江蘇今創(chuàng)車輛有限公司　張立江

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高精度水下切粒機改進的PLC軟件及核心計算介紹

江蘇今創(chuàng)車輛有限公司張立江

【摘要】文章以聚酯工藝切粒機技改為例，分析改進前后的PLC軟件及計算公式，經(jīng)實際證明：改進后切粒機系統(tǒng)的快速跟隨性大大提高，動態(tài)精度從3%提高到0.5%。

【關(guān)鍵詞】切粒機；PLC；軟件模塊；算法模型

1　生產(chǎn)過程主要控制原理

在聚酯工藝中，水下切粒機是聚酯切片生產(chǎn)中的最關(guān)鍵設(shè)備之一。我公司八萬噸/年P(guān)ET車間采用的是國際最先進的瑞士立達公司USG900H型水下切粒機，由直徑90mm的下羅拉和直徑170mm的上羅拉組成的喂入裝置由一臺變頻器驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速可決定切片的長度。在現(xiàn)場操作盤上(也可由DCS遙控)可設(shè)定喂入羅拉的線速度，決定產(chǎn)量，也可在規(guī)定范圍內(nèi)設(shè)定切片的長度。當需改變產(chǎn)量時，可改變喂入羅拉的線速度，即改變羅拉變頻器的輸出電壓(或速度設(shè)定值(HZ))。改變動刀線速度，即改變動刀的變頻器的輸出電壓(或速度設(shè)定者(HZ))，就可改變切片長度。

2　改造的目的

提高羅拉和動刀的線速度可以提高切粒產(chǎn)量，但受到動刀齒數(shù)的限制，從8萬噸提高到10萬噸，現(xiàn)在的30齒必須改成40齒的動刀。但是，原來PLC采用的是老的S5系列，不支持非30齒的軟件計算。因此，我們決定在這次擴產(chǎn)改造中，把PLC升級到西門子S7系列，適應(yīng)技術(shù)進步的要求。

3　現(xiàn)有及新的PLC系統(tǒng)介紹

控制功能主要分為開關(guān)量輸出控制及模擬量計算，輸出控制。

開關(guān)量輸出控制：主要由切片干燥器風機聯(lián)鎖控制，切粒機“開/?！甭?lián)鎖控制，伸縮板聯(lián)鎖控制，水流量聯(lián)鎖控制，聯(lián)鎖氣缸控制，鑄帶監(jiān)視控制，刮板動作聯(lián)鎖控制，其它信號聯(lián)鎖控制及故障識別處理模式。

這部分保證了切粒機工作的正確、正常及安全性。但下面模擬量計算，輸出控制才是該系統(tǒng)智能的核心，而其中切片控制模式才是切粒機系統(tǒng)的精髓，因為它的運行使得羅拉、動刀變頻器按照我們所要求的切片來控制電機的轉(zhuǎn)速，從而得到高質(zhì)量的切片尺寸及外觀。我們下面系統(tǒng)軟件設(shè)計研究正是圍繞這一課題展開。

模擬量計算、輸出控制：由切片控制程序(FB40)，模擬量輸入/輸出控制程序(FB41)，32位乘法程序，32位除法程序，同步閃存程序，系統(tǒng)啟動程序，RLG(AE)功能塊(模擬量輸入轉(zhuǎn)換)，RLG(AA)(模擬量輸出轉(zhuǎn)換)等功能塊組成。

即當使用40齒時，須修改程序中三點：

a、在FB212中，將DB41改為DB42，即將30齒長度系數(shù)指針轉(zhuǎn)向40齒指針；

b、在FB41中，Seginent8中，動刀速度量程上/下限修改為：

上限：OGR：KF+1390改為KF+1043

下限：UGR：KF+193改為KF+145

c、相應(yīng)變頻器上頻率范圍修改為：

動刀頻率范圍19.3Hz-139Hz改為14.5Hz-104.3Hz

因此，該軟件系統(tǒng)對更改動刀齒數(shù)是非自動、不方便的。而我們改進的切粒機將克服該老系統(tǒng)軟件缺陷，30/40齒算法將自動切換。

為了保證項目和系統(tǒng)的先進性，我們在擴產(chǎn)項目中，改進了電氣控制，PLC采用SIEMENS-S7-300，所有信號通信采用PROFIBUS(包括與DCS，變頻器，操作面板)，代表了當今先進的控制系統(tǒng)潮流。

