葉小川

摘要：根據(jù)長纖磨漿機的工作性能和要求，研究其工作特點，進行了對長纖磨漿機的電氣系統(tǒng)與信息化設(shè)計。經(jīng)兩年的運行情況表明，該系統(tǒng)設(shè)計合理、性能穩(wěn)定可靠，有實際應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：長纖磨漿機；自動控制；ID控制s7-300PLC；WINCC；信息采集與監(jiān)控

中圖分類號：TS251 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0001-02

1 引言

維達（四川德陽）紙業(yè)有限公司，該公司主要生產(chǎn)生活用紙，供給整個華西市場，近年原紙產(chǎn)量不斷的增長，為了每年的原紙產(chǎn)量增長率都達到10%以上。為了應(yīng)對快速增長的產(chǎn)量，該公司不斷擴大產(chǎn)能，已從2005年的一期廠房擴建到了2015年的三期廠房，并不斷加大生產(chǎn)設(shè)備的投入。本項目中涉及到的長纖磨漿機就是原紙自動生產(chǎn)線上的設(shè)備，主要功能是通過物理碾磨將原木漿的長纖維破碎成短纖維，再將磨好的紙漿輸送給后續(xù)的造紙機使用。以前，該公司有一臺長纖磨漿機處于閑置狀態(tài)，但缺少控制系統(tǒng)，無法投入生產(chǎn)。為了充分利用閑置設(shè)備。我們對該磨漿機進行了研究，分析生產(chǎn)工藝和工作過程，設(shè)計了電氣控制系統(tǒng)。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)（圖1）

控制裝置采用了PLC控制變頻器，由變頻器驅(qū)動交流電進行進給。通過功率檢測與轉(zhuǎn)換裝置對主電機的功率及故障進行檢測，組成可靠的功率閉環(huán)控制系統(tǒng)，被控對象為主電機，以控制主電機的功率恒定為主要目標(biāo)。設(shè)計了與之相適應(yīng)的反饋控制回路，同時設(shè)計了人機對話工作的觸摸屏界面以及遠(yuǎn)程電腦監(jiān)控界面。將當(dāng)前過程參數(shù)及PLC運行數(shù)據(jù)通過觸摸屏和電腦實現(xiàn)可視化操作遠(yuǎn)程記錄。在觸摸屏及電腦組態(tài)變量與PLC實現(xiàn)通信。實現(xiàn)了電觸摸屏設(shè)定控制值和進行操作，顯示PLC的工作狀態(tài)，PLC收集到的各種信號參數(shù)，經(jīng)程序的計算處理輸出控制功率，并將其送到顯示裝置監(jiān)視和這樣完成了該系統(tǒng)對電氣柜控制及變頻器調(diào)節(jié)，最終達到控制麿漿機工作的目標(biāo)，該系統(tǒng)可以獨立運行，也和生產(chǎn)中的其它設(shè)備連機，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控和記錄歷史數(shù)據(jù)。

2.2 控制系統(tǒng)組成與工作原理

控制系統(tǒng)的組成及工作原理如圖2所示，依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，我們選擇了西門子S7-300PLC ，CPU325-2PN，電源模塊PS307-5A，數(shù)字量輸出SM322模塊16點輸出、數(shù)字輸入SM321模塊16點輸入，模擬量輸入SM331模塊8個模擬量輸入信號，模擬量輸出SM332模擬量8個模擬量輸出信號。S7-300PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置靈活，功能強大穩(wěn)定可靠，CPU處理速度快，具有擬態(tài)網(wǎng)通信接口，便于和電腦及觸摸屏通信。觸摸屏采用TP277-10西門子小型人機界面，采用Winccflexinle編輯變量組態(tài)動畫，下載到人機界面。人機界面與PLC通信，實現(xiàn)相關(guān)控制。通過擬態(tài)網(wǎng)接口將PLC與電腦連接，在電腦中應(yīng)用Wincc編輯變量組態(tài)畫面對PLC控制的設(shè)備歷史數(shù)據(jù)進行記錄以，以便對產(chǎn)品質(zhì)量進行分析和生產(chǎn)管理。

