SmartDry帶式烘干機(jī)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

陳東偉

摘 要：介紹了布勒公司帶式烘干機(jī)SmartDry自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，軟硬件組成及設(shè)計(jì)，以及該系統(tǒng)在飼料廠中的運(yùn)行情況和效果。

關(guān)鍵詞：布勒；Buhler；SmartDry；帶式烘干機(jī)

1 引言

在水產(chǎn)飼料的生產(chǎn)中，因?yàn)樯a(chǎn)過程中的水份比較高，所以在成品飼料入庫前，飼料的烘干是一道不要缺少的環(huán)節(jié)，SmartDry帶式烘干機(jī)是布勒（常州）機(jī)械有限公司的新一代飼料生產(chǎn)加工設(shè)備，在水產(chǎn)飼料廠廣泛應(yīng)用，因此開發(fā)一種高效節(jié)能的控制系統(tǒng)是大勢所趨，也是使用者所期盼的，SmartDry帶式烘干機(jī)自動控制系統(tǒng)就是在這樣的情況下產(chǎn)生的。

2 系統(tǒng)概述

該控制系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)及現(xiàn)場的IO站組成，上位機(jī)使用觸摸屏，下位機(jī)使用Siemens公司的S7-300系列PLC，現(xiàn)場IO站則采用德國Wago公司的產(chǎn)品，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮其通配性，以適用這種烘干機(jī)的所有型號、所有配置，上位機(jī)界面采用了多語言設(shè)計(jì)，使用場合可以適用于國內(nèi)外。系統(tǒng)具有多級用戶權(quán)限設(shè)定，控制模式分為手動、自動操作選擇，參數(shù)設(shè)置采用配方功能，以方便客戶快速、正確的輸入生產(chǎn)參數(shù)，系統(tǒng)PID控制參數(shù)具有自整定功能，能快速、智能地找到合理的控制參數(shù)，是一個(gè)真正智能的控制系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

（1）系統(tǒng)硬件。系統(tǒng)的操作界面使用觸摸屏，下位機(jī)控制器采用Siemens高性能PLC，該控制器自帶以太網(wǎng)接口，另外還標(biāo)配西門子標(biāo)準(zhǔn)的Profibus DP總線接口，控制器和觸摸屏的通訊采用以太網(wǎng)的形式，這樣考慮的目的一是方便操作屏和控制器可以遠(yuǎn)距離放置，設(shè)備現(xiàn)場可以沒有操作人員，二是保證通訊速度，使控制信號和狀態(tài)實(shí)時(shí)化；現(xiàn)場放置IO通訊從站，控制器和現(xiàn)場IO的通訊采用Profibus DP方式，這樣考慮的目的一是盡可能減少信號線、電纜線的長度，減少系統(tǒng)的干擾可能性，二是將現(xiàn)場IO箱放在設(shè)備附近，方便信號的核對和故障排除；MCC（電機(jī)控制柜） 柜由于內(nèi)部有比較多的變頻器，考慮的變頻器的散熱問題，考慮放置的中央控制室等有空調(diào)的場所。

（2）系統(tǒng)軟件。人機(jī)操作界面HMI的編程軟件使用屏廠家提供的EB8000軟件，用于編寫人機(jī)對話的界面；下位機(jī)PLC的編程軟件使用Siemens公司提供的Step7軟件，用于編寫控制器執(zhí)行命令所能識別的內(nèi)部程序。

4 系統(tǒng)的硬件配置

設(shè)備的機(jī)械配置：烘干機(jī)上和電氣相關(guān)的配置有喂料電機(jī)、上層網(wǎng)帶電機(jī)、下層網(wǎng)帶電機(jī)、破拱電機(jī)、出灰絞龍、廢氣風(fēng)機(jī)、廢氣風(fēng)管的風(fēng)壓開關(guān)、冷卻風(fēng)機(jī)（有冷卻段時(shí)配）、廢氣高溫傳感器、喂料速度變頻、上下層網(wǎng)帶速度變頻、廢氣風(fēng)機(jī)速度變頻、每節(jié)烘干段的風(fēng)壓開關(guān)、每節(jié)烘干段的報(bào)警測溫、每節(jié)烘干段的控制測溫、每節(jié)烘干段的循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻、每節(jié)烘干段的蒸汽調(diào)節(jié)閥給定，烘干機(jī)的型號根據(jù)客戶的需求不同分為2-6節(jié)烘干段，冷卻段根據(jù)使用場合的需要不同可以選配。

