基于组态软件和FP23智能仪表的温度监控系统设计

摘要： 设计实现了一种分布式温度监控系统，采用基于智能仪表和组态软件为核心的应用平台，运用模块化组态技术，以图形化的方式动态显示微球充氘氚装置中电炉的工作状态，电炉的远程温度控制、数据采集及处理等监测过程等，都可以由此来方便的实现。上述温度监控系统稳定可靠，改善了人机交互环境，并在实验中得到有效可靠地应用。该温控系统对于其他工业现场的自动监控具有通用性。监控系统界面可对分布在现场的多块FP23智能温控表进行读写操作， 可将远程智能温控表集成于控制网络之中，一方面适用于传统热处理间的技术改造，另一方面适用于新建项目的电炉设备配套，极大地方便了现场温控表的操作和控制。适应于现在的温度监控系统，对我们现在的工作具有很多的帮助，文章借以此，提出建议，希望对现实工作具有更多的指导意义。

Abstract： This paper presents a new distributed temperature control system which was designed and manufactured for controlling electric fornace and monitoring interrelated temperature parameters in course of the high pressure deuterium or tritium gas soaks into tiny balls. By configuration design technique， various of functional windows were designed to achieve the good maintainability and reliability of the system above-mentioned. A set of intelligent instruments and a suit of monitoring configuration software were used as the kernel of the remote monitoring system. A graphical human machine interface was applied to display the realtime status and error treatments of the system， which made the operation of this system easier and safer for the operators. The experiments have demonstrated its reliability and effective. The temperature control system for automatic monitoring of other industrial site versatility. Monitoring system interface can be distributed across multiple site FP23 intelligent temperature controller to read and write operations can be remotely intelligent temperature controller integrated in the control network， on the one hand between the heat treatment applied to traditional technological innovation， the other applicable electric equipment in supporting new projects， which greatly facilitates the scene temperature table operation and control. Adapted to the current temperature monitoring system， we are now working with a lot of help， through this article， suggestions， we want to work with more realistic guiding significance.

关键词： 智能仪表；系统组态；PID；分布式系统

Key words： intelligent instrument；system configuration；PID；distributed system

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）20-0208-03

0 引言

智能温控仪采用微型计算机接口技术，具有自适应、自学习的能力，具有可编程性，可记忆特性，具有四则运算、逻辑判断、命令识别等运算功能，其内置微处理器，温度控制在工业领域有着非常广泛的应用[1]。智能仪表在过程控制中可以完成自动控制的功能，提供了工业标准的RS485通信接口及相关协议，同时还能进行智能控制即集中控制和管理[2]。

1 温度控制系统控制策略的选择

温度控制系统多采用分离的温度调节仪表和基于PLC的闭环反馈控制系统两种控制方案[3]。前者多应用于经济型的温度控制系统中，该控制方案具有价格低的优势，但在控制功能上受到很多限制。后者多用于精确高档型的温度控制系统中，成本较高，内部控制策略、算法较为复杂，会降低PLC运行效率。

近年推出的智能温控表自带PID控制和模糊控制等功能，温度模拟量信号完全可以不进入PLC，温度回路的闭环调节功能由智能温控表来独立完成，实现对温度模拟量的闭环测量和控制。本文控制策略以温控仪作为控制核心，可大大减轻PLC的运行负担，提高其运行效率。另外，该策略以温控仪通信口连接上位机，可实现人机交互、图形显示、数据处理、报表打印等功能。

2 FP23智能仪表通信原理

在系统的开发中选用了配置有RS485通信接口的FP23温控仪，利用该接口通过编制相应的通信驱动程序即可以实现上位计算机与温控仪的信息交互。由于计算机提供的都是RS232串口，因此计算机与温控仪的通信采用RS232/RS485转换器。上、下位机采用主、从方式进行通信，多台仪表的通信靠地址（设备号）的不同来区分。通信中，发送方需将发送线置于低阻态，发送完成后，发送线需重新恢复到高阻关闭态。接收方在接收数据完成后，又成为发送方。通讯时，上位机必须根据温控仪设定的地址，共同约定的数据格式、波特率等通讯规约，发送通信文件，下位温控仪在接收地址、字符格式和校验正确后才能进行正常的通信。FP23温控仪通信应答格式与上位机通信发送格式大同小异，具体可参照生产厂家随产品附带的温控仪通信协议[4]。

