周雄煜

（國投廣東生物能源有限公司，廣東 湛江524300）

1 研究的背景及意義

2017年底，木薯原料采購價格不斷上漲，市場供應(yīng)量不足的情況，公司審時度勢，提出了用陳化稻谷來生產(chǎn)燃料乙醇的思路。陳化稻谷是中央儲備時間較長、無法食用的糧食，其采購價格較之木薯價格低，利用稻谷生產(chǎn)燃料乙醇將會帶來更高的效益。同時稻谷副產(chǎn)品如稻殼、碎米、米糠等還可以加工成飼料對外銷售，進一步提高公司的利潤。于是，陳化稻谷加工的技改已付諸實際行動中。隨著社會信息化的高速發(fā)展，先進的控制設(shè)備及自動化系統(tǒng)的變化也是日新月異，選擇合適企業(yè)本身生產(chǎn)發(fā)展需要的自動化控制系統(tǒng)，使得產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)效率和人員技術(shù)水平得到全面提高，有利于企業(yè)的發(fā)展，也是重中之重。經(jīng)過綜合性能比較及經(jīng)濟性的兼顧，在PLC行業(yè)中，西門子PLC-300系統(tǒng)經(jīng)過在中國多年的實踐及運用，憑借其穩(wěn)定性、可靠性、性價比等優(yōu)勢占據(jù)了大部分市場，而且該系統(tǒng)對于稻谷加工系統(tǒng)的管理、監(jiān)控及操作等各方面都可起到顯著的效果。因此，本文對稻谷加工技改的自控系統(tǒng)中PLC的設(shè)計進行了分析，具有十分重要的意義。以下是以整個稻谷加工技改系統(tǒng)中的稻谷副產(chǎn)品加工成飼料這部分自動控制系統(tǒng)進行分析設(shè)計及研究。

2 工藝過程設(shè)計

如圖1所示。飼料加工主要設(shè)備由1臺板框壓濾機、2臺干燥機及其冷卻器與風(fēng)送系統(tǒng)、包裝系統(tǒng)組成。來自精餾的廢醪液經(jīng)板框壓濾機分離后，濕糟進入管束式干燥機進行干燥，壓榨后的清液進入?yún)捬醴磻?yīng)系統(tǒng)；干燥后的飼料經(jīng)冷卻器冷卻后由風(fēng)送系統(tǒng)送至包裝裝置進行包裝。

圖1 工藝流程圖

由于從板框壓濾機中分離出的濕糟含大量水分，不利于儲存和運輸，因此需要進行干燥，即通過間接加熱使?jié)裨阒械乃终舭l(fā)逸出。本崗位采用了蒸汽管束式干燥機，管程走蒸汽，殼程走被干燥的濕糟，通過列管壁進行熱交換。濕糟中的水分蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽通過風(fēng)機抽出，經(jīng)旋風(fēng)除塵器使含有的少量粉塵沉降后排放。

3 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計

控制系統(tǒng)總體設(shè)計時，系統(tǒng)應(yīng)能滿足過程控制的要求，具備連續(xù)過程控制功能，應(yīng)完成全部的監(jiān)測、順控及各種報警聯(lián)鎖保護等功能。根據(jù)工藝提供的數(shù)據(jù)要求，需要實現(xiàn)以下基本功能：

（1）溫度、流量、壓、液位的數(shù)據(jù)顯示在工控電腦的界面上，且具有PID過程控制及報警聯(lián)鎖保護的功能。

（2）實現(xiàn)開關(guān)閥，堵料報警，轉(zhuǎn)速報警及電機運行狀態(tài)信號在電腦界面上的顯示，方便操作人員對現(xiàn)場設(shè)備進行實時狀態(tài)監(jiān)控及工藝參數(shù)的調(diào)整。

（3）對開關(guān)閥、調(diào)節(jié)閥、電機的控制具有自動和手動的操作功能，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)啟動停止，同時具有按工藝順序步驟進行啟停的順控功能。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計

