應(yīng)用一體化PLC實現(xiàn)氣體智能化供氣

張俊玲

（寧夏寶塔能源化工有限公司，銀川 751500）

智能化供氣系統(tǒng)組態(tài)包括主界面、氣體濃度、流量統(tǒng)計、報警信息和參數(shù)設(shè)置共5部分內(nèi)容。氣源通過調(diào)節(jié)閥和流量計供氣給后端，后端的反饋依據(jù)是氣體濃度值（由氣體分析儀器測得）。一體化PLC控制器對整個供氣工藝進行PID自動模式調(diào)節(jié)控制，而手動供氣調(diào)節(jié)模式下，操作人員依據(jù)經(jīng)驗值可以快速地設(shè)定供氣閥門的開度值，以實現(xiàn)快捷設(shè)置[1]。

1 主界面

圖1 氣體監(jiān)控系統(tǒng)主界面圖Fig.1 Main interface diagram of the gas monitoring system

主界面的組態(tài)界面上包括氣罐、調(diào)節(jié)閥、流量計、PLC控制器、氣體分析儀和后端回流爐。其中，調(diào)節(jié)閥的開度Valve_Manual_Output使用變量%R00027，流量計的瞬時流量N2_FLOW使用變量%R00011，氣體分析儀濃度O2_PPM使用變量%R00001。觸摸屏組態(tài)右上角包括設(shè)備運行狀態(tài)顯示System_Status（停止、手動運行、自動運行和待料運行）使用變量%R00021，顯示日期RTC_DATE使用變量%SR047顯示格式為yyyy-mm-dd，顯示時間RTC_SEC使用變量%SR044顯示格式為HH ：mm：ss，并且在組態(tài)上放置了Alarm Object控件用于顯示實時的告警信息。為了方便用戶的操作控制，主界面下端設(shè)置5個Switch按鈕，主界面按鈕GoToMain使用變量%T00001，氣體濃度按鈕GoToO2使用變量%T00002，流量統(tǒng)計按鈕GoToFlow使用變量%T00005，報警信息按鈕GoToAlarm使用變量%T00004，參數(shù)設(shè)置按鈕GoToPara使用變量%T00003。主界面將氣體流量計、閥門開度、氣體濃度及設(shè)備運行狀態(tài)信息實時呈現(xiàn)在界面上，操作者可以根據(jù)控制要求，針對性地調(diào)整設(shè)置參數(shù)和運行模式，以滿足預期的氣體供氣控制要求[2]。

2 統(tǒng)計和告警

氣體監(jiān)控系統(tǒng)的一個重要參數(shù)就是供氣后端的氣體濃度參數(shù)，為了保證工藝的平穩(wěn)運行需要對濃度ppm值進行實時曲線監(jiān)控和記錄；在保證氣體濃度的前提下對用氣量進行統(tǒng)計和記錄[3]。

應(yīng)用trend Object控件，觸發(fā)ALW_ON使用%S007變量即一直有效。繪制O2_PPM_INT使用變量%R00009。曲線的X坐標為0 s～720 s，曲線的Y坐標為0 ppm～5000 ppm，由于供氣裝置需要進行調(diào)節(jié)控制，PV實際值O2_PPM使用%R00001變量，SV設(shè)定值A(chǔ)uto_SP使用%R00025變量[4]。而氣體的瞬時流量N2_FLOW使用變量%R00011，單位為L/min，累積流量N2_Flow_ACC_LERAL使用變量%R00039，單位為m3，由于累積量的原因需要使～用64位的變量而不是32位，這樣可以避免現(xiàn)存的大值累積量與小的瞬時流量累加時出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失。累計時間Timer1使用%R09000，時間的顯示格式為HH:MM:SS，如果操作者需要對設(shè)備進行復位操作Clear使用%T00022變量，進行點擊操作時%T00022觸發(fā)累計流量%R00039（單位L）和%R00035（m3）清零[5]。

圖2 氣體濃度界面圖Fig.2 Gas concentration interface

圖3 流量統(tǒng)計濃度界面圖Fig.3 Flow statistics concentration interface

在報警信息頁添加Alarm Object控件用于顯示實時的告警信息。在配置信息頁Config中Alarm Configuration中針設(shè)置告警的信息數(shù)目和告警內(nèi)容變量%R00800，在Alarm Point 告警信息配置中添加提示信息內(nèi)容，包括：PID參數(shù)設(shè)置錯誤、氣體濃度測量設(shè)備斷線、氣體流量計斷線、氣體濃度上限告警、氣體濃度下限告警、瞬時流量上限告警和瞬時流量下限告警等。設(shè)備在運行的過程中會根據(jù)變量%R00800的數(shù)值，以枚舉的方式顯示對于的告警信息值，以達到給操作者一個正確的操作依據(jù)[6]。