3 分布式监控系统

3.1 温度控制系统组成 该控制系统由研华IPC工控机、串口转换模块、FP23智能温控仪表、固态继电器、加热炉、热电偶等组成。该系统设计成分布式（DCS）控制系统，采用3级控制结构，上位机（最高级）采用工控微机作集中管理机，实施上位监视和控制，下位机（次高级）采用多台FP23智能仪表，实施分散控制，为确保系统的高可靠性，DCS系统应既可以由上位微机控制管理，亦可降级至控制柜面板分散控制或手动控制.温度控制系统组成见图1。

上位机选用研华工控机作为现场的监控操作站，通过RS232到RS485转换器连接多台FP23智能仪表，实现双向、高速数据通信，能够完成配方的下载、管理，关键工艺参数的设定，实现控温过程的温度曲线、运行状况记录。同时在上位机上运行监控软件，实现整个系统的工艺流程、图表显示和故障报警处理等功能。FP23智能仪表作为系统的下机位，按照上位机给定的工艺参数进行现场炉温测量与调节，亦可脱离上位机单独运行。由PID调节器输出的开关控制信号送入固态继电器，调节电炉的加热功率，来达到精确的控温效果。加热系统主要由电炉和床体两部分组成。加热系统分为3个温度区，每个分区的温度设定值可各不相同。控制系统中对象的扰动主要有：各分区间按照工艺要求所设定温度值的差异、电炉外壳冷却水流量变化带走的热量的变化等。

3.2 温度控制原理图如图2。

4 监控程序的设计

4.1 通讯设计 由于三台FP23温控仪表通过RS485通讯接口与上位机进行通讯，现对温控系统进行分布查询通讯设计，其流程如图3。

4.2 系统参数设定 为了实现温控表与PLC或上位机的串行通信，需对FP23温控表进行通信参数设定。FP23温控表的参数设定如下：Add=1-3（分别为3块温控表的地址），BPS=2（通信速率为9600bit/s），BIT=3（7位数据位，奇校验，2位停止位），INT=150（发送时间间隔为150ms）。

4.2.1 曲线运行参数设置 在上位机进行组态软件编程，按工艺流程温控要求创建温度设置曲线（多段曲线）库，存于上位机，并可随时修改温控参数（升温速率，SV，PID号等）；通过组态软件在上位机的控制界面中进行曲线设置脚本程序编写，形成图4设置窗口。

4.2.2 温控仪PID参数设置 下载温度设置曲线至温控仪，在图5窗口显示设置曲线并可自动进行PID自整定，将每步PID参数自动置曲线库对应曲线的PID参数，以备工艺实验温控调用。当然也允许手动修改对应曲线的PID参数，已达到更精细的控制要求。

4.3 温度控制动态曲线监控 温控参数设置和相关数据通讯由温控仪RS485与上位机（一体机）串口实现。上位机组态软件动态曲线通过程序形窗口曲线，如图6所示，温度控制的功能是：在曲线库里选择整定后的温度设置曲线下载至温控仪，进行对应的温控对象控制，并在上位机监控界面上上载显示温度设置曲线（粗线），同时实时显示温度运行曲线（细线）运行情况。

4.4 数据管理 其文件名是由软件自动命名的文件名，包含了工艺始运行的日期、时间、炉号、工艺名称等重要信息，查找起来一目了然，可通自由报表窗口菜单项打开、查看或打印。完整的曲线是热处理品质保证的有力依据，也是技术员做质量分析的必不可少的参考资料，这意味着曲线的显示和打印是管理系统中十分重要的一环。

5 结论

该温控系统采用计算机分布式控制，利用基于组态软件设计的FP23温控仪与计算机的串口通信及，实现人机界面对工业现场仪表的实时监控，对加热电炉实行集中控制和管理，实现了生产过程自动化，并提高了控温水平。

参考文献：

[1]袁秀英.组态控制技术[M].北京：电子工业出版社，2003：18-19.

[2]李志全.智能仪表设计原理及其应用[M].上海：华东理工大学出版社，2003：23-27.

[3]何衍庆，俞金寿，蒋慰孙.工业生产过程控制[M].北京：化学工业出版社，2005：35-39.

[4]日本岛电公司FP23温控仪通讯协议[S].北京：希曼顿技术资料，2003：4-5.

[5]邓云伟等.基于PLC的塑料微球充氘氚远程监控系统设计与实现[J].计算机测量与控制，2011，5：1073.