劉彥偉，趙龍錄，耿 欣，姚福江

LIU Yan-wei, ZHAO Long-lu, GENG Xin, YAO Fu-jiang

（山東煤機(jī)裝備集團(tuán)公司，泰安 271000）

0 引言

壓濾機(jī)是以固體、液體分離為目的的設(shè)備，廣泛應(yīng)用在礦山、石油、化工、建材、制藥等行業(yè)，其中隔膜立式壓濾機(jī)由于具有占地面積小、濾餅水分低、可在線清洗濾布、洗滌效率高等優(yōu)點(diǎn)，獲得廣泛研究及應(yīng)用。目前國際主要壓濾機(jī)廠商的產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)入料過濾、隔膜擠壓、濾餅洗滌、吹風(fēng)干燥、卸料和濾布在線清洗等全過程的自動化。我國自20世紀(jì)90年代開始生產(chǎn)壓濾機(jī)，2009年研制出國內(nèi)第一臺液壓傳動立式全自動隔膜立式壓濾機(jī)。

由于全自動立式壓濾機(jī)需要控制濾板合攏、驅(qū)動卸餅、濾布糾偏和閥門泵類等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，集電氣、儀表、液壓和氣動控制為一體，I/O點(diǎn)種類繁多且分散，因此控制系統(tǒng)是全自動立式壓濾機(jī)的重要組成部分，對設(shè)備的性能和可靠性至關(guān)重要。

為促進(jìn)國產(chǎn)立式壓濾機(jī)的升級換代，以更好地替代進(jìn)口產(chǎn)品，需要設(shè)計(jì)一套全新的高性能、高可靠性、高性價(jià)比、操作簡單的控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 立式壓濾機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

一臺立式壓濾機(jī)的控制及執(zhí)行元件包括液壓站、擠壓水站、動力站、限位開關(guān)、編碼器等，200多個(gè)I/O點(diǎn)，且比較分散，不宜采取集中控制的方式。因此，本系統(tǒng)采用PLC+遠(yuǎn)程I/O分站的結(jié)構(gòu)，既可以減少線纜用量，又具有良好的擴(kuò)展性，同時(shí)減少因布線不規(guī)范可能導(dǎo)致的信號干擾。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，PLC與遠(yuǎn)程I/O分站、HMI之間采用Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。

1.2 模塊選型

1）主控制柜P L C選用A B公司的1769 CompactLogix系列。CompactLogix平臺在較小的體積中集成了高性能和Logix平臺的優(yōu)勢，具有通用的編程環(huán)境、通用的網(wǎng)絡(luò)、通用的控制引擎，內(nèi)置16路DI、16路DO，集成了Ethernet/IP和RS232通訊端口，非常適合中小型設(shè)備級控制應(yīng)用。

2）遠(yuǎn)程I/O分站選用1734 AENT+1734 POINT I/O。1734 AENT是Ethernet/IP通信模塊，提供I/O與PLC之間的通訊接口；所選用的1734 POINT I/O包括：數(shù)字量輸入模塊1734-IB8，數(shù)字量輸入模塊1734-OB8，模擬量輸入模塊1734-IE2C，模擬量輸出模塊1734-OE2C，高速計(jì)數(shù)模塊1734-IK，所有模塊均采用模塊式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，可帶電插拔。

3）HMI采用PanelView Plus1000觸摸屏，PanelView Plus 1000是AB公司的10.4寸TFT彩色觸摸屏，內(nèi)置Ethernet和RS232接口，可擴(kuò)展通信模塊和內(nèi)存。

1.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

與已有的其他方案相比，本系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

1）本系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，只需增加1734 AENT模塊，即可增加遠(yuǎn)程I/O分站。

2）所采用I/O模塊可帶電插拔，在模塊故障時(shí)可不停機(jī)更換模塊，縮短故障排除時(shí)間。

3）與國內(nèi)廣泛使用的Profibus DP相比，Profibus DP是基于RS485串行總線的通訊協(xié)議，最大傳輸速率為12Mbps，傳輸方式為半工；而Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE 802.3的通訊總線，最大傳輸速率100Mbps，傳輸方式為全雙工。Ehternet/IP在通訊速率、IO響應(yīng)時(shí)間、抗干擾能力等方面明顯優(yōu)于Profibus DP，而且可實(shí)現(xiàn)星型、環(huán)網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌子诰S護(hù)和排查故障。

