簡便，各項性能指標均達到或超過原設計要求。 4 結束語 　　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人機界面軟件，對傳統的熱等靜壓程控系統進行改造，不僅具有投資省、見效快的特點，同時，在系統的安全性、穩定性及運行保障維護方面均有不俗的表現。是一套適合我公司生產實際的改造方案，并對其他類似系統的改造具有借鑒意義。 參考文獻： [1] 三菱MELSEC-F系列（FX0---FX2NC）可編程控制器 編程手冊 [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