PLC在混絲摻配控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

喬海珍++劉曉瑜

摘 要：本文介紹了卷煙廠制絲生產(chǎn)線混絲摻配工藝段PLC控制系統(tǒng)的設(shè)備組成、控制流程、流量控制與調(diào)節(jié)。闡述了該系統(tǒng)的硬件設(shè)置以及軟件設(shè)計。

關(guān)鍵詞：制絲生產(chǎn) 混絲摻配 PLC 應(yīng)用

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0031-01

混絲摻配是卷煙廠制絲車間制絲工藝的核心生產(chǎn)工序之一。卷煙煙絲成分有葉絲、梗絲、膨脹絲、薄片絲、殘絲五種，每種卷煙產(chǎn)品這五種成分的含量都不同，在設(shè)計時就明確規(guī)定了這5種成分的摻配比例。摻配精度將直接影響成品煙絲的各項工藝指標(biāo)和成品卷煙的品質(zhì)。摻配控制系統(tǒng)有五臺核子秤，分別為葉絲秤、梗絲秤、膨脹絲秤、薄片絲秤、殘絲秤。葉絲秤是計量主秤，其他四臺核子秤是輔秤。在摻配過程中4個輔稱分別根據(jù)不同卷煙牌號設(shè)定的工藝指標(biāo)和主秤的流量來決定是否需要加入和加入的量。

1 混絲摻配工藝段

1.1 混絲摻配工藝段PLC控制系統(tǒng)的設(shè)備組成

混絲摻配工藝段控制系統(tǒng)由中央監(jiān)控計算機、可編程序控制器PLC（主站）、子站、變頻器、水分儀、核子秤及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)組成。圖1所示為混絲摻配工藝段設(shè)備組成。

1.2 混絲摻配工藝段控制流程

煙絲生產(chǎn)之前，中控上位機預(yù)先設(shè)置好各摻配秤的摻配比例，通過網(wǎng)絡(luò)傳送至摻配段的PLC。本段的PLC負(fù)責(zé)精確計量、控制核子秤稱量過程，實時輸出信號到變頻器，調(diào)節(jié)核子秤的電機轉(zhuǎn)速，進而控制摻配精度；同時負(fù)責(zé)檢測系統(tǒng)故障并顯示、報警。核子秤主要接收本段PLC發(fā)出的啟停、摻配比例等信號，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)如：累計重量、瞬時流量等經(jīng)由現(xiàn)場總線傳回給本段PLC。每臺核子秤通過接收到的工藝段PLC的設(shè)定配比信號，來調(diào)節(jié)自身電機的轉(zhuǎn)速，以控制其瞬時流量。若瞬時流量與設(shè)定流量有偏差，則秤內(nèi)PLC比較設(shè)定值與實際值的偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)改變輸出，控制變頻器調(diào)節(jié)皮帶秤的速度，實現(xiàn)流量跟蹤，進而達到實時控制摻配精度。

2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)置

2.1 可編程控制器的選擇

（1）從混絲摻配系統(tǒng)的輸入/輸出信號數(shù)量以及工藝要求、軟件容量、運行速度等方面考慮，主控柜可編程控制器選用SIMATIC S7-400。SIMATIC S7-400是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。采用模塊化設(shè)計，性能范圍寬廣的不同模板可靈活組合，擴展十分方便。（2）五臺核子秤可編程序控制器均選用SIMATIC S7-300，S7-300是模塊化的中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。具備易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點，是各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的解決方案。

2.2 變頻器的確定

系統(tǒng)變頻器選用VLT 2800系列，它是目前市場上最小巧的多功能變頻器之一，它各項性能優(yōu)越，操作方便靈活，能滿足大部分工控場合的需求。同時具有常用工業(yè)現(xiàn)場總線使用的可選通訊接口模塊，便于系統(tǒng)功能擴展。摻配控制系統(tǒng)中5臺核子秤的電機均采用0.75 kW的三相交流電機，選用變頻器的輸出功率范圍為0.37～1.5 kW。

3 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

對S7-400、S7-300系列可編程序控制器的編程采用SIMATIC MANGER STEP7 集成開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)，STEP7是運行在 WINDOWS操作系統(tǒng)平臺下的編程開發(fā)環(huán)境。通過STEP7編程軟件，使用梯形圖和語句表等形式進行編程，編譯好的程序可下載到可編程序控制器PLC中運行，也可在線監(jiān)控程序運行狀態(tài)，完成程序調(diào)試。

用戶程序由系統(tǒng)塊和用戶塊組成。用戶塊分成組織塊、功能塊、功能和數(shù)據(jù)塊。系統(tǒng)塊調(diào)用組織塊，組織塊調(diào)用實現(xiàn)不同用途的功能和功能塊。用戶數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)塊中，支持掉電保護。用戶塊的設(shè)計如下所述。

