工业HMI在过程控制中的应用:以化工、食品为例,新手该学什么?

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过程控制是工业生产的重要领域(比如化工反应、食品加工),核心是“控制连续的生产过程”(比如控制反应釜的温度、压力,让反应稳定进行),HMI在其中扮演“核心监控和操作工具”的角色。这篇文章以化工和食品行业为例,讲HMI在过程控制中的应用要点,帮新手落地实践。

1. 化工行业过程控制:HMI要“盯紧安全、稳定过程”

化工过程(比如合成反应、精馏分离)的特点是“涉及危险介质、反应过程复杂、不能中断”,HMI的应用要聚焦“安全”和“稳定”:

  • 核心监控:“多参数同步监控”,避免单一参数失控

化工反应釜的HMI,要同时监控“温度、压力、液位、搅拌转速、进料流量”5个核心参数,且每个参数都要“实时显示+趋势图+报警阈值”:

  • 温度:用仪表盘显示当前值(比如85℃),趋势图显示过去1小时变化,红色刻度标注上限(100℃);
  • 压力:用数字显示当前值,超过上限(1.2MPa)时,数字变红色并弹窗报警;
  • 液位:用“液位条”显示(类似手机电量条),低于下限(20%)时,液位条变黄色并提示“进料不足”;
  • 操作控制:“分步操作、自动连锁”,避免人为失误

化工过程的操作不能“一步到位”,HMI要设计“分步流程”并加“连锁控制”:

  • 例:反应釜启动流程

    • HMI显示“步骤1:检查进料阀是否打开”,工程师确认后点击“下一步”;
    • HMI显示“步骤2:启动搅拌电机”,点击“启动”后,HMI自动检查“电机电流是否正常”,正常则进入下一步;
    • HMI显示“步骤3:升温至80℃”,工程师设置目标温度后,HMI自动控制加热装置,升温过程中实时显示“当前温度/目标温度”;
  • 连锁控制:如果步骤2中电机电流过载,HMI会自动“暂停流程”,弹出“电机过载,停止升温”,避免继续升温导致反应失控;

  • 历史追溯:“全程数据记录”,方便事故分析

HMI要记录“每一个参数的历史数据(1秒1条)”“每一步操作的记录(谁在什么时间点了下一步)”“每一次报警的详情(时间、原因、处理人)”,且数据至少保存1年——比如反应出问题后,工程师能通过HMI查“3天前的温度趋势图”,看是否有异常波动。

2. 食品行业过程控制:HMI要“盯紧合规、保证质量”

食品过程(比如饮料杀菌、面包烘焙)的特点是“对卫生要求高、参数控制精准(影响口感和安全)、需符合食品法规”,HMI的应用要聚焦“合规”和“质量”:

  • 核心监控:“关键参数精准显示+合规标注”

食品杀菌环节的HMI,核心监控“杀菌温度(必须≥85℃,否则细菌杀不死)”和“杀菌时间(必须≥30秒)”,HMI设计要点:

  • 温度:用大字体显示当前值(比如88℃),并标注“合规范围:85~90℃”,低于85℃时变红色并报警;
  • 时间:用“倒计时条”显示杀菌剩余时间(比如25秒),时间到后自动提示“杀菌完成”,并记录“本次杀菌时间:32秒(合规)”;
  • 卫生监控:如果设备有“清洗消毒”功能,HMI要显示“上次清洗时间(2024-05-10 08:00)”“下次清洗时间(2024-05-10 16:00)”,避免清洗不及时导致食品污染;
  • 操作控制:“配方管理+批量记录”,保证口感统一

食品生产需要“统一配方”(比如饮料的糖度、酸度),HMI要设计“配方管理功能”:

  • 配方存储:HMI存储多个配方(比如“饮料A配方:糖度10%、酸度2%”“饮料B配方:糖度8%、酸度3%”),工程师选择配方后,HMI自动向PLC发送参数,不用手动输入;
  • 批量记录:每生产一批产品,HMI自动记录“批次号(比如2024051001)”“配方名称(饮料A)”“生产时间(09:00-10:00)”“关键参数(杀菌温度88℃、时间32秒)”,符合食品行业“批次追溯”要求——如果某批产品出问题,能通过批次号查HMI记录,找到是哪个环节的参数异常;
  • 界面设计:“简洁易清洁”,符合卫生要求

食品车间的HMI硬件要选“全封闭、无死角”的外壳(避免粉尘、液体进入,方便清洗),界面设计要“按钮大、无复杂缝隙”——比如操作按钮尺寸≥50×50mm,方便戴手套操作,且界面无多余装饰,避免藏污纳垢。

新手总结:过程控制中的HMI,核心是“适配行业特性”——化工行业重“安全和稳定”,所以要多参数监控、连锁控制、全程记录;食品行业重“合规和质量”,所以要精准参数、配方管理、批次追溯,新手要学会“根据行业需求调整HMI设计”,而不是套用固定模板。