基于DCS系统和EM235的烘箱自动化升级改造

1、 基于DCS系统和EM235的烘箱自动化升级改造 马伟+崔玉明+米玺学+殷会刚+刘建成摘 要：使用DCS系统和EM235对公司现用烘箱进行自动化升级改造，对温控系统、电气控制系统进行升级改造，由原来的现场手动控制升级为DCS系统集中控制。改造后便于管理、工艺参数可追溯性强。Key：DCS EM235 烘箱 PLC：TP273 ：A ：1674-098X（2014）10（c）-0065-01集散控制系统（DCS）是以微处理器为基础，综合运用了计算机技术、图形显示技术、网络通信技术和自动化控制技术，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种计算机综合控制系统。其控制功能完善，人机界面友好，

2、安装调试简单、安全可靠、性价比高，能够较好地满足控制的实时性、应用的多样性、人机的交互性的需要，广泛应用于化工、制药、石油等企业，并逐渐成为生产过程控制的主要形式之一1。热风循环烘箱利用蒸汽或电加热为热能源，通过蒸汽或电加热元件产生热量，利用风机进行对流换热，对物料进行热量传递，并不断从空气过滤器补充新鲜空气和排除潮湿空气。在干燥过程中箱内能保持适当的相对温度和湿度，最大特点是大部分热风在箱内进行循环，从而增强了传质和传热效果，节约了能源。整机噪音小，运转平衡，安装维修方便，适用范围广，可干燥各种物料，是通用干燥设备。EM235是西门子S7-200PLC最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟

3、量输入和1路模拟量输出功能。1 升级前烘箱的工作原理与存在的问题公司现用烘箱采用电加热元件为热源，通过PLC控制烘箱循环风机、排湿风机的启停操作，使用固态继电器（SSR）和温控器实现烘箱加热温度的恒温调节。工艺过程为：烘车装满料推入烘箱内，首先启动排湿风机，然后启动循环风机，最后在温控器上设定工艺参数，启动加热器进行加热工作;烘干结束后，加热器自动停止工作，风机在一定的延时后自动停止。现在的工艺操作方式，需要人工现场手动启停设备;由于不同批次物料选用的工艺参数不同，需要频繁修改温控器的控制参数，而现有温控器参数设定较为繁琐，实际操作过程中常出现操作人员误设参数，导致烘干产品不合格的问题存在。烘

4、箱工作过程中的风机运行状态、温度控制情况等都无监控历史记录。为了避开电力系统用电波峰段，烘箱加料在白天完成，而烘干作业都在夜间进行，需要在烘干岗位配置专人对烘箱进行操作。2 烘箱升级改造方案升级改造的总体方案是利用公司现有的DCS系统，新增EM235模块，实现对烘箱的远程控制与监视工作。2.1 控制系统组成与控制过程现用烘箱的控制系统主要由三大部分组成，分别是主控单元、温度检测、执行机构。温度检测部分使用PT100铂电阻，主控单元为S7-200系列PLC，CPU型号为226，执行机构包括风机、固态继电器（SSR）和电加热管组成。升级改造后的烘箱控制系统是在原有基础上增加了DCS监控系统，并为P

5、LC配置一块4输入/1输出的EM235模块替代温控表对固态继电器（SSR）进行控制。控制过程：白天现场操作人员将物料装入烘车后，晚上由中控室操作人员在DCS系统上位机上启动烘箱风机、电加热系统。铂电阻采集温度信号并通过EM235模块送入PLC的CPU中，CPU根据DCS上位机设定的温度值，进行PID运算得出控制量，再由EM235输出到固态继电器（SSR）来控制电加热管的加热工作。控制系统使用六类双绞线将现场6台烘箱PLC与DCS系统控制站通讯卡件连接起来，作为上位机与PLC的通信介质。2.2 硬件选型公司现有DCS系统一套，为与烘箱进行通信，需要新增一块通讯卡件。多串口多协议通讯卡XP248是

6、DCS系统与其它智能设备（如PLC、变频器等）互联的网间连接设备，其功能是将用户智能系统的数据通过通讯方式连入DCS系统中，实现对现场智能设备的监控工作。XP248支持Modbus、协议HostLink协议及自定义通讯协议的智能设备互联。烘箱当前的控制系统中，有一台西门子S7-200型PLC，CPU型号为226。为了实现本文中的升级改造目的，需要采集烘箱温度信号和输出固态继电器（SSR）控制信号，笔者选用EM235模块。EM235是西门子S7-200PLC最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。综上所述，烘箱的自动化升级改造工作需要新增加多串口多协议通讯卡XP248

