西门子模块6ES7223-1PM22-0XA8供应现货
SLC500是罗克韦尔自动化公司经典的中小型框架式可编程逻辑控制器，具有强大的处理能力，通讯网络、功能模块、存储容量都可以灵活地进行选择和配置，稳定可靠、高性价比、易用的特点多年来在洁净厂房的控制领域有着广泛的应用。
1 项目概况
1.1 BMS系统控制区域
芯片装测试智能建筑管理系统BMS（Building ManagementSystem）系统主要控制以下几大区域：
（1）洁净室：提供符合洁净度以及温湿度的生产主厂房；
（2）动力厂房：提供生产需要的冷冻水、冷却水、热水和纯水；
（3）仓库：成品堆放周转区；
（4）办公楼。
1.2 BMS系统工艺与设备
（1） 暖通空调HVAC。（Heating Ventilation andAir-Conditioning），HVAC用于控制洁净室、办公区、仓库区域的温度、湿度、露点以及压力等参数；执行设备有空调机组、调节阀、风机、泵。空调机组分为新风空调、循环风空调、一般空调等设备。根据半导体洁净设计规范，洁净室要求温度20～26℃，露点：9～11℃；办公区要求温度20～26℃；仓库区要求温度20～26℃，湿度40%～60%。
（2）冷热源系统。冷冻水系统为工艺冷却水系统和HVAC系统提供低温冷冻水；锅炉和热回收系统则为BMS系统提供热水。
（3）其它子系统。包括排放热量和水汽的排风系统、压缩空气系统、真空系统、工业水系统、纯水系统、废水系统、应急燃油发电系统等。
为了节能，系统对这些被控的风机和泵采用变频器进行控制。
2 BMS自动控制系统的设计
2.1 系统设计
参见图1BMS系统整体结构图。
图1 BMS系统整体结构图
（1）BMS系统功能。工艺过程的画面实时显示和数据记录；过程设备的控制和参数设置；设备诊断和报警，通过GPRSmodem以短消息的形式把信息发送到相关人员的移动电话上。BMS系统所有设备的操作分为就地Local（硬手动）和远程Remote两种。在Local时，只能通过现场的MCC柜对风机和泵进行就地操作，BMS系统仅仅显示其状态；当设备处于远程Remote控制位置时，BMS对此设备的控制有2种模式，即自动模式和手动模式。设备处于自动模式时，由BMS根据逻辑和现场工况自动启动/停止该设备；设备处于手动模式时，操作员可以用画面上的启动/停止按钮启/停该设备，并且需要操作进行确认。
（2）BMS系统硬件。系统由15套冗余SLC500系统，3套单机SLC500和11套MiroLogix1200微型PLC组成。控制编程软件采用RSLogix500，HMI软件系统采用RSView32的ADS（服务器/客户端）系统，系统使用数据引擎软件RSSQL将重要的工艺参数记录到SQL数据库供远程维护和管理。
系统11套冗余的的SLC500的CPU之间采用DH+通讯网络，通过双Ethernet/DH+的网关连接到Ethernet网络，再连接到冗余的服务器Server A和ServerB，微型PLC经过串口/以太网网关连接到HMI服务器。其它的PLC直接通过CPU的以太网口连接到HMI服务器。三方设备如冷冻机组和锅炉等采用Modbus通讯接入系统进行监控。
2.2 系统特点
SLC500控制器＋FLEX远程RIO的结构形式。
（1）功能强大的处理器。
内存容量多可达64K字，数据/程序内存动态分配，系统资源如定时器等只取决于系统的内存容量；
强大的I/O容量，大可达8192点I/O；
提供丰富的诊断信息。
（2）稳定可靠。
SLC500提供系统冗余功能；
Flex I/O模块可以带电插拔；
（3）灵活的系统结构和通讯网络。
远程I/O链RIO通讯速度快230K/bps，远距离3300m(57.6K/bps)；适合于分布式应用；
灵活的通讯网络选择：CPU内置有DH+/Ethernet/串口；
广泛的开放的标准现场总线选择：EtherNet/IP、 DeviceNet、ControlNet。
2.3 控制策略
