瑞氣PLC、人機界面及其在制氮設備中的應用

隨著我國自動化控制水平的不斷提高，PLC(可編程序控制器)、文本顯示器、觸摸屏已廣泛應用于各行各業(yè)，現(xiàn)將它們作簡單介紹，并闡述其在瑞氣公司制氮設備中的應用。

一、可編程序控制器

在自動化控制領域，PLC是一種重要的控制設備。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)幾百個品種PLC產(chǎn)品，例如：美國AB，德國Siemens，日本三菱、Omron，施耐德，GE等，在PLC應用方面，我國是很活躍的，應用的行業(yè)也很廣。例如鋼鐵、機械、冶金、食品、飲料、包裝、汽車、石化等行業(yè)。從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。

PLC系統(tǒng)的其它設備：

1、編程設備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。

2、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈、按鈕等，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。

3、輸入輸出設備：用于存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。目前，國內(nèi)PLC市場仍以國外產(chǎn)品為主，瑞氣公司主要是采用德國SiemensS7-200系列，它在PLC市場領域中占有率相當高。瑞氣公司根據(jù)工藝的要求、系統(tǒng)控制功能特點、用戶的需要及變壓吸附和再生的技術要求，確定分子篩吸附、再生、均壓等各階段的時間，用梯形圖或指令語句方式編輯PLC控制程序，控制各階段閥門的開關狀態(tài)及有關相應的報警（如：純度、碳位報警等）。如用戶需要在線顯示、修改參數(shù)（如純度、壓力、流量、溫度、露點等）及提供預留給用戶標準信號（如電流信號：4-20mA）作DCS系統(tǒng)。如需要在線顯示、修改參數(shù)要增加模擬量擴展模塊與顯示部分（文本顯示器TD200或觸摸屏顯示）。碳位報警系統(tǒng)：當設備在長期使用過程中，吸附塔內(nèi)分子篩逐漸下沉，當下沉到一定程度，PLC控制系統(tǒng)會發(fā)出間斷聲光報警，即提示用戶應盡快添加分子篩，但系統(tǒng)仍然可繼續(xù)運行，報警同時存在；這時候如果用戶繼續(xù)使用設備，分子篩繼續(xù)下沉到另一個程度，這時制氮機會自動卸壓后停機，同時發(fā)會發(fā)出連續(xù)聲光報警，此時應立即添加分子篩，否則系統(tǒng)拒絕工作。純度報警系統(tǒng)：當產(chǎn)品氣純度達不到預先設定純度值時，PLC控制系統(tǒng)會發(fā)出間斷聲光報警，并對不合格氣體進行排空（有自動排空與手動排空，根據(jù)用戶需求自選）。若不合格氣體連續(xù)排空時間超過1小時，則說明設備存在故障，不能制得合格氣體。控制系統(tǒng)會自動卸壓后停機，并發(fā)出間斷聲光報警。由于壓力、流量、溫度及露點等（電流或電壓信號）這些信號是模擬信號，因此必須通過EM231（模擬量輸入模塊）進行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過PLC編程在TD200或觸摸屏上顯示。根據(jù)這些數(shù)據(jù)再通過PLC編程進行與預置參數(shù)進行比較，超過或低于預置值將發(fā)出報警信號。報警信息詳細內(nèi)容可在TD200或觸摸屏上查找。在純化系統(tǒng)中通過PLC編程可以進行自動加氫控制與閉環(huán)控制；通過PLC編程對溫度進行PID控制。PID控制精度高，波動小，響應快。PID調(diào)節(jié)中，用比例環(huán)節(jié)（P)來決定基本的調(diào)節(jié)響應力度，用微分環(huán)節(jié)（D)來加速對快速變動的響應，用積分環(huán)節(jié)（I)來消除殘留誤差。對PID進行整定時，總是先調(diào)節(jié)比例環(huán)節(jié)，然后一般是調(diào)節(jié)積分環(huán)節(jié)，最后調(diào)節(jié)微分環(huán)節(jié)。

二、文本顯示器

目前國內(nèi)市場上使用的文本顯示器有西門子、HITECH、eView、臺達等品牌。其中西門子TD200文本顯示器最為普遍，它是所有SIMATICS7-200系列操作員界面問題的較好解決方法。TD200連接很簡單，只需用它提供的連接電纜接到CPU22X系列PPI接口上即可。不需要單獨的電源（如果TD200與S7-200系列之間距離超過2.5m,需接額外電源）。背光LCD液晶顯示（即使在逆光情況下也容易看清）。

TD200具有下列用途：

1、顯示信息---顯示最多80條信息，每條信息最多可包含4個變量。

2、在控制系統(tǒng)中起設定和修正參數(shù)的作用，例如：改變動作、報警等的設定值。

3、可以提供8個由用戶自定義的功能鍵。

4、提供密碼保護功能。瑞氣變壓吸附制氮、制氧設備及氮氣純化設備中，一般均配有TD200文本顯示器，它可以方便用戶進行設備運行參數(shù)、狀態(tài)查詢，并能在授權的狀況下對系統(tǒng)參數(shù)進行適當?shù)男薷?，極大地滿足了用戶對產(chǎn)品操作使用簡單有效的要求。典型使用情況如下：1、顯示制氮設備換熱器出口氣體溫度，超溫時自動跳出文字報警信息。

2、氮氣低壓故障報警處理當?shù)獨鈮毫Φ陀谠O定值時，文本顯示器有文字提示。一旦氮氣壓力滿足條件，系統(tǒng)恢復正常，并對故障報警自動復位。

3、超溫故障報警處理當系統(tǒng)由于硬件損壞而引起不正常的加溫，如SSR（固態(tài)繼電器），CPU繼電器的接點、熱電偶等器件的損壞而引起，這些故障須用戶特別小心注意，發(fā)現(xiàn)此故障應立即檢查維修。故障有指示燈閃爍報警，并有文字提示。

4、顯示設備運行的累計時間。

三、瑞氣觸摸屏(人機界面)

在工業(yè)控制領域，隨著生產(chǎn)方式和技術的進步，人機交流的工具已從機械的操作桿、按鈕開關和指示燈等發(fā)展到了友好的觸摸屏和信息面板等。由于人機界面（HMI）產(chǎn)品的應用越來越廣，HMI產(chǎn)品和供應商也越來越多，從技術、產(chǎn)品到市場等各環(huán)節(jié)看，融操作監(jiān)控、數(shù)據(jù)存取、參數(shù)修改功能于一體的HMI已逐漸成為一個相對獨立的產(chǎn)業(yè)門類。

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