稻谷加工系統(tǒng)的儀表設(shè)備如下：

（1）流量計和差壓液位計各1個。

（2）壓力變送器5個。

（3）熱電阻溫度變送器13個。

（4）轉(zhuǎn)速傳感器和堵料開關(guān)各12個。

（5）電機53臺。

（6）PLC輸入輸出的點數(shù)量如下：

1）模擬量輸入點25個。

2）模擬量輸出點11個。

3）開關(guān)量輸入點199個。

4）開關(guān)量輸出點114個。

5）熱電阻RTD輸入點13個。

根據(jù)已確定的控制方案和PLC點數(shù)，本系統(tǒng)采用西門子PLC-300系統(tǒng)，工控機戴爾電腦一臺，控制站CPU采用模塊CPU315-2、數(shù)字量輸入（DI）和數(shù)字量輸出（DO）采用 SM323模塊，模擬量輸入（AI）采用 SM331模塊，模擬量輸出（AO）采用 SM332模塊以及IM365等模塊組成，采用CP342-5模塊實現(xiàn)機架擴展，如圖2所示。PLC模塊與擴展的PLC模塊之間信號連接的采用CP342-5通訊模塊通過PROFIBUSDP進行通訊，如圖3所示，從而確保上位機工控機可以對整個稻谷飼料加工控制過程進行監(jiān)控和操作。

圖2 硬件組態(tài)圖

圖3 PR O F I B U S DP通訊

5 PLC模塊與現(xiàn)場設(shè)備連接方式設(shè)計

5.1 模擬量輸入連接方式

與模擬量有關(guān)的現(xiàn)場設(shè)備元件及信號主要是調(diào)節(jié)閥、電機、流量計、壓力變送器、差壓液位計溫度及流量、壓力、液位和電流等。其中流量計、壓力變送器和差壓液位計這三種儀器是兩線制接線法的，它的接線方式如圖4所示（只給出部分接線圖）：

圖4 模擬量輸入接線圖

5.2 模擬量輸出連接方式

蒸氣調(diào)節(jié)閥的模擬輸出信號接線方式如圖5所示（只給出部分接線圖），其中電機變頻器的速度頻率調(diào)節(jié)信號與調(diào)節(jié)閥的輸出控制信號一樣，其接線方式是兩線制的。

圖5 模擬量輸出接線圖

5.3 溫度信號輸入連接方式

溫度計（RTD）包括測量管道介質(zhì)溫度計及電機前后軸承溫度計，接線方式是三線制的，接線方式如圖6所示（只給出部分接線圖）。

圖6 溫度接線圖

5.4 開關(guān)信號量輸入連接方式

開關(guān)量信號輸入輸出主要是現(xiàn)場的的開關(guān)閥控制，堵料報警信號，轉(zhuǎn)速報警信號及電機信號控制，電機信號包括就地遠程、停止、開始、運行狀態(tài)、錯誤報警、電流信號。其中，開關(guān)閥控制、堵料報警信號、轉(zhuǎn)速報警信號和電機的開始停止信號接線方式是一樣的，它們都是二兩制接法，接線方式如圖7所示（只給出部分接線圖）。

圖7 開關(guān)量輸入接線圖

6 PLC控制系統(tǒng)的抗干擾及隔離設(shè)計

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的快速的發(fā)展，強電電路和強電設(shè)備得到快速發(fā)展的同時，但由于強電設(shè)備自身特征，也產(chǎn)生了對控制信號傳送不利的電磁干擾，電磁干擾的現(xiàn)象極為普遍。因此，必須要想辦法提高PLC系統(tǒng)的抗干擾能力，本設(shè)計采用以下方式：

6.1 屏蔽

采用金屬外殼屏蔽。將PLC系統(tǒng)內(nèi)置于金屬柜之內(nèi)。金屬柜外殼可靠接地，能起到良好的靜電、磁場屏蔽作用，防止空間輻射干擾。

接線屏蔽。在設(shè)計要求中，對于強弱電信號線都是分開走線，并且距離要有一定的間隔。模擬信號傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜，每個儀表信號電纜的屏蔽層在PLC機柜內(nèi)均采用單點接地，接在PLC系統(tǒng)機柜工作接地匯流排的接地點上。

6.2 線路隔離

（1）中間繼電器。本系統(tǒng)設(shè)計采用歐姆龍中間繼電器，中間繼電器在PLC系統(tǒng)中是起到一個隔離保護的作用，比如雷擊、過流、短路的時候，對PLC進行一個阻斷保護。

（2）信號隔離器。本系統(tǒng)設(shè)計中采用MSC300信號隔離器，它主要應(yīng)用在現(xiàn)場模擬量設(shè)備元件信號輸入時起到的信號隔離，抗干擾的作用，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定。

7 結(jié)語

本控制系統(tǒng)設(shè)計以西門子PLC 300為控制核心，主要闡述了PLC系統(tǒng)的硬件線路設(shè)計過程和基本的硬件配置。經(jīng)過一段時間的調(diào)試及試運行，該系統(tǒng)已經(jīng)逐步穩(wěn)定工作，取得了良好的預(yù)期效果。在后緒的生產(chǎn)中，會根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況，更加優(yōu)化系統(tǒng)性能和完善系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。