7、卡件一块，六类双绞线若干米，一块EM235模块。2.3 软件设计2.3.1 西门子PLC程序设计PLC编程软件使用STEP7-Micro/WIN，版本为STEP 7-Micro/WIN32。使用PLC自带的PID模块实现对烘箱温度的自动调节，PID控制系统图如图1所示。图1中，铂电阻实测值与DCS系统设定的工艺温度值构成控制偏差，将偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过优化组合构成控制量，对固态继电器（SSR）进行控制使得加热管加热温度可控，直到实测温度与设定温度无偏差为止。调用PLC编程软件中的Modbus从站模块，将6台PLC从站地址依次为0307，波特率为9600，停止位设为1，无

8、校验，建立PLC与DCS系统的通信连接。2.3.2 DCS系统组态利用DCS系统的组态软件对烘箱的工艺流程进行组态，流程图画面设置模拟按钮实现对烘箱各工作元件的启停操作，烘箱的状态及温度等参数也在流程图画面中显示。调用Modbus主站模块，设置与烘箱的通信连接，将烘箱的运行状态和温度参数上传至DCS系统;DCS系统远程启停烘箱各工作单元，将上位机的温度设定值，传送至PLC实现对烘箱温度的自动控制。3 结论原烘箱控制系统自动化程度较低，不便于集中控制，需配置专人对烘箱进行操作和监视，工艺参数调整繁琐。改造后的烘箱控制系统，自动化程度较高，实现了集中控制功能，由中控室操作人员对现场设备进行统一操控

9、，节省了劳动力;同时，工艺参数调整方便快捷，可追溯性强。提高了工作现场的工艺稳定性，降低劳动成本，获得了很好的经济效益。Reference1 李艾华，贺建军，吴同茂.DCS控制系统在过程实验室中的应用J.工业控制计算机，2007（11）：24-25.endprint摘 要：使用DCS系统和EM235对公司现用烘箱进行自动化升级改造，对温控系统、电气控制系统进行升级改造，由原来的现场手动控制升级为DCS系统集中控制。改造后便于管理、工艺参数可追溯性强。Key：DCS EM235 烘箱 PLC：TP273 ：A ：1674-098X（2014）10（c）-0065-01集散控制系统（DCS）是以微

10、处理器为基础，综合运用了计算机技术、图形显示技术、网络通信技术和自动化控制技术，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种计算机综合控制系统。其控制功能完善，人机界面友好，安装调试简单、安全可靠、性价比高，能够较好地满足控制的实时性、应用的多样性、人机的交互性的需要，广泛应用于化工、制药、石油等企业，并逐渐成为生产过程控制的主要形式之一1。热风循环烘箱利用蒸汽或电加热为热能源，通过蒸汽或电加热元件产生热量，利用风机进行对流换热，对物料进行热量传递，并不断从空气过滤器补充新鲜空气和排除潮湿空气。在干燥过程中箱内能保持适当的相对温度和湿度，最大特点是大部分热风在箱内进行循环，从而增强了传质

11、和传热效果，节约了能源。整机噪音小，运转平衡，安装维修方便，适用范围广，可干燥各种物料，是通用干燥设备。EM235是西门子S7-200PLC最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。1 升级前烘箱的工作原理与存在的问题公司现用烘箱采用电加热元件为热源，通过PLC控制烘箱循环风机、排湿风机的启停操作，使用固态继电器（SSR）和温控器实现烘箱加热温度的恒温调节。工艺过程为：烘车装满料推入烘箱内，首先启动排湿风机，然后启动循环风机，最后在温控器上设定工艺参数，启动加热器进行加热工作;烘干结束后，加热器自动停止工作，风机在一定的延时后自动停止。现在的工艺操作方式，需要人工现场

