【正文】 模塊進(jìn)行簡單的組態(tài)，便可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控層的各項(xiàng)功能。 I/O 驅(qū)動程序負(fù)責(zé) WinCC flexible 與 I/O 設(shè)備的通信，它將 I/O 設(shè)備寄存器中的數(shù)據(jù)讀出后傳送到 WinCC flexible 的數(shù)據(jù)庫，然后在 觸摸屏 Smart 700IE 的畫面上動態(tài)顯示。 WinCC flexible 組態(tài)軟件在本系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)圖像顯示、現(xiàn)場監(jiān)控、實(shí)時數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)報警和打印記錄等功能。系統(tǒng)可通過菜單顯示畫面的目錄進(jìn)入其它各種畫面，畫面顯示可反映現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況和提示操作功能，并通過上位機(jī)對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控管理。系統(tǒng)主要監(jiān)控畫面包括：系統(tǒng)工藝及整體控制面板畫面、溫度監(jiān)控畫面、排風(fēng)風(fēng)壓監(jiān)控畫面、排濕、前后層流風(fēng)機(jī)和傳送控制畫面、事件記錄畫 面和報警記錄畫面，實(shí)時與歷史趨勢曲線、模擬儀表、數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設(shè)置、功能設(shè)置、控制開關(guān)、報警顯示、操作密碼等按不同的配置分別體現(xiàn)在系統(tǒng)整體和分系統(tǒng)畫面中。其中報警記錄可記錄故障報警和過程報警的實(shí)時信息和歷史信息。本系統(tǒng)打印記錄功能可以打印輸出報表、報警記錄和操作記錄。 系統(tǒng)采用組態(tài)軟件與 PLC 結(jié)合對高溫滅菌系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。利用組態(tài)軟件功能強(qiáng)大、PLC 運(yùn)算速度快、功能指令豐富和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，使該系統(tǒng)不僅具備友好的人機(jī)界面，并且提高了系統(tǒng)的綜合性能與生產(chǎn)管理能力，為管制瓶消毒提供了有力保障。 2 第一章 問題的提出與分析 問題 公司原有一臺高溫滅菌機(jī)，采用單片機(jī)控制溫度的升降及打印機(jī)的運(yùn)行。原系統(tǒng)工作點(diǎn)少，打印效果差，容易受電磁閥的干擾，單溫度探頭。 2020 年 6月，根據(jù)國家新的藥品 GMP 要求，滅菌設(shè)備應(yīng)配備打印機(jī)，且控制的溫度探頭應(yīng)與顯示的溫度探頭分別設(shè)置。原系統(tǒng)滿足不了上述要求，故須進(jìn)行設(shè)備改造。 分析 考慮到高溫滅菌機(jī)的安全性、穩(wěn)定性，以及該系統(tǒng)本身的技術(shù)要求，決定采用 PLC控制系統(tǒng)，代替原來的單片機(jī)控制系統(tǒng)。 設(shè)計時重點(diǎn)考慮以下要點(diǎn)： ； 換溫度探頭，使用有效范圍的溫度探頭，更精確的監(jiān)測到當(dāng)前溫度； 。 技術(shù)要求 經(jīng)過與生產(chǎn)人員、品質(zhì)部人員的商討，對新系統(tǒng)提出幾點(diǎn)要求 : a: 控制溫度可設(shè)定，顯示的溫度探頭應(yīng)安裝于控制溫度探頭附近，溫度應(yīng)能動態(tài)顯示和記錄。 b: 機(jī)內(nèi)壓力應(yīng)保持正壓，并有顯示和記錄 c: 每隔 1分鐘能正確打印出滅菌機(jī)的溫度、機(jī)體內(nèi)的壓力、報警輸出記錄以及當(dāng)前時間。 d: 溫度設(shè)定和顯示應(yīng)方便操作。 f: 溫度波動范圍應(yīng)在177。 ℃以內(nèi)。 3 第二章 系統(tǒng)方案的設(shè)計 PLC 的特點(diǎn) 為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較， PLC 機(jī)有以下特點(diǎn)： 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 工業(yè)生產(chǎn)對控制設(shè)備的可靠性要求： （ 1）平均故障間隔時間長 （ 2）故障修復(fù)時間（平均修復(fù)時間）短 任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種： A、偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)也隨之恢復(fù)正常。但對 PLC 而言，受外 界影響后，內(nèi)部存儲的信息可能被破壞。 B、永久性故障。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。 如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使 PLC在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使 PLC 在惡劣條件消失后自動恢復(fù)正常，這樣就能提高平均故障間隔時間；如果能在 PLC 上增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段，在永久性故障出現(xiàn)時，能很快查出故障發(fā)生點(diǎn)，并將故障限制在局部，就能降低 PLC的平均修復(fù)時間。