（1）HVAC系统控制。HVAC系统主要是为了保持被控区域特定的温度、湿度、露点以确保产品的质量，控制压差以防止洁净室被室外粉尘的污染并采用VFD技术达到节能的目的；也是为了向洁净室补充一定的新风以保证室内空气质量。典型的新风空调MAH控制原理示意如图2所示。新风通过预虑网，经过降温除湿（夏天）、加热（冬天）、再经高再热终滤网送入各风管，后经FFU送风口过滤后送入控制区各房间。
图2 MAH控制原理示意图
（2）焓值（加热）控制回路。焓值是温度和湿度的综合，是一个能量单位，由温度和湿度经过运算得出。我们设定一个焓值的高限和低限，当室外的焓值剔的数值
En=1.01×t+d×（1.84×t+2500） （1）式中：
En ——焓值（kj/kg）
t ——加热盘管后的测量温度TET-03（℃）
d ——室外新风的含湿量NET-04（g/Kg）
（3）压力控制回路。为了避免室外污物对洁净室的污染，系统要求洁净室和非洁净区之间必须是正压。取两个压力变送器PT-01（设置有A/B两个测点）的平均值或正常无故障的压力变送器的压力值作为PV，根据相关标准通常该压力回路的SP>5Pa，经过PID运算（SC-01）之后，控制变频器的输出频率从而改变风机的转速以达到控制正压的目的。
（4）露点控制回路。这是一个典型的串级控制回路，多个测点的露点值的平均值（通常会设置多于4个，在剔除坏点信号之后）作为主回路的露点PV，主回路的控制输出CV经过运算之后作为副回路的SP，副回路的PV则采用MAH风管出口的露点。副回路的SP既可以用主回路的直接百分比输出，也可以经过一定的变换来得到代表工程量的数值，比如副回路PID的用工程量的设定值SPs可用表达式2：
SPs=SPm+（k×CVm-1）×x （2）式中：
SPs ——副回路的设定值℃
SPm ——主回路的设定值℃
CVm ——主回路控制输出（0%～）
x ——露点控制的偏差范围
k ——调整系数
假定SPm为10℃，k为1.0，x为1.0℃，则实际的HVAC的露点控制副回路的设定值在9.0～11.0℃之间。该控制回路是一个典型的分程控制过程，加湿和除湿回路（制冷）互斥不能起作用。系统在焓值小于焓值控制低限时会启动加湿过程，大于焓值控制高限时则停止加湿。当在夏季模式由于室外新风湿度会较高，经过冷盘管的除湿过程之后有时会导致MAH出口温度过低从而使得洁净室温度偏低，在在风机之后还有一个再热盘管，通过控制流过再热盘管热水量从而使得MAH出口温度保持在某个范围之内，该温度调节作用靠TC-02来实现。
（5）洁净室内温度控制回路。洁净室温度控制与二次冷冻水子系统相关，其控制示意如图3所示。
图3 洁净室温度控制
干冷盘管安装在洁净室的吊顶上，由于封装设备会产生热量，较高温度的空气经过干冷盘管换热后再经过滤单元回到洁净室，终使得控制洁净室内温度空间温度保持在20-℃左右。这个过程是通过图示右侧的TC-20控制回路实现的，每个洁净室通常包含多个这样的冷盘管控制区域。通过冷盘管的二次冷冻水温度被控制在高于洁净室的露点，不会产生结露的情况。BMS系统通过将一次冷冻水和干冷盘管的一部分回水混合后将干冷盘管的进水温度控制在合适的范围内（由TC-10回路实现）。
HVAC子系统通常会有多台MAH，他们之间会采用几用一备的方式轮流工作，我们称之为qunkong。整个BMS系统有很多子系统的风机/泵都采用qunkong方式来工作，如排风系统的风机，冷却水、冷冻水、工业水系统、仓库等区域的泵。
HVAC系统除了MAH之外，通常还包括一般空调AHU和回风空调RAH。一般空调AHU主要对某个单独区域如实验室等进行控制，而回风空调RHU则是可以对回风量和新风量进行控制以达到既保证空气清新又节能的目的，控制比起MAH来相对要简单一些。
3.4 SLC500冗余设计
（1）冗余系统的结构。SLC500冗余系统的主从机架完全相同，机架上安装有一个CPU和一个或多个BSN模块，其中一对BSN负责DH+通讯的冗余，其它配对的BSN则实现冗余的RIO数据通讯。通常用DH+网络作为HMI通讯，RIO用于连接远程IO。一个冗余SLC500系统多支持8对BSN模块，亦即多可接8个RIO通讯链路，每个RIO链多1024点I/O，一个SLC500冗余系统多可有8192点I/O。典型的SLC500冗余系统的结构图如图4所示。