12、手动启停设备;由于不同批次物料选用的工艺参数不同，需要频繁修改温控器的控制参数，而现有温控器参数设定较为繁琐，实际操作过程中常出现操作人员误设参数，导致烘干产品不合格的问题存在。烘箱工作过程中的风机运行状态、温度控制情况等都无监控历史记录。为了避开电力系统用电波峰段，烘箱加料在白天完成，而烘干作业都在夜间进行，需要在烘干岗位配置专人对烘箱进行操作。2 烘箱升级改造方案升级改造的总体方案是利用公司现有的DCS系统，新增EM235模块，实现对烘箱的远程控制与监视工作。2.1 控制系统组成与控制过程现用烘箱的控制系统主要由三大部分组成，分别是主控单元、温度检测、执行机构。温度检测部分使用PT100铂

13、电阻，主控单元为S7-200系列PLC，CPU型号为226，执行机构包括风机、固态继电器（SSR）和电加热管组成。升级改造后的烘箱控制系统是在原有基础上增加了DCS监控系统，并为PLC配置一块4输入/1输出的EM235模块替代温控表对固态继电器（SSR）进行控制。控制过程：白天现场操作人员将物料装入烘车后，晚上由中控室操作人员在DCS系统上位机上启动烘箱风机、电加热系统。铂电阻采集温度信号并通过EM235模块送入PLC的CPU中，CPU根据DCS上位机设定的温度值，进行PID运算得出控制量，再由EM235输出到固态继电器（SSR）来控制电加热管的加热工作。控制系统使用六类双绞线将现场6台烘箱P

14、LC与DCS系统控制站通讯卡件连接起来，作为上位机与PLC的通信介质。2.2 硬件选型公司现有DCS系统一套，为与烘箱进行通信，需要新增一块通讯卡件。多串口多协议通讯卡XP248是DCS系统与其它智能设备（如PLC、变频器等）互联的网间连接设备，其功能是将用户智能系统的数据通过通讯方式连入DCS系统中，实现对现场智能设备的监控工作。XP248支持Modbus、协议HostLink协议及自定义通讯协议的智能设备互联。烘箱当前的控制系统中，有一台西门子S7-200型PLC，CPU型号为226。为了实现本文中的升级改造目的，需要采集烘箱温度信号和输出固态继电器（SSR）控制信号，笔者选用EM235模

15、块。EM235是西门子S7-200PLC最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。综上所述，烘箱的自动化升级改造工作需要新增加多串口多协议通讯卡XP248卡件一块，六类双绞线若干米，一块EM235模块。2.3 软件设计2.3.1 西门子PLC程序设计PLC编程软件使用STEP7-Micro/WIN，版本为STEP 7-Micro/WIN32。使用PLC自带的PID模块实现对烘箱温度的自动调节，PID控制系统图如图1所示。图1中，铂电阻实测值与DCS系统设定的工艺温度值构成控制偏差，将偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D）通过优化组合构成控制量，对固态继电器（SSR）

16、进行控制使得加热管加热温度可控，直到实测温度与设定温度无偏差为止。调用PLC编程软件中的Modbus从站模块，将6台PLC从站地址依次为0307，波特率为9600，停止位设为1，无校验，建立PLC与DCS系统的通信连接。2.3.2 DCS系统组态利用DCS系统的组态软件对烘箱的工艺流程进行组态，流程图画面设置模拟按钮实现对烘箱各工作元件的启停操作，烘箱的状态及温度等参数也在流程图画面中显示。调用Modbus主站模块，设置与烘箱的通信连接，将烘箱的运行状态和温度参数上传至DCS系统;DCS系统远程启停烘箱各工作单元，将上位机的温度设定值，传送至PLC实现对烘箱温度的自动控制。3 结论原烘箱控制系

17、统自动化程度较低，不便于集中控制，需配置专人对烘箱进行操作和监视，工艺参数调整繁琐。改造后的烘箱控制系统，自动化程度较高，实现了集中控制功能，由中控室操作人员对现场设备进行统一操控，节省了劳动力;同时，工艺参数调整方便快捷，可追溯性强。提高了工作现场的工艺稳定性，降低劳动成本，获得了很好的经济效益。Reference1 李艾华，贺建军，吴同茂.DCS控制系统在过程实验室中的应用J.工业控制计算机，2007（11）：24-25.endprint摘 要：使用DCS系统和EM235对公司现用烘箱进行自动化升级改造，对温控系统、电气控制系统进行升级改造，由原来的现场手动控制升级为DCS系统集中控制。改

