瑞氣PLC、人機界面及其在制氮設備中的應用

隨著(zhù)我國自動(dòng)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)，現將它們作簡(jiǎn)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(dòng)化控制領(lǐng)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(jiǎn)單等特點(diǎn)。目前，世界上有200多廠(chǎng)家生產(chǎn)幾百個(gè)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(chē)、石化等行業(yè)。從結構上分，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、內存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和數據，用掃描的方式采集由現場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數據，并存入規定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯誤等。進(jìn)入運行后，從用戶(hù)程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規定的任務(wù)產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實(shí)現它們之間聯(lián)系的數據、控制及狀態(tài)總線(xiàn)構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線(xiàn)接口及有關(guān)電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。CPU速度和內存容量是PLC的重要參數，它們決定著(zhù)PLC的工作速度，IO數量及軟件容量等，因此限制著(zhù)控制規模。

PLC系統的其它設備：

1、編程設備：編程器是PLC開(kāi)發(fā)應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控PLC及PLC所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場(chǎng)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(jiǎn)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(lái)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(hù)數據，如EPROM、EEPROM寫(xiě)入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。目前，國內PLC市場(chǎng)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(chǎng)領(lǐng)域中占有率相當高。瑞氣公司根據工藝的要求、系統控制功能特點(diǎn)、用戶(hù)的需要及變壓吸附和再生的技術(shù)要求，確定分子篩吸附、再生、均壓等各階段的時(shí)間，用梯形圖或指令語(yǔ)句方式編輯PLC控制程序，控制各階段閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及有關(guān)相應的報警（如：純度、碳位報警等）。如用戶(hù)需要在線(xiàn)顯示、修改參數（如純度、壓力、流量、溫度、露點(diǎn)等）及提供預留給用戶(hù)標準信號（如電流信號：4-20mA）作DCS系統。如需要在線(xiàn)顯示、修改參數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：當設備在長(cháng)期使用過(guò)程中，吸附塔內分子篩逐漸下沉，當下沉到一定程度，PLC控制系統會(huì )發(fā)出間斷聲光報警，即提示用戶(hù)應盡快添加分子篩，但系統仍然可繼續運行，報警同時(shí)存在；這時(shí)候如果用戶(hù)繼續使用設備，分子篩繼續下沉到另一個(gè)程度，這時(shí)制氮機會(huì )自動(dòng)卸壓后停機，同時(shí)發(fā)會(huì )發(fā)出連續聲光報警，此時(shí)應立即添加分子篩，否則系統拒絕工作。純度報警系統：當產(chǎn)品氣純度達不到預先設定純度值時(shí)，PLC控制系統會(huì )發(fā)出間斷聲光報警，并對不合格氣體進(jìn)行排空（有自動(dòng)排空與手動(dòng)排空，根據用戶(hù)需求自選）。若不合格氣體連續排空時(shí)間超過(guò)1小時(shí)，則說(shuō)明設備存在故障，不能制得合格氣體?？刂葡到y會(huì )自動(dòng)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(diǎn)等（電流或電壓信號）這些信號是模擬信號，因此必須通過(guò)EM231（模擬量輸入模塊）進(jìn)行A/D轉換，然后通過(guò)PLC編程在TD200或觸摸屏上顯示。根據這些數據再通過(guò)PLC編程進(jìn)行與預置參數進(jìn)行比較，超過(guò)或低于預置值將發(fā)出報警信號。報警信息詳細內容可在TD200或觸摸屏上查找。在純化系統中通過(guò)PLC編程可以進(jìn)行自動(dòng)加氫控制與閉環(huán)控制；通過(guò)PLC編程對溫度進(jìn)行PID控制。PID控制精度高，波動(dòng)小，響應快。PID調節中，用比例環(huán)節（P)來(lái)決定基本的調節響應力度，用微分環(huán)節（D)來(lái)加速對快速變動(dòng)的響應，用積分環(huán)節（I)來(lái)消除殘留誤差。對PID進(jìn)行整定時(shí)，總是先調節比例環(huán)節，然后一般是調節積分環(huán)節，最后調節微分環(huán)節。

二、文本顯示器

目前國內市場(chǎng)上使用的文本顯示器有西門(mén)子、HITECH、eView、臺達等品牌。其中西門(mén)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(wèn)題的較好解決方法。TD200連接很簡(jiǎn)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(guò)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(gè)變量。

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

3、可以提供8個(gè)由用戶(hù)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(hù)進(jìn)行設備運行參數、狀態(tài)查詢(xún)，并能在授權的狀況下對系統參數進(jìn)行適當的修改，極大地滿(mǎn)足了用戶(hù)對產(chǎn)品操作使用簡(jiǎn)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(shí)自動(dòng)跳出文字報警信息。

2、氮氣低壓故障報警處理當氮氣壓力低于設定值時(shí)，文本顯示器有文字提示。一旦氮氣壓力滿(mǎn)足條件，系統恢復正常，并對故障報警自動(dòng)復位。

3、超溫故障報警處理當系統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(diǎn)、熱電偶等器件的損壞而引起，這些故障須用戶(hù)特別小心注意，發(fā)現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(shí)間。

三、瑞氣觸摸屏(人機界面)

在工業(yè)控制領(lǐng)域，隨著(zhù)生產(chǎn)方式和技術(shù)的進(jìn)步，人機交流的工具已從機械的操作桿、按鈕開(kāi)關(guān)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(lái)越廣，HMI產(chǎn)品和供應商也越來(lái)越多，從技術(shù)、產(chǎn)品到市場(chǎng)等各環(huán)節看，融操作監控、數據存取、參數修改功能于一體的HMI已逐漸成為一個(gè)相對獨立的產(chǎn)業(yè)門(mén)類(lèi)。

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