為此，各 PLC 的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使 PLC除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時給出出錯 信息，停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還使 PLC 具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。 硬件措施 主要模塊均采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路，大量開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的電子存儲器完成， I/O 系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)和信號調(diào)理電路。 ①屏蔽 —— 對電源變壓器、 CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。 ②濾波 —— 對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如 LC 或π型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。 ③電源調(diào)整與保護(hù) —— 對微處理器這個核心部件所需的 +5V 電源，采用多 級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓的影響。 ④隔離 —— 在微處理器與 I/O 電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離 I/O 接口與 CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作；各 I/O 口之間亦彼此隔離。 4 ⑤采用模塊式結(jié)構(gòu) —— 這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時也有助于加快查找故障原因。 軟件措施 。 ①故障檢測 —— 軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、電壓過低及強(qiáng)干擾信號等。 以便及時進(jìn)行處理。 ②信息保護(hù)與恢復(fù) —— 當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時，不破壞 PLC 內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的程序工作。所以， PLC 在檢測到故障條件時，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進(jìn)行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。 ③設(shè)置警戒時鐘 WDT（看門狗） —— 如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了 WDT 規(guī)定的時間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報警。 ④加強(qiáng)對程序的檢查和校驗(yàn) —— 一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行。 ⑤對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備 —— 停電后，利用后備電池供 電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會丟失。 PLC 的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目中，有一項(xiàng)就是抗干擾試驗(yàn)。它要求能承受幅值為 1000V，上升時間 1nS，脈沖寬度為 1μ S 的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時間可達(dá)幾十萬～上千萬小時；制成系統(tǒng)亦可達(dá) 4～ 5萬小時甚至更長時間。 ，控制程序可變，使用方便 PLC 品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變 PLC 的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此， PLC 除應(yīng)用 于單機(jī)控制外，在工廠自動化中也被大量采用。 ，適應(yīng)面廣 現(xiàn)代 PLC 不僅有邏輯運(yùn)算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程。 ，容易掌握 目前，大多數(shù) PLC 仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖 相當(dāng)接近。通過閱讀 PLC 的用戶手冊或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。 5 PLC 在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行（ PLC 內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。 由于 PLC 采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計安 裝接線工作量大為減少。同時， PLC 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量。并且，由于 PLC 的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。 、重量輕、功耗低、維護(hù)方便 PLC 是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于 PLC 的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以西門子公司的 S7200 CN 型 PLC為例：其外型尺寸僅為 305 110 110mm，重量 ，功耗小于 25VA；而且具有很好的抗 振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力?