4　模型建立，軟件模塊設(shè)計

4.1聯(lián)鎖及安全控制軟件介紹

與老切粒機系統(tǒng)相似，主要控制由下列模塊組成：

FC64：切片干燥器風機聯(lián)鎖控制

FC3：切粒機“開/?！甭?lián)鎖控制

FC12：聯(lián)鎖氣缸控制

FC4：伸縮板聯(lián)鎖控制

FC18：刮板動作聯(lián)鎖控制

FC5：水流量聯(lián)鎖控制

FC7：鑄監(jiān)視控制

FC8：信號聯(lián)鎖控制

FB60：故障識別及報警

FC66：系統(tǒng)初試化

以上模塊是切粒機重要控制功能塊，它保證了切粒機正常及安全工作，限于篇幅關(guān)系，模塊內(nèi)部功能就不展開討論。

4.2切粒機羅拉及動刀速度關(guān)系模型推導(dǎo)

變頻器頻率和電機轉(zhuǎn)速之間關(guān)系：(推導(dǎo)過程略)

∴ F1=V*2*P1/(60*π*D)

F2=n1*KF*P2/(1000*60*π*D)

V：喂入鑄帶線速度

n1：羅拉電機轉(zhuǎn)速

n2：動刀電機轉(zhuǎn)速

F1：羅拉電機變頻器頻率給定

F2：動刀電機變頻器頻率給定

D：羅拉直徑

Ne：電機轉(zhuǎn)速

P：電機極對數(shù)

KF：切片長度系數(shù)

我們將所有有關(guān)羅拉及動刀速度計算，輸入，輸出組成總的功能塊FB72，其內(nèi)部由此6個子模塊組成。

NETWORK1：羅拉電機速度檢測模塊

NETWORK2：由外部羅拉速度給定及反饋信號計算羅拉變頻器給定值模塊

NETWORK3：動刀電機檢測模塊NETWORK4：鑄帶速度檢測模塊

NETWORK5：羅拉及動刀電機速度超速輸出模塊

NETWORK6：羅拉及動刀電機頻率公式計算及輸出模塊

4.3程序流程及源程序編制

因篇幅關(guān)系具體流程圖不在此列出。

5　系統(tǒng)實際運行與測試

我們完成硬件安裝、調(diào)試、軟件修改及聯(lián)調(diào)后，開車后一次投用成功。

實際試驗各個設(shè)備速度數(shù)據(jù)與理論值非常接近，精度達到+-0.5%。

6　總結(jié)與展望

通過8萬噸擴產(chǎn)項目控制中特別是“新一代切粒機系統(tǒng)改進及應(yīng)用”，可以清晰地得出以下結(jié)論：

6.1軟件強大的開放性

采用S7編制的新的30/40齒算法，成功解決了原程序中30 齒/40齒程序不能自動計算，切換等重大缺陷，而且保證了其它參數(shù)的變換，更改都不須更換程序，而能精確的使輸出值跟隨輸入值變化。保證了整個系統(tǒng)的快速跟隨性與動態(tài)精度，達到0.5%，大大優(yōu)于原3%的精度誤差。

6.2軟件系統(tǒng)的可靠性

采用新的算法模式，利用S7軟件平臺的強大功能使大容量計算需要的中間變量大大減少，提高了整個軟件算法的可靠性。

6.3極大的經(jīng)濟性

最小化的布線方式和最大化的網(wǎng)絡(luò)拓撲使得系統(tǒng)的接線成本和維護成本大大降低。

因此，從以上項目中可以看出，采用新的算法模式及控制軟件，以及采用PROFIBUS通訊技術(shù)等多種技術(shù)上的創(chuàng)新點，使得新一代切粒機控制系統(tǒng)無論是從產(chǎn)品適用性，還是各種動、靜態(tài)性能指標都得到極大的提高。

張立江，1983年畢業(yè)于上海鐵道大學(xué)機車電傳動專業(yè)，高級工程師，從事機車電力傳動和控制設(shè)計研發(fā)工作。

作者簡介：