楊海強(qiáng)

（天津工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，天津300160）

在煙草工業(yè)中，一般煙葉都比較松散與輕便，但是運(yùn)輸時(shí)會(huì)大量占據(jù)空間，使得運(yùn)輸成本上升。于是，解決此類問題的主要措施，是設(shè)法科學(xué)合理地減少煙草的松散體積、增大容積密度，以便加速煙草的商品化進(jìn)程。

常規(guī)的方法，是進(jìn)行預(yù)壓縮。一般情況下煙葉壓縮前和壓縮后的體積比為1:8，而這個(gè)壓縮比，使得提升缸的高度普遍很高，這就使得預(yù)壓機(jī)本身很高，一般的廠房高度無法滿足要求，需要對(duì)廠房進(jìn)行改造，增加了成本投入。

通過本文的設(shè)計(jì)改進(jìn)，可以有效地降低整機(jī)高度，使系統(tǒng)在一般的廠房里就可以組織生產(chǎn)，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，降低了企業(yè)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力。還有一些企業(yè)采用雙料筒單壓頭模式，通過料筒的橫向移動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝料與保壓同時(shí)進(jìn)行。鑒于料筒在橫向位移時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)，造成定位精度不高，就必然會(huì)降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。而且料筒橫向位移時(shí)系統(tǒng)不能工作，減少了主壓頭保壓時(shí)間，降低了系統(tǒng)的工作效率。雙主壓頭系統(tǒng)雖然增加了一個(gè)壓頭，增加了一些成本，但系統(tǒng)的使用壽命大大提高，并且大大降低了系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，還能保持生產(chǎn)的連續(xù)性，提高效率，提高產(chǎn)能。PLC是一種專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，其主要功能有邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、數(shù)據(jù)處理、通信聯(lián)網(wǎng)等，具有多種優(yōu)點(diǎn)。因此在輸送機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用廣泛。本文為此具體探討了基于PLC的煙草運(yùn)輸系統(tǒng)的建立。

1 運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，是跟蹤國際自動(dòng)控制領(lǐng)域的新技術(shù)，使其具有先進(jìn)性、高可靠性、實(shí)用性和可維護(hù)性。實(shí)現(xiàn)打葉復(fù)烤線的生產(chǎn)過程智能化，和管控一體化。該線采用現(xiàn)場(chǎng)總線和分布式I/O控制技術(shù)，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過3層網(wǎng)絡(luò)（管理網(wǎng)，控制網(wǎng)，設(shè)備網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制和管理。

2 系統(tǒng)的硬件組成

本系統(tǒng)全線采用德國西門子公司的最新控制技術(shù)，PLC為西門子PLC57-200產(chǎn)品；設(shè)備總線采用PROF工BUS現(xiàn)場(chǎng)開放網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控系統(tǒng)采用德國公司新近推出的高新科技產(chǎn)品；變頻器等主要元器件也都采用該公司產(chǎn)品，從而使全線達(dá)到了和諧統(tǒng)一，其他低壓電氣元件均采用SMC和西門子公司產(chǎn)品，提高了該項(xiàng)目的科學(xué)技術(shù)含量，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而便于操作與維修。

全線由一組PLC作為主站控制層，設(shè)備層由遠(yuǎn)程I/O模塊、遠(yuǎn)程編程模塊、模擬量遠(yuǎn)程輸入、輸出模塊等組成?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)布線的方便，減少電纜鋪設(shè)的工作量，將本地控制部分均由遠(yuǎn)程I/O模塊實(shí)現(xiàn)。為了達(dá)到模擬量控制精度的要求，避免電纜過長帶來的信號(hào)衰減問題，也將模擬量輸入、輸出模塊掛接在設(shè)備網(wǎng)上，這樣既節(jié)約了電纜，又很好地克服了信號(hào)衰減及不穩(wěn)定因素。另外，為了便于操作，將觸摸屏置于現(xiàn)場(chǎng)，也將其作為子站掛在設(shè)備網(wǎng)上。這樣，整個(gè)系統(tǒng)的控制思路非常清晰明了，上層由PLC作為控制層；遠(yuǎn)程I/O模塊、觸摸屏等均作為子站設(shè)備層，通過PROFIBUS與PLC和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止及數(shù)據(jù)調(diào)整，均可以通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏的操作實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)計(jì)思路為操作工的工作帶來了方便，由于各部分均只由一根網(wǎng)線（屏蔽雙絞線）連接，因此為系統(tǒng)安裝和維修也帶來了很大的方便，同時(shí)也降低了成本。

3 系統(tǒng)的軟件功能

PLC57-200可編程序控制器，是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。由于簡單實(shí)用的分散式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，使得應(yīng)用十分靈活，方便用戶和簡易的無風(fēng)扇設(shè)計(jì)；由于大范圍的集成功能使得它功能非常強(qiáng)勁。PLC57-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。根據(jù)此次設(shè)計(jì)中所需的輸入/輸出、I/O點(diǎn)以及所需的PLC編程和觸摸屏控制。

3.1 PLC功能

筆者選擇了西門子57-2OOCN系列中CPU226CN型。該型號(hào)機(jī)集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)，26 k字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30 kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制功能，2個(gè)RS485通訊/編程口，具有即工通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸，用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能，可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)有多個(gè)機(jī)構(gòu)的順序控制，所以可能一個(gè)模塊所具有的I/O點(diǎn)不夠完成整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作控制，那么則需要運(yùn)用擴(kuò)展模塊，擴(kuò)大數(shù)字量I/O點(diǎn)。使用SIMATIC觸摸屏面板，只需觸摸顯示屏上的“按鈕”，傳統(tǒng)按鈕已不再需要，可以自定義顯示屏上的圖形式按鈕，更直觀地表達(dá)拉近了用戶距離。SIMATIC觸摸面板使用非常方便，防護(hù)等級(jí)IP65的前面板可耐熱，耐寒，防油污，防潮，同樣提供了非常強(qiáng)大的圖形功能。

