大直径lpe炉控制系统的设计与实现

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1、大直径LPE炉控制系统的设计与实现金丹沈昱明上海理工大学AbstractTheprocedureandmethodforbuildingoftheLPEfurnacecontrolsystemarediscussedinthispaper.ThePLCandtheconfigurationsoftwareareemphasisedhere.Keywords:controlsystemconfigurationPLC摘要本文介绍了大直径LPE炉控制系统设计与实现的过程与方法。着重介绍了底层控制器PLC与世纪星组态软件的开发与使用。关键词：控制系统世纪星组态软件PLC1、引言炉温控制是控制领域中较

2、常见也很重要的一部分。随着计算机技术的发展，良好的人机接口（MMI）已成为广大工程技术人员的迫切需求。工程项目的实际设计过程中，如何提供一个直观、实时、有效、可靠的MMI，保证技术人员能够实时进行参数调整、运行状态监控、设备启停，已受到工程技术人员的高度重视。2、控制系统的方案设计LPE炉是生产LPE精密传感器的专用炉。LPE传感器的制作工艺要求高，控制动作复杂，要求控制及时可靠。基于以上特点，底层控制器采用PLC,计算机监控部分采用工控组态软件开发监控软件。控制系统结构如图2-1所示：2-1LPE炉控制系统结构图2.1、主要控制要求（1）、控制参数：3只热电耦温度控制，2只质量流量计，拉杆马

3、达（速度、加速度和位移），真空泵启停、气体阀门开关、炉子移动。（2）、控制系统可根据设定参数自动运行，即可实现自动控制。（3）、操作员可随时根据现场情况进行手动操作，即可实现手动控制。2.2、控制站系统对控制精度要求较高；因设备处于长时间运行状态，要求高可靠性；现场控制设备较多，控制器需要有较强的通用性。PLC可靠性高，运行速度快，与其他装置连接方便，编程方式简洁，程序易修改，开发周期短，维护方便，体积小巧，故底层控制器采用三菱Fx2n型PLC。扩展两块AD模块，用于与现场设备连接。PLC可实现全部的自动控制，从而避免了上位监控机可靠性较低可能带来的危险。2.3、操作站操作站中上位计算机运行

4、监控软件，可模拟现场系统运行情况，并提供手动控制功能。同时实现实时数据显示、历史数据查询、报表打印、报警显示等功能。工控组态软件提供了良好的人机交互界面，可提供灵活的组态工具和模块，便于维护和扩充，可靠性高，系统开发速度快，简化了编程工作。故控制系统采用世纪星工控组态软件开发上位机监控软件。3、控制系统主要功能的实现下面简述控制系统关键技术的实现方法。3.1、PLC控制的实现用PLC实现控制功能技术已较为完善，所以这里只介绍炉温控制部分。PID控制是应用最广泛的一种控制规律。在LPE炉温控制中采用PID控制，其中P、I、D参数整定已积累了大量的实践经验，可根据经验值反复测试即可得到理想的温控曲

5、线。本系统中，PID调节器由PLC开发其内部PID控制命令实现。PLC炉温控制系统简单示意图如图2-1所示：3-1PLC炉温控制系统示意图温度给定值PID控制器执行机构LPE炉PLCA/D热电耦3.2、监控软件的组态设计过程3.2.1、画面组态LPE炉监控软件根据实时模拟工艺流程以及数据处理要求，组态有主操作界面、历史数据处理界面及温控曲线界面等共13个界面。主操作界面如图3-2所示：3-2主操作界面3.2.2、建立实时数据库世纪星的实时数据库具有一般DBMS的基本功能。包括永久数据管理、有效的数据存取、事务管理、安全性检验、可靠性控制等功能。在开发系统中打开浏览器，在变量字典中进行变量新建、

6、组建、修改等操作。3.2.3、I/O设备的数据采集与回送世纪星的I/O驱动器直接负责从设备采集实时数据并将操作命令下达给设备。接口协议采用PLC标准编程口协议，通过FX系列编程线的物理接口，以串行通讯方式进行数据交换。首先在设备驱动管理器中选择三菱FX2n型PLC和通信方式，指定设备对象名和通信地址，安装驱动程序。通讯协议如下：传输规格：RS232标准，异步双向波特率：9600bps校验：偶验证：和字符发送规格：起始位7位数据位b0-b6的校验位停止位0B0B1B2B3B4B5B6P然后，在数据库中指定变量对应的软元件、元件地址和数据转换方式等。实现数据的连接。在组态画面中选取图形控件，在百分

7、比填充、模拟报警、滑动杆、可见/隐含、数据输入/输出、按键操作等选项中指定相应变量实现动画连接。3.2.4、配方管理在LPE传感器的生长与烘烤过程中，不同条件下温度的设定值各不相同。对于不同的生长与烘烤情况，同一条件下的温度设定值也有所不同。所以根据多次实践经验，LPE生产过程的温度参数值总结为多种配方。需要监控软件具有配方保存、修改以及调用功能。在监控组态软件中，配方就是一个二维参数表。参数表的