4）與其他工業(yè)以太網(wǎng)相比，Ethernet/IP采用標(biāo)準(zhǔn)的未經(jīng)修改的TCP/IP協(xié)議，在應(yīng)用層封裝了CIP協(xié)議，無需任何專用設(shè)備即可無縫接入企業(yè)的SCADA、ERP系統(tǒng)。

2 Ethernet/IP網(wǎng)絡(luò)配置

本系統(tǒng)采用的Ethernet/IP通信模塊包括PLC、1734-AENT，要在Ethernet/IP網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，必須定義IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。首次運(yùn)行通過Rockwell Automation的BOOTP/DHCP軟件為各個(gè)模塊動態(tài)分配IP地址，然后綁定IP和MAC地址，具體IP地址分配如表1所示。

表1 Ethernet/IP網(wǎng)絡(luò)配置

系統(tǒng)采用RSLinx軟件管理整個(gè)Ethernet/IP網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

圖2 RSLinx網(wǎng)絡(luò)管理

RSLinx具有多種網(wǎng)絡(luò)、本地工作站和DDE/OPC性能診斷工具，便于系統(tǒng)維護(hù)和故障維護(hù)，且提供了OPC、DDE接口，便于接入第三方的DCS系統(tǒng)。

3 軟件開發(fā)

3.1 PLC程序

1）PLC程序功能

PLC軟件采用RSLogix 5000 Studio開發(fā)，采用梯形圖和功能塊編程。根據(jù)立式壓濾機(jī)的工藝流程和控制要求，將PLC軟件劃分為8個(gè)子程序，分別實(shí)現(xiàn)單機(jī)實(shí)驗(yàn)、手動、自動、輸出、板距接縫處理、模擬量處理、液壓回路和工藝參數(shù)功能，由主程序調(diào)用，如圖3所示。

圖3 子程序的調(diào)用

2）濾布接縫處理程序

為防止濾布接縫進(jìn)入濾室導(dǎo)致噴料現(xiàn)象，必須采用高精度編碼器檢測檢測濾布接頭的位置，編碼器輸出的脈沖信號處理需要高速計(jì)數(shù)功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的位移檢測和脈沖信號處理程序如圖4所示，程序考慮了計(jì)數(shù)掉電記憶，以確保設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性。

圖4 濾布接縫處理程序

3.2 HMI軟件

HMI軟件采用RSView Studio開發(fā)，包括主畫面、工藝探索、測試、參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)趨勢、報(bào)警信息等功能。

1）主畫面

【主畫面】可實(shí)時(shí)監(jiān)控壓濾機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，如圖5所示。

圖5 主畫面

2）工藝探索

【工藝探索】顯示主機(jī)的過濾工藝和長/短程序工藝流程圖，如圖6所示。

圖6 工藝探索

3）測試畫面

【測試畫面】供安裝調(diào)試階段或排除故障使用，可完成“板框測試”或“閥門測試”。對液壓站、調(diào)偏結(jié)構(gòu)、閥門、限位開關(guān)等進(jìn)行測試和調(diào)整，如圖7所示。

圖7 測試畫面

4）參數(shù)設(shè)置

【參數(shù)設(shè)置】用于設(shè)置正常自動工作方式下壓濾機(jī)的工作參數(shù)，如圖8所示。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)已在山東煤機(jī)集團(tuán)研制的10多臺立式壓濾機(jī)上投入運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果表明：

1）系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有良好的人機(jī)界面和豐富的功能，操作簡單。

2）采用Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)簡化了現(xiàn)場布線，使系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性。

3）具有帶電插拔功能的I/O模塊，提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖8 參數(shù)設(shè)置

4）該系統(tǒng)的應(yīng)用將使國產(chǎn)立式壓濾機(jī)的控制系統(tǒng)性能達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，推動國產(chǎn)立式壓濾機(jī)替代進(jìn)口產(chǎn)品。

[1]鄧?yán)?ControlLogix系統(tǒng)實(shí)用手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.2.

[2]鄧?yán)?PAC編程基本教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.1.

[3]1769 CompactLogix 控制器用戶手冊[M].美國:羅克韋爾自動化公司,2012.

[4]EtherNet/IP 網(wǎng)絡(luò)配置用戶手冊[M].美國:羅克韋爾自動化公司,2012.