3.1 組織塊（OB）

（1）S7-400系列：OB1，OB32，OB35，OB81-87，OB100，OB101，OB102，OB121/122。

（2）S7-300系列：OB1，OB35，OB82，OB85-87，OB100，OB121/122。

3.2 功能（FC）

包括：順序控制功能、特殊功能控制功能、電機參數(shù)控制功能、過程控制功能、與HMI通訊功能、功能子程序、以太網(wǎng)通訊功能。

3.3 功能塊（FB）

包括：計量功能塊、自動控制功能塊、 PID去皮功能塊、秤標(biāo)定功能塊、連鎖邏輯控制塊、網(wǎng)絡(luò)通訊處理功能塊、報警功能塊。

3.4 數(shù)據(jù)塊（DB）

包括：特殊功能控制數(shù)據(jù)塊、電機參數(shù)數(shù)據(jù)塊、過程控制數(shù)據(jù)塊、與HMI通訊數(shù)據(jù)塊、以太網(wǎng)通訊數(shù)據(jù)塊、DP網(wǎng)絡(luò)通訊、DP網(wǎng)絡(luò)診斷。

4 結(jié)語

該混絲摻配控制系統(tǒng)使用PLC替代傳統(tǒng)的繼電控制邏輯，在保證整個系統(tǒng)安全性的基礎(chǔ)上，同時提高了核子皮帶秤的計量控制精度，從而保證了煙絲品質(zhì)。endprint

摘 要：本文介紹了卷煙廠制絲生產(chǎn)線混絲摻配工藝段PLC控制系統(tǒng)的設(shè)備組成、控制流程、流量控制與調(diào)節(jié)。闡述了該系統(tǒng)的硬件設(shè)置以及軟件設(shè)計。

關(guān)鍵詞：制絲生產(chǎn) 混絲摻配 PLC 應(yīng)用

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0031-01

混絲摻配是卷煙廠制絲車間制絲工藝的核心生產(chǎn)工序之一。卷煙煙絲成分有葉絲、梗絲、膨脹絲、薄片絲、殘絲五種，每種卷煙產(chǎn)品這五種成分的含量都不同，在設(shè)計時就明確規(guī)定了這5種成分的摻配比例。摻配精度將直接影響成品煙絲的各項工藝指標(biāo)和成品卷煙的品質(zhì)。摻配控制系統(tǒng)有五臺核子秤，分別為葉絲秤、梗絲秤、膨脹絲秤、薄片絲秤、殘絲秤。葉絲秤是計量主秤，其他四臺核子秤是輔秤。在摻配過程中4個輔稱分別根據(jù)不同卷煙牌號設(shè)定的工藝指標(biāo)和主秤的流量來決定是否需要加入和加入的量。

1 混絲摻配工藝段

1.1 混絲摻配工藝段PLC控制系統(tǒng)的設(shè)備組成

混絲摻配工藝段控制系統(tǒng)由中央監(jiān)控計算機、可編程序控制器PLC（主站）、子站、變頻器、水分儀、核子秤及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)組成。圖1所示為混絲摻配工藝段設(shè)備組成。

1.2 混絲摻配工藝段控制流程

煙絲生產(chǎn)之前，中控上位機預(yù)先設(shè)置好各摻配秤的摻配比例，通過網(wǎng)絡(luò)傳送至摻配段的PLC。本段的PLC負(fù)責(zé)精確計量、控制核子秤稱量過程，實時輸出信號到變頻器，調(diào)節(jié)核子秤的電機轉(zhuǎn)速，進而控制摻配精度；同時負(fù)責(zé)檢測系統(tǒng)故障并顯示、報警。核子秤主要接收本段PLC發(fā)出的啟停、摻配比例等信號，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)如：累計重量、瞬時流量等經(jīng)由現(xiàn)場總線傳回給本段PLC。每臺核子秤通過接收到的工藝段PLC的設(shè)定配比信號，來調(diào)節(jié)自身電機的轉(zhuǎn)速，以控制其瞬時流量。若瞬時流量與設(shè)定流量有偏差，則秤內(nèi)PLC比較設(shè)定值與實際值的偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)改變輸出，控制變頻器調(diào)節(jié)皮帶秤的速度，實現(xiàn)流量跟蹤，進而達到實時控制摻配精度。