3.2 I/0選擇

為了對(duì)PLC選型，首先確定PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)。PLC需要的I/O點(diǎn)數(shù)，隨工作方式的不同而不同。按預(yù)壓機(jī)各個(gè)組成部分來分類統(tǒng)計(jì)，PLC的輸入點(diǎn)有：

手動(dòng)指令按鈕——手動(dòng)模塊中共有n個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)作，共有23個(gè)輸入/輸出點(diǎn)。

單動(dòng)指令按鈕——單動(dòng)模塊中又分為4個(gè)大單動(dòng)塊，主壓單動(dòng)塊中有6個(gè)輸出點(diǎn)，預(yù)壓中有4個(gè)輸出點(diǎn)，布料稱重單動(dòng)塊中有8個(gè)輸出點(diǎn)，箱口活動(dòng)皮帶單動(dòng)塊有5個(gè)輸出點(diǎn)。

自動(dòng)指令按紐——自動(dòng)模塊中預(yù)壓機(jī)按順序動(dòng)作，共有10工作機(jī)構(gòu)，而輸入點(diǎn)共有23個(gè)，輸出點(diǎn)共有26個(gè)。

3.3 PLC編程

由前一步工作，我們畫出了預(yù)壓機(jī)的整個(gè)順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖寫出其PL程序（略）?；赑LC的煙草運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于PLC的煙草運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 基于PLC的煙草運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1 實(shí)現(xiàn)過程

為了實(shí)現(xiàn)煙葉復(fù)烤生產(chǎn)線的全線自動(dòng)化，就必須實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，而多機(jī)通信的網(wǎng)絡(luò)形式有星型、樹型、總線型、分散型等。由于總線型結(jié)構(gòu)具有可靠性高、接口簡單、價(jià)格低、控制容易、組成靈活、應(yīng)用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以對(duì)于這套系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，我們整線采用了分布式測(cè)控系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)主機(jī)和從機(jī)之間的總線型中斷控制串行傳輸方式。通信線路的連線，采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口。主機(jī)的4個(gè)控制端，分別與各個(gè)從機(jī)的外部中斷INTI相連。這樣，各從機(jī)不必隨時(shí)處于監(jiān)聽狀態(tài)，只需打開外部中斷INTI后進(jìn)行自己的正常工作。當(dāng)主機(jī)發(fā)送某一中斷控制信號(hào)時(shí)，相應(yīng)從機(jī)中斷正在進(jìn)行的工作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。進(jìn)入中斷后，從機(jī)關(guān)掉外部中斷，保持現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)主機(jī)發(fā)來的信號(hào)監(jiān)聽識(shí)別，并進(jìn)入正常通信狀態(tài)。通信完畢后，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，中斷開放，繼續(xù)正常的工作。

采用分布式控制系統(tǒng)主要有如下優(yōu)勢(shì)：可以方便地共享設(shè)備，如強(qiáng)大的主機(jī)，昂貴的I/O設(shè)備等。數(shù)據(jù)資源共享，從一個(gè)終端可以訪問整個(gè)系統(tǒng)的資源，用戶之間可以交換文件和數(shù)據(jù)。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的連接

現(xiàn)場(chǎng)總線的連接，逐步更好地進(jìn)入控制領(lǐng)域，已被業(yè)界逐步認(rèn)識(shí)與掌握。筆者這次設(shè)計(jì)的煙葉復(fù)烤打葉生產(chǎn)線中的預(yù)壓當(dāng)然也不例外。本系統(tǒng)的西門子57-200要與現(xiàn)場(chǎng)總線能夠進(jìn)行通訊，必須通過EM277PROF-DP擴(kuò)展從站模塊，將57-200CPU連接到PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。EM277PROF經(jīng)過串行I/O總線連接到57-200CPU。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過其DP通信端口，連接到PROFIBUS-DP模塊，然后向主站發(fā)送和接收不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。這種特性，使用戶能修改所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。下面是EM277的地址開關(guān)和指示燈、地址開關(guān)和狀態(tài)指示燈位于模塊的前面。

4.3 系統(tǒng)應(yīng)用前景

煙草行業(yè)是一個(gè)自動(dòng)化程度非常高的行業(yè)，如主機(jī)DCS系統(tǒng)、打葉復(fù)烤系統(tǒng)以及主要輔機(jī)程控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都存在可靠性要求高、監(jiān)控設(shè)備和對(duì)象多而復(fù)雜、實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)。特別是主機(jī)DCS系統(tǒng)，涉及數(shù)百臺(tái)壓力和差壓變送器，數(shù)百臺(tái)電動(dòng)或啟動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，數(shù)百個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，系統(tǒng)要進(jìn)行復(fù)雜的閉環(huán)控制、串級(jí)控制、要進(jìn)行設(shè)備連鎖控制等。所有這些，都需要有高可靠性的控制系統(tǒng)，來保證整個(gè)生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)和日臻成熟，以及煙廠信息化要求的提高，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)將為煙草行業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)提供更好的選擇。

5 結(jié)束語

總之，在基于PLC的煙草運(yùn)輸系統(tǒng)中，介紹了整機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確定了整機(jī)控制系統(tǒng)的硬件選擇：西門子PLC57-200+SIMATIC觸摸屏面板，介紹了預(yù)壓機(jī)順序功能圖及其特點(diǎn)，定義了PLC的I/O端子，介紹了分布式測(cè)控系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，有很好的應(yīng)用前景。

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