随着工业自动化水平的迅速提高，计箅机在工业领域的广泛应用人们对工业自动化的要求越来越高。霍尼韦尔HC900控制器是一种先进的回路/逻辑混合型控制单元，采用模块化设计，满足各种过程处理设备对于控制和数据管理的需要。可选用上位工控机和上位组态软件监控画面与HC900控制器配套使用。操作员通过上位工控机组态控制画面完成工艺操作以及在线监控功能。方便操作人员在线操作控制，并实现在线故障监控，温度记录，等功能。
1、控制系统介绍
（1）上位工控机选用台湾研华（P4/PCA-610H 2.8G/1G RAM/160GB）和三星（SAMSUNG E1920NW）显示器组成。工控机安装WINDOWS2000的操作系统，在WINDOWS2000操作系统的基础上安装HC编程软件和通用组态软件，通过组态软件通过以太网连接HC900控制中的I/O点现场，操作人员操作上位工控机很直观的可以完成操作。
（2）美国HONEYWELL HC900 控制器选型：
机架的HC900 控制器有三种机架尺寸可供选择：4，8 或12 个I/O 槽，能满足客户的不同需求。此系统选择4机架。HC900控制器可选的CPU包括C30 、C50、C70。此系统选用C50型CPU控制器。I/O模块中的开关输入/输出各为8位输入/输出模块，模拟量输出/输出为8路输入/输出控制模块。开关量模块控制逻辑动作关系，模拟量控制3区加热。
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4槽机架
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900R04-0001
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CPU控制器
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900C32-0243-00
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电源
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900P02-0001
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通用模拟量输入卡
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900A01-0102
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模拟量输出卡
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900B01-0101
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开关量输入卡
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900G02-0102
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开关量输出卡
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900H02-0102
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模块端子板
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900TBK-0001
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表1 HONEYWELL HC900控制器
（3）同一温区，三区单独控温，3组钨铼热电偶，工作温度2100℃气氛环境。
（4）三套独立运行的加热电源，加热电源采用的是晶闸管控制器，控制输出电流电压大小同时控制变压器的电流输出大小来控制炉内温度平衡。温区分为住家热区，上补偿加热区，下补偿加热区，三组功率分别为（300KW、35KW、45KW）
(5)设备现场逻辑控制，外部控制I/O信号。
图1系统配置图
2、HONEYWELL控制HC编程软件PID运算程序的设计
2.1 HC900 控制器提供优质的PID 回路控制，以及保证逻辑控制的前提下，提供比大多数逻辑控制器更快速模拟处理功能。可在一个独立、快速的扫描周期内执行完各种逻辑和算法功能模块。 同时，逻辑模块也可与模拟功能模块在同一扫描周期中执行。这些功能块可以被完全整合成一个混合的模拟与逻辑控制策略，以获得理想的控制效果。
2.2 HC900控制器的SPS模块是8路独立PID运行工艺设定和工艺执行模块，SPS模块实现在线运行监控设定执行运行密令，SPS模块连接SPEV模块来控制工艺执行情况，以及工艺执行完毕后发出终止密令和外部故障密令。当接到外部故障密令时工艺程序将停止运行。SPS模块将实现多路PID工艺设定，执行在同等时间和同一温区内的温度达到一致。
SPS模块将采集设定的不同工艺情况发送给单独的PID模块，PID模块进行在线运算，控制单独加热电源的输出大小。
图2三区温度控制系统
2.3工艺曲线设置模块的程序设计。SPS中的PV表示实际工艺温度，SP表示设定工艺温度，ENABL指外部使能端必须为置1；STRQ是外部执行使能端，连接外部控制使能模块STSW模块执行工艺曲线的运行、暂停、停止、程序复位功能。此模块可以存储99条工艺曲线，NPGM和NSEG段子连接上位组态画面，在画面上选择工艺曲线号和步数。STMR/STME/PTME三个段子分别为：工艺曲线当前剩余时间、当前运行时间、工艺曲线的总时间。上位组态画面可以直接采集工艺运行情况。下图为SPS模块程序设计。
图3 SPS模块的应用设计
2.4 PID程序的设计：PID模块顶部端子为：实际工艺温度；温度给定是通过SPS所设置的工艺温度SP1送给PID的RSP端，PID模块底部段子为运算后输出的控制输出信号。输出信号送到比较器SFR模块中，当OND触发后才能将控制加热信号输送到加法器ADD模块，通过加法器模块可以在上位组态画面随时在线手动修改输出大小，然后才能到模拟输出控制模块。PID输出运行必须由外部控制指令（RUN-ONDT模块控制），只有OND模块出发时PID才会有输出。上位机画面有输出大小比例显示。
图4 PID程序设计
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，另外考虑到系统的控制对象，采用增量型PID算法。PID是一种采样控制，它能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此控制规律比例和积分及微分计算输出大小，只能用数值计算的方法，增量式的PID算法为：
式中E(n)、E(n-1)、E(n-2)为PID连续三次的偏差输入。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为最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。当温度正好达到设定温度时，△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。
图5系统控制流程图
3、上位组态工控软件和HC900控制器数据连接
通用组态软件主要特点：组态软件都是以 PLC智能模块的形式来控制执行单元，它和上位工控系统是一个有机的整体。各种智能模块通过动态设置功能与HC900控制器相连数据，接受HC900的集中控制指令，与HC900控制器一起组成整个智能控制系统平台。开放式的数据库和界面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存的画面系统。
组态画面和HC900控制实现数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理、实时通信等多个任务同时运行。
此系统中的上位组态画面中有外部故障提示，在线温度和设置温度显示、实时输出功率显示、工艺运行时间、在线工艺曲线记录、工艺运行总时间和剩余时间显示，当设备运行时模拟画面将显示设备运行状态提示。
所有的数据都是通过数据库组态设置连接到HC900指定的地址，才能读取和在线写入HC900控制中，实现集中控制。画面设计是通过工具菜单中的工具选择不同的图形工具绘制出来美观而有简单的人机对话画面。
此系统中的上位工控机画面有：工控主画面、气体控制画面、温度曲线记录画面、气体压力曲线画面、报警记录画面。
图6 人机界面主控画面
4、结论
此系统经过不断完善，运行稳定可靠，使多区加热设备的温度控制更加均匀，目前可以将多区加热设备的均温性达到±3℃以上。上位工控画面设计合理操作方便简单，安全性高。受到很多客户的好评。此系统我们还是用在真空自耗电极电弧熔炼炉控制系统中，真空蠕变校型炉，等设备。
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