2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)置

2.1 可編程控制器的選擇

（1）從混絲摻配系統(tǒng)的輸入/輸出信號數(shù)量以及工藝要求、軟件容量、運行速度等方面考慮，主控柜可編程控制器選用SIMATIC S7-400。SIMATIC S7-400是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。采用模塊化設(shè)計，性能范圍寬廣的不同模板可靈活組合，擴展十分方便。（2）五臺核子秤可編程序控制器均選用SIMATIC S7-300，S7-300是模塊化的中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。具備易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點，是各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的解決方案。

2.2 變頻器的確定

系統(tǒng)變頻器選用VLT 2800系列，它是目前市場上最小巧的多功能變頻器之一，它各項性能優(yōu)越，操作方便靈活，能滿足大部分工控場合的需求。同時具有常用工業(yè)現(xiàn)場總線使用的可選通訊接口模塊，便于系統(tǒng)功能擴展。摻配控制系統(tǒng)中5臺核子秤的電機均采用0.75 kW的三相交流電機，選用變頻器的輸出功率范圍為0.37～1.5 kW。

3 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

對S7-400、S7-300系列可編程序控制器的編程采用SIMATIC MANGER STEP7 集成開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)，STEP7是運行在 WINDOWS操作系統(tǒng)平臺下的編程開發(fā)環(huán)境。通過STEP7編程軟件，使用梯形圖和語句表等形式進行編程，編譯好的程序可下載到可編程序控制器PLC中運行，也可在線監(jiān)控程序運行狀態(tài)，完成程序調(diào)試。

用戶程序由系統(tǒng)塊和用戶塊組成。用戶塊分成組織塊、功能塊、功能和數(shù)據(jù)塊。系統(tǒng)塊調(diào)用組織塊，組織塊調(diào)用實現(xiàn)不同用途的功能和功能塊。用戶數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)塊中，支持掉電保護。用戶塊的設(shè)計如下所述。

3.1 組織塊（OB）

（1）S7-400系列：OB1，OB32，OB35，OB81-87，OB100，OB101，OB102，OB121/122。

（2）S7-300系列：OB1，OB35，OB82，OB85-87，OB100，OB121/122。

3.2 功能（FC）

包括：順序控制功能、特殊功能控制功能、電機參數(shù)控制功能、過程控制功能、與HMI通訊功能、功能子程序、以太網(wǎng)通訊功能。

3.3 功能塊（FB）

包括：計量功能塊、自動控制功能塊、 PID去皮功能塊、秤標(biāo)定功能塊、連鎖邏輯控制塊、網(wǎng)絡(luò)通訊處理功能塊、報警功能塊。

3.4 數(shù)據(jù)塊（DB）

包括：特殊功能控制數(shù)據(jù)塊、電機參數(shù)數(shù)據(jù)塊、過程控制數(shù)據(jù)塊、與HMI通訊數(shù)據(jù)塊、以太網(wǎng)通訊數(shù)據(jù)塊、DP網(wǎng)絡(luò)通訊、DP網(wǎng)絡(luò)診斷。

4 結(jié)語

該混絲摻配控制系統(tǒng)使用PLC替代傳統(tǒng)的繼電控制邏輯，在保證整個系統(tǒng)安全性的基礎(chǔ)上，同時提高了核子皮帶秤的計量控制精度，從而保證了煙絲品質(zhì)。endprint

摘 要：本文介紹了卷煙廠制絲生產(chǎn)線混絲摻配工藝段PLC控制系統(tǒng)的設(shè)備組成、控制流程、流量控制與調(diào)節(jié)。闡述了該系統(tǒng)的硬件設(shè)置以及軟件設(shè)計。

關(guān)鍵詞：制絲生產(chǎn) 混絲摻配 PLC 應(yīng)用

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0031-01

混絲摻配是卷煙廠制絲車間制絲工藝的核心生產(chǎn)工序之一。卷煙煙絲成分有葉絲、梗絲、膨脹絲、薄片絲、殘絲五種，每種卷煙產(chǎn)品這五種成分的含量都不同，在設(shè)計時就明確規(guī)定了這5種成分的摻配比例。摻配精度將直接影響成品煙絲的各項工藝指標(biāo)和成品卷煙的品質(zhì)。摻配控制系統(tǒng)有五臺核子秤，分別為葉絲秤、梗絲秤、膨脹絲秤、薄片絲秤、殘絲秤。葉絲秤是計量主秤，其他四臺核子秤是輔秤。在摻配過程中4個輔稱分別根據(jù)不同卷煙牌號設(shè)定的工藝指標(biāo)和主秤的流量來決定是否需要加入和加入的量。

1 混絲摻配工藝段

1.1 混絲摻配工藝段PLC控制系統(tǒng)的設(shè)備組成

混絲摻配工藝段控制系統(tǒng)由中央監(jiān)控計算機、可編程序控制器PLC（主站）、子站、變頻器、水分儀、核子秤及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)組成。圖1所示為混絲摻配工藝段設(shè)備組成。