图4 SLC500冗余系统示意图
（2）冗余系统的运行。SLC500冗余系统的主处理器框架在以下几种情况下会发生主从的切换：
电源故障或掉电；
处理器主要故障；
BSN模块故障（包括RIO链的通讯超时）；
处理器没有处于RUN运行状态。
通常主从切换的时间在50ms＋1个完整的程序扫描时间，假如主处理器的DH+地址为N,则从机为N+1，当发生主从切换时，处理器会发生地址的交换,这样我们在HMI或编程软件上始终访问的逻辑上的主处理器。处理器之间的数据同步靠同步子程序来实现，主处理器把需要同步的信息传送到BSN的数据交换区，从处理器则从该交换区读取这些数据。
处理器经过DH+网络后再通过双Ethernet/DH+网关连接到两个服务器上，系统一方面提供了服务器到处理器的双通讯线路（通过通讯驱动RSLinx的OPC通讯别名或RSView32通讯结点切换），另一方面又提供了双服务器，当任一服务器发生故障时，操作员站会自动切换到一个服务器上,具有很高的可靠性。
4结束语
某公司的芯片封装工厂通过采用SLC500冗余系统，实现了整个BMS系统的正常控制，有力地保证了生产的正常进行。实践证明，该厂的BMS控制系统不失为高可靠性、高性价比、易于使用和维护的自动化控制系统。
传统的加热炉电气控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障，不能保证正常的工业生产。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而产生的PLC控制技术所取代。而PLC本身优异的性能使基于PLC控制的温度控制系统变的经济高效稳定且维护方便。这种温度控制系统对改造传统的继电器控制系统有普遍性意义。
2加热炉温度控制系统基本构成
加热炉温度控制系统基本构成入图1所示，它由PLC主控系统、移相触发模块整、流器SCR、加热炉、传感器等5个部分组成。该加热炉温度希望稳定在100℃工作（其它工作温度同样可以照此方法设计）。
图1 加热炉温度控制系统基本组成
加热炉温度控制实现过程是：传感器将加热炉的温度转化为电压信号，PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化为PLC可识别的数字量，PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行处理，给移相触发模块，再给三相整流电路（SCR）一个触发脉冲（既控制脉冲），这样通过SCR的输出我们控制了加热炉电阻丝两端的电压，也既加热炉温度控制得到实现。其中PLC主控系统为加热炉温度控制系统的核心部分起重要作用。
3PLC控制系统
3.1 PLC控制系统的硬件配置
在加热炉温度控制系统中PLC采用日本三菱公司FX2N，其硬件采用模块化设计，配合了多种特殊功能模块及功能扩展模块，可实现模拟量控制、位置控制等功能。该系列PLC可靠性高，抗干扰强、配置灵活、。本温度控制系统中PLC我们选择FX2N-48MR-001型，它与外部设备的连接如图2、表1所示。
图2 PLCI/O接线图
表1 PLC I/O地址分配表
3.2 流程设计
根据加热炉温度控制要求，本系统控制流程图如图3所示。
图3 加热炉控制流程图
3.3 控制算法
由于温度控制本身有一定的滞后性和惯性，这使系统控制出现动态误差。为了减小误差提高系统控制精度，采用PID控制算法，考虑到系统的控制对象，采用增量型PID算法。
△V(n)=U(n)-U(n-1)
+ [e(n)-2e(n-1)+e(n-2)]}=KP{△e(n)+ e(n)+ [△e(n)-△e(n-1)]}
式中e(n)、e(n-1)、e(n-2)为PID连续三次的偏差输入。△e(n)、△e(n-1)为系统连续两次执行的误差。KP为比例放大系数T、TI、TD分别为采样周期、积分时间、微分时间。