5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

（1）畫面設(shè)計(jì)。人機(jī)界面分多個(gè)畫面，有自動操作界面、手動操作界面、配方設(shè)定界面、運(yùn)行趨勢圖界面、系統(tǒng)設(shè)置界面、歷史報(bào)警界面、系統(tǒng)維護(hù)界面等主界面。

自動界面：該界面主要完成系統(tǒng)的一鍵開關(guān)機(jī)，各操作界面的切換，生產(chǎn)配方的調(diào)用，報(bào)警窗口及報(bào)警消除，生產(chǎn)過程中參數(shù)微調(diào)的修正。

手動界面：在該界面中可以在工序聯(lián)鎖和不聯(lián)鎖的情況下單獨(dú)啟、停每一臺設(shè)備，閥門的開關(guān)、大小調(diào)節(jié)。

配方界面：可以將所有配方的生產(chǎn)參數(shù)以配方的形式保存下來，以方便下次生產(chǎn)同樣配方時(shí)快速調(diào)用，避免繁瑣的參數(shù)設(shè)定過程，也有效避免人為輸入?yún)?shù)出錯(cuò)的可能性。

趨勢圖：可以將生產(chǎn)過程中的頻率、溫度、閥門開度等以直觀的圖形顯示。

系統(tǒng)設(shè)置界面：在此界面可以配置烘干機(jī)的烘干段數(shù)、冷卻段是否要選配、冷卻段的段數(shù)、界面的使用語言、烘干機(jī)內(nèi)物料自動清空后的冷機(jī)時(shí)間、各段的報(bào)警溫度等參數(shù)。

維護(hù)界面：以文字的形式給客戶一個(gè)設(shè)備維護(hù)的指導(dǎo)參考。

（2）軟件編程。此烘干機(jī)的主要控制需求是根據(jù)設(shè)定的溫度，如何自動調(diào)節(jié)各個(gè)蒸汽閥的開度，使溫度控制在設(shè)定的誤差范圍之內(nèi)，以及如何合理地調(diào)節(jié)各層網(wǎng)帶的速度來控制烘干時(shí)間，最終使得在設(shè)定的控制溫度范圍和烘干時(shí)間內(nèi)，將飼料成品的水分控制在要求的范圍。烘干時(shí)間則通過調(diào)節(jié)控制上、下層網(wǎng)帶速度的變頻器來實(shí)現(xiàn)，溫度控制則使用了Siemens PLC自帶的PID功能塊FB58來實(shí)現(xiàn)，該功能塊具有參數(shù)自整定功能，通過幾個(gè)簡單的按鍵操作就可以自動地找出合理的PID控制參數(shù)，將使用者的經(jīng)驗(yàn)需要降低到最小。

Siemens PID功能塊FB58幾個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)及作用說明：

PV_PER：外圍設(shè)備過程變量，即實(shí)測值，輸入，INT型

LMN：可調(diào)節(jié)變量，用此信號控制設(shè)備，輸出，REAL型

SP_INT：內(nèi)部設(shè)定值，REAL型

MAN：手動值，REAL型

PVPER_ON：外圍設(shè)備過程變量打開，BOOL型

GAIN：比例增益，REAL型

TI：積分時(shí)間，REAL型

TD：微分時(shí)間，REAL型

CYCLE：采樣周期，REAL型

MAN_ON：手動操作是否打開，BOOL型

CON_ZONE： 控制帶，REAL型

CONZ_ON：控制帶打開，選擇是否激活控制帶，BOOL型

PID_ON：PID模式打開，選擇是執(zhí)行PI模式或PID模式，BOOL型

PHASE：顯示自整定的階段（0-7），輸出，INT型

STATUS_H： 在加熱時(shí)，此值顯示搜索拐點(diǎn)的診斷值，輸出，INT型

TUN_ON：自整定打開，BOOL型

TUN_ST：自整定開始，BOOL型

6 結(jié)束語

SmartDry帶式烘干機(jī)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功，并在淮安天參項(xiàng)目中得到現(xiàn)場使用，效果驗(yàn)證。該控制系統(tǒng)用戶界面功能齊全，配置靈活，各個(gè)烘干段可以分開設(shè)定工作溫度，參數(shù)設(shè)定配方化，減輕操作人員繁瑣的工作，運(yùn)行穩(wěn)定，溫度控制精度在±1℃范圍之內(nèi)，完全滿足控制需求，為客戶減小了電、汽的損耗，受到客戶的一致好評。

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