1.2 混絲摻配工藝段控制流程

煙絲生產(chǎn)之前，中控上位機預(yù)先設(shè)置好各摻配秤的摻配比例，通過網(wǎng)絡(luò)傳送至摻配段的PLC。本段的PLC負(fù)責(zé)精確計量、控制核子秤稱量過程，實時輸出信號到變頻器，調(diào)節(jié)核子秤的電機轉(zhuǎn)速，進而控制摻配精度；同時負(fù)責(zé)檢測系統(tǒng)故障并顯示、報警。核子秤主要接收本段PLC發(fā)出的啟停、摻配比例等信號，并將狀態(tài)數(shù)據(jù)如：累計重量、瞬時流量等經(jīng)由現(xiàn)場總線傳回給本段PLC。每臺核子秤通過接收到的工藝段PLC的設(shè)定配比信號，來調(diào)節(jié)自身電機的轉(zhuǎn)速，以控制其瞬時流量。若瞬時流量與設(shè)定流量有偏差，則秤內(nèi)PLC比較設(shè)定值與實際值的偏差，經(jīng)PID調(diào)節(jié)改變輸出，控制變頻器調(diào)節(jié)皮帶秤的速度，實現(xiàn)流量跟蹤，進而達到實時控制摻配精度。

2 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)置

2.1 可編程控制器的選擇

（1）從混絲摻配系統(tǒng)的輸入/輸出信號數(shù)量以及工藝要求、軟件容量、運行速度等方面考慮，主控柜可編程控制器選用SIMATIC S7-400。SIMATIC S7-400是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。采用模塊化設(shè)計，性能范圍寬廣的不同模板可靈活組合，擴展十分方便。（2）五臺核子秤可編程序控制器均選用SIMATIC S7-300，S7-300是模塊化的中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用。具備易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點，是各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟的解決方案。

2.2 變頻器的確定

系統(tǒng)變頻器選用VLT 2800系列，它是目前市場上最小巧的多功能變頻器之一，它各項性能優(yōu)越，操作方便靈活，能滿足大部分工控場合的需求。同時具有常用工業(yè)現(xiàn)場總線使用的可選通訊接口模塊，便于系統(tǒng)功能擴展。摻配控制系統(tǒng)中5臺核子秤的電機均采用0.75 kW的三相交流電機，選用變頻器的輸出功率范圍為0.37～1.5 kW。

3 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

對S7-400、S7-300系列可編程序控制器的編程采用SIMATIC MANGER STEP7 集成開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)，STEP7是運行在 WINDOWS操作系統(tǒng)平臺下的編程開發(fā)環(huán)境。通過STEP7編程軟件，使用梯形圖和語句表等形式進行編程，編譯好的程序可下載到可編程序控制器PLC中運行，也可在線監(jiān)控程序運行狀態(tài)，完成程序調(diào)試。

用戶程序由系統(tǒng)塊和用戶塊組成。用戶塊分成組織塊、功能塊、功能和數(shù)據(jù)塊。系統(tǒng)塊調(diào)用組織塊，組織塊調(diào)用實現(xiàn)不同用途的功能和功能塊。用戶數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)塊中，支持掉電保護。用戶塊的設(shè)計如下所述。

3.1 組織塊（OB）

（1）S7-400系列：OB1，OB32，OB35，OB81-87，OB100，OB101，OB102，OB121/122。

（2）S7-300系列：OB1，OB35，OB82，OB85-87，OB100，OB121/122。

3.2 功能（FC）

包括：順序控制功能、特殊功能控制功能、電機參數(shù)控制功能、過程控制功能、與HMI通訊功能、功能子程序、以太網(wǎng)通訊功能。

3.3 功能塊（FB）

包括：計量功能塊、自動控制功能塊、 PID去皮功能塊、秤標(biāo)定功能塊、連鎖邏輯控制塊、網(wǎng)絡(luò)通訊處理功能塊、報警功能塊。

3.4 數(shù)據(jù)塊（DB）

包括：特殊功能控制數(shù)據(jù)塊、電機參數(shù)數(shù)據(jù)塊、過程控制數(shù)據(jù)塊、與HMI通訊數(shù)據(jù)塊、以太網(wǎng)通訊數(shù)據(jù)塊、DP網(wǎng)絡(luò)通訊、DP網(wǎng)絡(luò)診斷。

4 結(jié)語

該混絲摻配控制系統(tǒng)使用PLC替代傳統(tǒng)的繼電控制邏輯，在保證整個系統(tǒng)安全性的基礎(chǔ)上，同時提高了核子皮帶秤的計量控制精度，從而保證了煙絲品質(zhì)。endprint