18、造后便于管理、工艺参数可追溯性强。Key：DCS EM235 烘箱 PLC：TP273 ：A ：1674-098X（2014）10（c）-0065-01集散控制系统（DCS）是以微处理器为基础，综合运用了计算机技术、图形显示技术、网络通信技术和自动化控制技术，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种计算机综合控制系统。其控制功能完善，人机界面友好，安装调试简单、安全可靠、性价比高，能够较好地满足控制的实时性、应用的多样性、人机的交互性的需要，广泛应用于化工、制药、石油等企业，并逐渐成为生产过程控制的主要形式之一1。热风循环烘箱利用蒸汽或电加热为热能源，通过蒸汽或电加热元件产生热量，利

19、用风机进行对流换热，对物料进行热量传递，并不断从空气过滤器补充新鲜空气和排除潮湿空气。在干燥过程中箱内能保持适当的相对温度和湿度，最大特点是大部分热风在箱内进行循环，从而增强了传质和传热效果，节约了能源。整机噪音小，运转平衡，安装维修方便，适用范围广，可干燥各种物料，是通用干燥设备。EM235是西门子S7-200PLC最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。1 升级前烘箱的工作原理与存在的问题公司现用烘箱采用电加热元件为热源，通过PLC控制烘箱循环风机、排湿风机的启停操作，使用固态继电器（SSR）和温控器实现烘箱加热温度的恒温调节。工艺过程为：烘车装满料推入烘箱内，

20、首先启动排湿风机，然后启动循环风机，最后在温控器上设定工艺参数，启动加热器进行加热工作;烘干结束后，加热器自动停止工作，风机在一定的延时后自动停止。现在的工艺操作方式，需要人工现场手动启停设备;由于不同批次物料选用的工艺参数不同，需要频繁修改温控器的控制参数，而现有温控器参数设定较为繁琐，实际操作过程中常出现操作人员误设参数，导致烘干产品不合格的问题存在。烘箱工作过程中的风机运行状态、温度控制情况等都无监控历史记录。为了避开电力系统用电波峰段，烘箱加料在白天完成，而烘干作业都在夜间进行，需要在烘干岗位配置专人对烘箱进行操作。2 烘箱升级改造方案升级改造的总体方案是利用公司现有的DCS系统，新增

21、EM235模块，实现对烘箱的远程控制与监视工作。2.1 控制系统组成与控制过程现用烘箱的控制系统主要由三大部分组成，分别是主控单元、温度检测、执行机构。温度检测部分使用PT100铂电阻，主控单元为S7-200系列PLC，CPU型号为226，执行机构包括风机、固态继电器（SSR）和电加热管组成。升级改造后的烘箱控制系统是在原有基础上增加了DCS监控系统，并为PLC配置一块4输入/1输出的EM235模块替代温控表对固态继电器（SSR）进行控制。控制过程：白天现场操作人员将物料装入烘车后，晚上由中控室操作人员在DCS系统上位机上启动烘箱风机、电加热系统。铂电阻采集温度信号并通过EM235模块送入PL

22、C的CPU中，CPU根据DCS上位机设定的温度值，进行PID运算得出控制量，再由EM235输出到固态继电器（SSR）来控制电加热管的加热工作。控制系统使用六类双绞线将现场6台烘箱PLC与DCS系统控制站通讯卡件连接起来，作为上位机与PLC的通信介质。2.2 硬件选型公司现有DCS系统一套，为与烘箱进行通信，需要新增一块通讯卡件。多串口多协议通讯卡XP248是DCS系统与其它智能设备（如PLC、变频器等）互联的网间连接设备，其功能是将用户智能系统的数据通过通讯方式连入DCS系统中，实现对现场智能设备的监控工作。XP248支持Modbus、协议HostLink协议及自定义通讯协议的智能设备互联。烘箱当前的控制系统中，有一台西门子S7-200型PLC，CPU型号为226。为了实现本文中的升级改造目的，需要采集烘箱温度信号和输出固态继电器（SSR）控制信号，笔者选用EM235模块。EM235是西门子S7-200PLC最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。综上所述，烘箱的自动化升级改造工作需要新增加多串口多协议通讯卡XP248卡件一块，六类双绞线若干米，一块EM235模块。2.3 软件设计2.3.1 西门子PLC程序设计PLC编程软件使用STEP7-Micro/WIN，版本为STEP 7-Micro/WIN32。使用PLC