3 參數(shù)設(shè)置

圖4 報警消息界面圖Fig.4 Alarm message interface diagram

供氣的系統(tǒng)的工作模式有手動和自動兩種，在參數(shù)設(shè)置頁通過Select控件設(shè)置，Auto_Manual使用的變量是%M00001，M變量與T變量不同的是PLC下電之后仍保持記憶狀態(tài)，這樣就避免供氣系統(tǒng)重新上電時需要人工重新設(shè)置的問題。與曲線顯示頁一樣，氣體濃度SV設(shè)定值A(chǔ)uto_SP使用%R00025變量，如果用戶使用自動模式，供氣系統(tǒng)會依據(jù)PID自動調(diào)整閥門的設(shè)定值0～100%開度，而如果用戶使用手動模式就需要根據(jù)當前的實時測量值依據(jù)經(jīng)驗手工調(diào)整閥門的0～100%開度值。上述參數(shù)都是常規(guī)參數(shù)值，為了保證設(shè)備的穩(wěn)定運行需要操作者輸入高級密碼進入非常規(guī)的參數(shù)設(shè)置頁，窗口放置Password Data控件，Password_Input使用變量%R00701，需要注意的是為了保證密碼安全和易用性，輸入密碼長度設(shè)置為6位。

參數(shù)設(shè)置除了上述內(nèi)容以外，還包括傳感器參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、PID參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)時間設(shè)置和IP地址設(shè)置[7]。

1）氣體分析儀：濃度通道測量值%AI001，量程最小值O2_PPM_Min變量%R00003，量程最大值O2_PPM_Max變量%R00005，氣體濃度的修正值O2_PPM_BIAS變量%R00007；流量通道測量值%AI002，量程最小值N2_FLOW_Min變量%R00013，量程最大值N2_FLOW_Max變量%R00015，流量修正值N2_Flow_BIAS變量%R00017。

2）系統(tǒng)時間設(shè)置：RTC_DATE使用的變量依舊是%SR047，RTC_SEC使用的變量依舊是%SR044，與主頁不同的是設(shè)置界面具有編輯功能，主界面為只讀狀態(tài)。

3）IP地址設(shè)置：IP地址使用變量%R02001，操作者可以依次填寫，子網(wǎng)掩碼使用變量%R02003，網(wǎng)關(guān)地址Gateway使用變量%R02005。

4）PID參數(shù)：包括氣體濃度ppm最小值、氣體濃度ppm最大值、KP值、KI值、KD值、最小閥門開度值%、最大閥門開度值%、差值ppm、開度值%和報警差值ppm。

4 邏輯控制

一體化PLC控制需要進行梯形圖編程以實現(xiàn)邏輯控制，其主控制功能包括如下部分[8]：

圖5 參數(shù)設(shè)置界面圖Fig.5 Parameter settings interface

1）AI：將氣體濃度傳感器和氣體流量計的4mA～20mA模擬信號通過量程上下限值變送計算出瞬時值，再加上參數(shù)設(shè)置中的修正值得到瞬時值，以實現(xiàn)外圍儀表的數(shù)據(jù)采集。

2）Screen：當前顯示哪個界面，此時哪個界面對應(yīng)按鈕的Indicator顏色變成激活色，對用戶輸入的密碼進行鑒權(quán)判斷，如果一致才可以進行高級參數(shù)配置。針對氣體濃度ppm進行區(qū)間劃分（分為5段）；如果設(shè)備是運行狀態(tài)且授權(quán)未到期，畫面上的流量指示燈就以1s為周期交替閃爍。

3）Mode：供氣系統(tǒng)多種工作模式下的切換和邏輯控制。

4）ACC：將氣體流量計L/min切換單位至m3，并將流量計的瞬時流量不斷進行累加操作，同時對一體化PLC控制器的運行時鐘不斷進行累加以保證授權(quán)功能的可靠實現(xiàn)。

5）Alarm：依據(jù)氣體濃度范圍、流量計瞬時流量范圍以及邏輯要求，觸發(fā)顯示不同的告警信息內(nèi)容，同時觸發(fā)語音告警動作。

6）Trend：為滿足不同的顯示效果將曲線圖進行1s刷新顯示，X軸為720 s（2min），Y軸為氣體濃度值現(xiàn)場的數(shù)據(jù)變化較大，為了更好地呈現(xiàn)出顯示效果，將5段曲線控件進行疊加，根據(jù)當前數(shù)值范圍選擇顯示的曲線控件，對測量值進行曲線顯示，變量%R00009為濃度測量值。

7）Light：供氣系統(tǒng)除了可以在一體化PLC上操作以外，也可以通過按鈕和指示燈LED指示當前的運行狀態(tài)，依據(jù)當前的運行狀態(tài)進行邏輯判斷并點亮。

5 結(jié)論

本文從組態(tài)主界面、統(tǒng)計告警、參數(shù)設(shè)置和邏輯控制幾個方面介紹了智能供氣系統(tǒng)基于一體化PLC實現(xiàn)供氣的自動和手動調(diào)節(jié)控制。系統(tǒng)通過反饋的氣體濃度值，對供氣閥進行分段PID處理和曲線顯示。經(jīng)測試比較，基于一體化PLC所設(shè)計的智能化供氣裝置，可以快速地實現(xiàn)閥門調(diào)節(jié)和流量值統(tǒng)計，運行高效且穩(wěn)定達到了預期的設(shè)計效果。