江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院 楊青青

粉碎生產(chǎn)線系統(tǒng)是將四氧化三鐵用粉碎機(jī)粉碎成符合工藝要求的鐵黑粉，并稱重包裝成一定質(zhì)量的過(guò)程。粉碎生產(chǎn)線系統(tǒng)主要由拼混、研磨、收集物料、稱重包裝和清灰除塵系統(tǒng)組成。針對(duì)粉碎生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，本文介紹一種基于PLC的粉碎生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制可靠，操作方便，性價(jià)比高。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案控制要求

由于本粉碎生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是盡可能地保證控制系統(tǒng)在生產(chǎn)時(shí)的安全性、增強(qiáng)控制系統(tǒng)的性能持續(xù)穩(wěn)定性、提高控制系統(tǒng)的生產(chǎn)效率性價(jià)比。故在設(shè)計(jì)整個(gè)粉碎生產(chǎn)線控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該顧及以下幾個(gè)要素的實(shí)現(xiàn)與否：

(1)必須保證控制系統(tǒng)的安全性能，在生產(chǎn)過(guò)程中，要保證工人在生產(chǎn)線生產(chǎn)的過(guò)程中必須是安全的，而且設(shè)備在工作的過(guò)程中也應(yīng)該持續(xù)運(yùn)作；

(2)必須保證生產(chǎn)過(guò)程的全自動(dòng)化性，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化模式，不需要依托人工的開(kāi)啟；

(3)必須保證控制系統(tǒng)程的可監(jiān)控性，在生產(chǎn)階段中，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程應(yīng)該能被操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控；

(4)必須保證控制系統(tǒng)的最佳性價(jià)比，研發(fā)的控制系統(tǒng)能夠達(dá)到最優(yōu)的性價(jià)比，在保證質(zhì)量的同時(shí)提高生產(chǎn)效率。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選取

由于在整個(gè)粉碎生產(chǎn)線系統(tǒng)中設(shè)備比較繁多，有混合機(jī)、碾磨機(jī)等10余臺(tái)電機(jī)，而且系統(tǒng)總輸入輸出點(diǎn)數(shù)過(guò)多，結(jié)合對(duì)粉碎生產(chǎn)先系統(tǒng)的工藝認(rèn)知、分析及對(duì)控制要求的理解，決定使用PLC和人機(jī)交互機(jī)結(jié)合的方式，搭建出一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程設(shè)備的控制（圖1為粉碎生產(chǎn)線系統(tǒng)方框圖）。其中，下位機(jī)選取西門子中小型PLC S7-300型負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)過(guò)程控制中的數(shù)據(jù)并依據(jù)采集而來(lái)的數(shù)據(jù)生成反饋，從而控制生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行，并把裝有 WINCC組態(tài)軟件的 PC機(jī)作為控制系統(tǒng)的上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，顯示出生產(chǎn)過(guò)程畫(huà)面，并能實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，使操作員能夠管理控制生產(chǎn)過(guò)程，并提供數(shù)據(jù)整合、歸檔功能，PLC和PC之間用PROFIBUS-DP總線通訊。

圖1粉碎生產(chǎn)線系統(tǒng)框圖

稱重包裝環(huán)節(jié)是個(gè)非線性大滯后的過(guò)程，由于在稱重過(guò)程中存在靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差，難以用數(shù)學(xué)算式進(jìn)行精確描述，而傳統(tǒng)PID控制需要有具體的數(shù)學(xué)表達(dá)，無(wú)法滿足其控制需求，而模糊控制能夠依靠專家運(yùn)算，不需要具體模型，本文糾其二者優(yōu)點(diǎn)，將一種模糊PID算法融入PLC應(yīng)用中，通過(guò)參數(shù)自整定的方法，對(duì)變頻器進(jìn)行精確控制，來(lái)提高包裝環(huán)節(jié)的精度，提升性價(jià)比。圖2展示了稱重包裝系統(tǒng)組成框圖，工控機(jī)通過(guò)變頻器控制稱重包裝環(huán)節(jié)，然后通過(guò)稱重傳感器把稱重量反映到HMI上。

圖2 稱重系統(tǒng)組成框圖

總體來(lái)說(shuō)，硬件系統(tǒng)各部件間采用了二級(jí)通訊模式：

（1）HMI和PLC。在這級(jí)通訊中，采用RS485協(xié)議對(duì)上位機(jī)人機(jī)交互界面HMI和下位機(jī)PLC進(jìn)行串口通訊。HMI作為自外界的指令和參數(shù)，控制系統(tǒng)氣動(dòng)部分做相應(yīng)動(dòng)作并顯示歷史趨勢(shì)、實(shí)時(shí)趨勢(shì)、生成報(bào)表等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能?？梢詫?duì)編寫(xiě)出參數(shù)設(shè)定頁(yè)面，完成定時(shí)控制功能。

（2）PLC和變頻器。變頻元件和PLC兩者之間的通訊是采用RS485協(xié)議進(jìn)行連接通信，傳感器檢測(cè)到PLC發(fā)出的信號(hào)，變頻器在PLC的控制下按照設(shè)計(jì)好的規(guī)律切換完成對(duì)電機(jī)的檢測(cè)及控制。

由于系統(tǒng)主要采用PLC+HMI的設(shè)計(jì)方案，此方案在設(shè)計(jì)時(shí)又主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，其中：硬件設(shè)計(jì)主要是電氣原理圖設(shè)計(jì)包括一次回路二次回路圖設(shè)計(jì)和變頻器的連接圖設(shè)計(jì)，軟件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)主要包括上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面程序設(shè)計(jì)、下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)及上下位機(jī)之間的通信設(shè)計(jì)，其中，上位機(jī)設(shè)計(jì)主要采用WINCC設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要由畫(huà)面組態(tài)，通訊設(shè)計(jì)、趨勢(shì)圖設(shè)計(jì)及報(bào)表打印等組成。下位機(jī)采用西門子STEP7軟件設(shè)計(jì)，下位機(jī)和上位機(jī)通過(guò)PROFIBUS通信，使得能夠隨時(shí)接受上位機(jī)下達(dá)的各條指令來(lái)執(zhí)行操作。上下位機(jī)之間通信主要采用現(xiàn)場(chǎng)總線中的PROFIBUS-DP通信協(xié)議通過(guò)輪詢的方式實(shí)現(xiàn)。

3.系統(tǒng)方案優(yōu)點(diǎn)

采用可編程邏輯控制器和人機(jī)交互界面WINCC的使用，給生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)作帶來(lái)方便，節(jié)省了控制系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，各硬件之間不需要太多繁瑣的接線，如果以后生產(chǎn)出現(xiàn)故障也方便排查調(diào)試，同時(shí)WINCC的使用減少了PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，可視化的界面方便控制系統(tǒng)操作監(jiān)視，且有故障定位和顯示的功能以備維護(hù)，總之可編程邏輯控制器和人機(jī)交互界面WINCC的結(jié)合是一種先進(jìn)的自動(dòng)化控制形式，它讓粉碎生產(chǎn)線生產(chǎn)過(guò)程操作清晰明朗，使得復(fù)雜的過(guò)程控制容易讓人管理、維護(hù)。