1 引言
根據用戶需求，作者在設計某企業佐料車間的炒鍋溫度監測報警系統時，將工業過程控制領域中廣泛使用的可編程控制器(PLC)用于現場數據采集和處理，人機界面(HMI)用于工藝配方設定、工藝過程顯示和數據存貯等，取得了滿意的效果。
在企業調研中我們發現:工人在炒佐料的過程中，需要根據不同的時間段和溫度混合不同的原材料，然后進行翻炒，并且在炒制的過程中要嚴格控制炒鍋的溫度，防止佐料被炒壞。所以準確測量車間炒鍋的溫度并在必要時進行報警就直接影響著佐料質量的好壞。而該企業現有佐料車間炒鍋的溫度和時間控制全憑人工經驗控制。溫度測量采用pt100的探頭人工測量，在整個監測過程中發現由于車間工作環境差，工人測量溫度時距離炒鍋很近，很容易被鍋內的液體佐料飛出來傷到:同時，人工溫度測量和時間的把握準確性不高，炒出來的佐料質量參差不齊，沒有一個統一標準，影響產品質量。
針對以上問題，我們選用松下公司的FP-e系列的PLC和觸摸屏設計了一套溫度監測報警系統，以達到提高準確測量溫度和報警的目的。
2 硬件系統設計
2.1 系統結構圖和配置
監控報警系統的硬件結構如圖1所示。由于系統主要是溫度的設置和監測報警，所以PLC的選型中選用了松下FP-e。其輸入信號分別采集就地啟動按鈕、熱電偶信號。輸出信號則用于控制指示燈的顯示、蜂鳴器的報警。
圖1 監控報警系統的硬件結構
2.2 硬件的選型
(1) FP-e控制單元
PLC模塊系統下層的關鍵設備是PLC。該型號的PLC是松下公司開發的新一代的控制器，它是集定時器、計數器、計數器、計時器、溫控器和PLC于一身的控制器。核心部分相當于小型PLCFP0-C14,一方面繼承了FP0的功能，又進一步補充了脈沖輸出、高速計數等功能。
并具有單獨通信用的COM端口(RS-232C、RS-485)。同時還可使用前面的操作按鍵進行機械操作，可使用前面的操作按鍵更改定時器、計數器等的數值。也可以作為輸入鍵(X30～X3F)使用，所以無需在外部設定其他按鍵。由于顯示部分可顯示簡單字母與數值，因而簡單的錯誤信息、操作指示及定時器、計數器的數值等均能夠被顯示。實現了雙屏顯示的功能，適合小型的控制系統開發要求。
(2) MT500系列觸摸屏
采用WeinView的人機界面，MT500系列觸摸屏專門為工業環境設計，它的適用溫度范圍和PLC的使用范圍是一樣的。它主要用途是工藝配方數據存貯、顯示機器狀態和操作參數、改變機器狀態或操作參數、維護機器的運行、直接觸控式屏幕、實時迅速的顯示等。通過它來完成對溫度參數和時間的設定以及顯示。
2.3 數據采集與處理.
松下FP-e PLC本機提供6路開關量輸入和6路開關量輸出，具有固定的I/O地址。由于該檢測報警系統開關輸入量較少，無需增加擴展模塊。由觸點直接送入PLC的開關量輸入端。
由于該型號的PLC集成2路熱電偶信號輸入，所以由熱電偶采集的溫度信號直接進入PLC，由PLC的內部電路進行處理,熱電偶輸入電路如圖2所示:
圖 2 熱電偶輸入電路
3 軟件設計
軟件開發工具PLC程序用FP系列的軟件FPWIN GR開發，實現了現場數據的采集、運算、統計等功能。該編程軟件運行于Windows平臺上，編程語言有梯形圖(LAD)、語句表(STL)。FPWIN GR編程軟件具有非常豐富的編譯工具，可以很容易地修改程序、編譯、調試;并且具有強大的編輯功能，可將程序編輯、存盤、打印，類似Windows風格的人機界面。
3.1 PLC工作過程
系統下層數據采集由松下的FP-e PLC完成，由熱電偶采集的信號直接送到PLC，經過處理后顯示在觸摸屏，采集時間為程序每循環一個掃描周期采集一次數據。由于PLC沒有掉電保持功能，所以由用戶設定的工藝配方數據存儲在觸摸屏存儲器中，然后送給PLC。根據用戶的需要，我們在程序中設置了10種工藝處理方法(見圖3(a))，每種工藝處理方法又分為10道工序(見圖3(b)工序可跟據用戶的參數設置，自動調整工序數量)，而且為確保工序的安全性，工序調整只能由管理人員設定，比如:時間、溫度，當炒鍋內的溫度沒有達到設定值但是時間達到事先設定值的時候，就轉而執行下一道工序;而當炒鍋設定的時間沒有到達而溫度到達時，PLC即檢測到有報警信息，PLC立刻發送報警信息，蜂鳴器報警。
圖 3 工藝工序處理方法
3.2 系統功能
PLC完成的功能主要有:(1)數據監測;(2)自動報警;(4)參數設定。部分自動報警程序如圖4所示:
圖 4 自動報警程序
3.3 溫度采樣修正功能
由于熱電偶與PLC距離較遠，現場工況非常惡劣，從而造成PLC的采樣數據與實際溫度有偏差。系統采用多點取樣，通過PLC程序進行曲線運算修正偏差值，從而使溫度顯示偏差在±0.2℃。
3.4 通訊功能
PLC本機由一個通信口，為標準的RS-232接口，可直接進行PLC與觸摸屏的通信，無需轉換。
4 結束語
文章主要介紹用ＰＬＣ完成終端數據采集與處理、現場設備監測、數據通訊的全過程。該系統已經交付使用，使用過程中證明，整個系統設計合理，系統穩定可靠，操作方便，實現了用戶的全部要求,取得了滿意的效果。