，F(xiàn)在西門子公司又有 S7300、 S7400系列 PLC，與其超小型品種 logo 系列相比：在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活更穩(wěn)定，輸入輸出可達(dá) 24～ 128點(diǎn)。 系統(tǒng)主控制采用 Siemens 公司 S7200 系列的 PLC，型號 CPU224XP CN，它是 Siemens公司推出的通用型可編程序控制器， I/O點(diǎn)數(shù)共 24 個點(diǎn)，可擴(kuò)展。它具有緊湊的機(jī)身設(shè)計，電源、 CPU、存儲器、輸出輸入組成一個單元的可編程序控制器，同時在 AC 電源 DC輸入型中 DC24V 供應(yīng)電源。具有一定的擴(kuò) 展單元，強(qiáng)大的指令功能，為了使系統(tǒng)更加完善，保證信號的通暢，系統(tǒng)還采用了 Siemens 公司 EM232 系列的模擬模塊，型號 6ES7 2320HB220XA0 ，模擬量輸出點(diǎn)數(shù)為 2個點(diǎn)，電壓輸出范圍在 10V 到 +10V 之間，電流輸出范圍為 420mA，輸入阻抗在額定范圍內(nèi)電壓輸出時最小為 5K，電流輸出時最大為。微型打印機(jī)采用煒煌的 RMDIV40SH 微型打印機(jī)，能同時打印兩個溫度值及一個壓力值，能有效記錄滅菌過程的溫度和壓力值。溫度檢測探頭采用瑞典依諾公司溫度傳感器 MEJ101122303， 該傳感器是適用于各種在線高溫控制的環(huán)境或設(shè)備，具有耐高溫、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，監(jiān)測范圍在 0200℃之間，將精確度降低到 ℃，有利于溫度的有效控制。觸摸屏采用 Siemens 公司的 Smart 700 IE。此觸摸屏亮度、分辨率均較好，應(yīng)用廣泛，能滿足本次選型要求。壓差表選用美國 DWYER 公司的 MS111 氣壓表，該壓力表帶有線性開關(guān)控制，能通過調(diào)節(jié)最高壓力值與最低壓力值調(diào)節(jié)報警輸出，從而簡便而又直觀的起到控制作用。 6 第三章 硬件設(shè)計部分 溫度檢測 設(shè)備 溫度傳感器產(chǎn)品特征 不銹鋼 套管封裝，經(jīng)久耐用 活動螺絲固定，使用方便 按照國際 IEC751 國際標(biāo)準(zhǔn)制造，即插即用 多種探頭尺寸可選、適應(yīng)面廣 高精度、高穩(wěn)定、高靈敏 外形小巧，經(jīng)濟(jì)實(shí)用 表 1 溫度傳感器性能 特征性能指標(biāo) 測溫范圍 : 200400℃ 探頭長度 : 5cm/10cm/15cm/20cm 探頭直徑 : Φ5mm 電阻變化 : ℃ 安裝方式 : 活動螺絲固定 螺絲規(guī)格 : M8* 引線長度 : 一般 2米 引線接法 : 三線式 接線方式 : 接線叉 套管材質(zhì) : 不銹鋼 傳感器件 : PT（鉑） 熱電偶的種類 常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國從1988 年 1月 1日起，熱電偶和熱電阻全部按 IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定 S、 B、 E、 K、 R、J、 T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶 。 熱 電偶結(jié)構(gòu)要求 ① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固； ② 兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； ③ 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； ④ 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 熱電偶三線式接法 PT100 溫度傳感器 0℃ 時電阻值為 100Ω ，電阻變化率為 ℃ 。由于其電阻值小，靈敏度高，所以引線的阻值不能忽略不計，采用三線式接法可消除引線線路電阻帶來的測量誤差，原理如下： PT100 引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同 (即 r1=r2=r3)，測量鉑電阻的電路一般 7 是不 平衡電橋，鉑電阻 (Rpt100)作為電橋的一個橋臂電阻，將導(dǎo)線一根 (r1)接到電橋的電源端，其余兩根 (r r3)分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻值的引線電阻，電橋處于平衡狀態(tài)，引線線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響。 圖 2 PT100原理及分度表 電阻式溫度傳感器 (RTD,Resistance Temperature Detector)－一種物質(zhì)材料作成的電阻 ,它會隨溫度的上升而改變電阻值 ,如果它隨溫度的上升而電阻值也跟著上升就稱為正電阻係數(shù) ,如果它隨溫度 的上升而電阻值反而下降就稱為負(fù)電阻系數(shù)。大部分 電阻式溫度傳感器是以金屬作成的 ,其中以鉑 (Pt) 作成的電阻式溫度檢測器 ,最為穩(wěn)定 、 耐酸堿、不會變質(zhì)、相當(dāng)線性 ...,最受工業(yè)界采用。 PT100 溫度傳感器 是一種以鉑 (Pt)作成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數(shù) ,其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下： R=Ro(1+αT) PT100 溫度變送 溫度變送器特點(diǎn) 采用