2.3 控制系統(tǒng)實現(xiàn)的主要工作過程

首先，在啟動主機之前啟動，關(guān)閉輸出閥，開啟回流閥，啟動沖洗閥，清洗結(jié)束，關(guān)閉沖洗閥，開啟抽漿泵。啟動主電機，待進漿濃度、壓力、溫度滿足條件，可自動進刀，也可手動進刀調(diào)節(jié)功率。設(shè)定好工藝參數(shù)，進刀先快進，進刀速度隨功率偏差的減少自動減速，全采用自動調(diào)節(jié)，其參數(shù)由調(diào)試時進行整定，防止出現(xiàn)功率超調(diào)，進刀量過大出現(xiàn)損壞磨盤的現(xiàn)象，由于進刀與功率的變化存在時間的滯后，進刀過程采用了寸動的延時技術(shù)，在低速進刀進進0.5秒延時2秒行等待功率穩(wěn)定再進刀的寸動方式。其功率控制效果良好，控制精度高、穩(wěn)定性好。避免了刀盤之間的直接摩擦。功率穩(wěn)定運行一段時間后進行麿漿機沖洗，可以設(shè)定為定時沖洗和手動沖洗，由操作人員選擇。在運行過程中如出現(xiàn)壓力和濃度不夠時，要退刀，同時開戶回流閥，關(guān)閉出漿閥，防止將不合格紙漿送入下一工序 ，影響產(chǎn)品質(zhì)量。為防止壓力和濃度波動產(chǎn)生誤動作，在濃度波動時防止進退刀，采用濾波延時技術(shù)，實現(xiàn)瞬時波動不進（退）刀，提高其穩(wěn)定性，出現(xiàn)濃度壓力問題，將刀退到等待位置。當(dāng)壓力和濃度恢復(fù)正常，繼續(xù)進刀調(diào)整功率。

每次停，先開啟回流閥，關(guān)閉出漿閥，退刀時停止送漿，沖洗完畢停止主電機。啟動過程中壓力和濃度不足時不能進刀，實現(xiàn)實功率控制，等壓力和濃度在指定范圍內(nèi)時才能調(diào)節(jié)功率和進刀。

3 PLC控制程序設(shè)計

應(yīng)用編程軟件STP7 V5.5，該編程軟件有ST-300PLC的硬件組態(tài)，程序塊采用結(jié)構(gòu)化編程以及程序管理，編程語言有語句表、梯形圖、功能塊圖等。在硬件組態(tài)中配置好相關(guān)硬件如（圖3），注意配置硬件要與PLC模塊的訂貨號完全一致。編程采用梯形圖編程。PLC與電腦通過擬態(tài)網(wǎng)接口連接，使用S7-300編程電纜將程序下載到PLC中。

硬件組態(tài)：對自動化工程中使用的硬件進行配置和參數(shù)設(shè)置。它包括以下的內(nèi)容：（1）系統(tǒng)組態(tài)：選擇硬件機架，并將所選模塊分配給指定的插槽。（2）CPU的參數(shù)設(shè)置：設(shè)置CPU模塊的多種屬性，如啟動特性，掃描監(jiān)視時間等。（3）模塊的參數(shù)設(shè)置：可以在屏幕上定義所有硬件模塊的可調(diào)整參數(shù)，包括功能模塊（FM）與通信處理器，不必通過DIP開關(guān)來設(shè)置。

在控制系統(tǒng)中的功率控制，采用數(shù)字PID控制器，用增量式PID算法，將PID調(diào)節(jié)器設(shè)計成P調(diào)節(jié) 器，在OB35中調(diào)用 SFB41，主要功能如（圖4），通過SFB41的背影數(shù)據(jù)塊中設(shè)置PID功能，調(diào)用SF41將過程量功率值與設(shè)定功率值進行比較，計算出誤差，誤差為負(fù)進刀，誤差為正退刀，開始進刀快進，用偏差決定工進速度（具體調(diào)試時整定參數(shù)），偏差小于20%時進入寸動延時方式進刀，用比較和定時器配合產(chǎn)生脈沖信號實現(xiàn)。

4 組態(tài)與監(jiān)控

TP277-10觸摸屏，應(yīng)用在電腦安裝Winccflexinle軟件，在電腦中創(chuàng)建項目，設(shè)置通信接口，定義變量，組態(tài)畫面與PLC建立連接，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控。

wincc flexible是一款人機界面編輯工具，SIEMENS開發(fā)的觸摸屏組態(tài)工具，在工業(yè)自動化方面，人機操作界面的運用范圍是非常廣泛的，wincc flexible建設(shè)多種設(shè)備的組態(tài)環(huán)境，不通過專業(yè)的編輯代碼重新開發(fā)新的控制系統(tǒng)，直接觸摸屏程序集成到新的編輯工具wincc flexible中就能得到一款全新的組態(tài)程序，在進行觸摸屏編輯的時候可以優(yōu)化自己系統(tǒng)控制器的開發(fā)流程。

SIMATIC WinCC（Windows Control Center，視窗控制中心），是西門子在自動化領(lǐng)域中的先進技術(shù)和Microsoft的強大功能相結(jié)合的產(chǎn)物。它有各種有效功能用于自動化過程，用于個人計算機上的，按價格和性能分級的人機界面和SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)。可以容易的結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和用戶程序生成人機界面，準(zhǔn)確的滿足實際要求。在用戶界面下進行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線和打印報表等。Wincc過程歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)采集，用電腦通過擬態(tài)網(wǎng)與PLC建立連接，電腦中安裝WinccV6.0組態(tài)軟件，在電腦中創(chuàng)建項目，新建驅(qū)動連接、配置變量、編輯畫面、創(chuàng)建歸檔數(shù)據(jù)，設(shè)置報表輸出。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)經(jīng)過兩年的運行，一直穩(wěn)定可靠，在企業(yè)中產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟效益，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和信息化管理。

參考文獻

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