当加热炉刚启动加热时，由于测到的炉温为常温，sp-pv＝△U为正值且较大，△U为PID调节器的输入，此时PID调节器中P起主要作用，使SCR为大电压给加热炉加热。当加热炉温度达到100℃以上时，sp-pv＝△U为负值，经PID调节，使SCR输出电压减小，加热炉温度降低。当温度正好达到100℃时，△U为零PID不调节，此时SCR输出的电压正好平衡加热炉消耗的热量，系统达到动态平衡。
3.4 K型热电偶分度电压拟合
（1）根据具体问题，确定拟合多项式的次数为n。
（2）由公式
Sk= (k=0,1,2,……2n)
tr= yi (r=0,1,2,……n)
计数出Sk与Tr
（3）写出正规方程
（4）解正规方程组 求出a0，a1，…，an
（5）写出拟合公式多项式Pn（X）= 一次多项式也叫作线性拟合。由上述方法可拟合出K分度电压随温度变化公式为：V=0.04T（其中V为电压，T为温度）。此拟合公式是在温度从0℃到120℃之间变化的近似公式，正规方程只用到S0、S1、S2拟合的多项式次数为n＝1，电压随温度的变化可近似为线性变化。如果温度变化范围比较大，则电压随温度变化为非线性变化，上述电压随温度变公式需要重新拟合，拟合多项式的次数也必然大于2。
3.5 系统调试
系统调试分为两大步骤，一是系统软件调试；二是系统硬件调试。
（1）系统软件调试。系统软件调试是在PC机上进行，我们将PLC控制程序输入PC机后，根据运行要求，设定若干数字开关量，模拟量，对系统的每一个功能进行检测测试并在此基础上不断完善程序以达到系统要求。
（2）系统硬件调试。相应的系统硬件也是在实验室里进行，用一个设备来摸仪控制对象。检查设备的诸个单元是否合乎要求，将软件和硬件结合起来进行测试。并不断完善PLC软硬件的配置以达到优的结果。
4结束语
加热炉温度控制系统采用成熟的PLC技术和电力电子技术，采用软硬件结合，较好的解决了传统加热炉温控系统中出现的问题。针对我国大部分的加热炉用户来说本系统将是一个比较理想的温控系统。
软件是一种工具，而软件与人的信息交换是通过界面来进行的，界面的易用性和美观性就变得非常重要了，这就需要好好利用设计的原则及设计的方法。
完成软件人机界面设计需考虑以下5个问题：
1界面总体布局设计，即如何使界面的布局变得更加合理。例如，我们应该把功能相近的按钮放在一起，并在样式上与其他功能的按钮相区别，这样用户使用起来将会更加方便。
2操作流程设计，即通过设计工作流程，而使用户的工作量减小，工作效率提高。例如：我们如何才能让用户用少的步骤，完成一项操作。使用别的软件，鼠标要点击50下，在屏幕上移动20000个像素的距离才能完成，而使用您的软件只需要点击鼠标25下，在屏幕上移动5000个像素就能完成。那么用户在使用您的软件时就要比使用其他软件工作效率提高四倍，那么用户自然会选用您的软件了。
3工作界面舒适性设计，用户更加舒适的工作。例如：我们用什么样的界面主色调，才能够让用户在心情愉快的情况下，工作长的时间而不感觉疲倦呢？红色：热烈，刺眼，易产生焦虑心情。蓝色：平静，科技，舒适。明色：干净，明亮，但对眼睛较多刺激，长时间工作易引起疲劳。暗色：安静，大气，对眼睛较少刺激。微软公司公司浅灰色的系统主色调及icon协调的成功运用，已经促使目前国际所有的软件产品形成一种的规范，这也是微软成功的重要因素之一。
4人机界面设计并不是简单的外壳包装，一个软件的成功是与其完善的功能实现，认真的调试是分不开的。但任何产品开发前的整体规划，将也是人机界面设计的关键因素之一，在运做过程中注重的不仅仅是美观实用的表现，将更多考虑规划中产品的底层技术准则，优化体现出一个软件产品的灵魂所在。
5我们需要正规的理解及调查的实施性，mac的外壳色彩创新带动了现在所有机器的个性化，但早在以前acer也出过墨绿色的机箱，但却很失败。原因有两个，一个是设计的还是不够，就是时机不好，因为当时大众的品位还不够。我们需要对合作伙伴的需求进行正规的分析规划，人机界面设计才可以得到正确实施。由上可见，人机界面设计是一门综合性非常强的学科，它不仅借助计算机技术，还要依托于心理学，认知科学，语言学、通信技术及戏剧、音乐、美术多方面的理论和方法。为能达到用户满足的界面，需好好学习人机界面设计这一学科，领会其精髓。