長(zhǎng)纖磨漿機(jī)電氣控制系統(tǒng)與信息化設(shè)計(jì)

葉小川

摘要：根據(jù)長(zhǎng)纖磨漿機(jī)的工作性能和要求，研究其工作特點(diǎn)，進(jìn)行了對(duì)長(zhǎng)纖磨漿機(jī)的電氣系統(tǒng)與信息化設(shè)計(jì)。經(jīng)兩年的運(yùn)行情況表明，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、性能穩(wěn)定可靠，有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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

中圖分類號(hào)：TS251 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）10-0001-02

1 引言

維達(dá)（四川德陽(yáng)）紙業(yè)有限公司，該公司主要生產(chǎn)生活用紙，供給整個(gè)華西市場(chǎng)，近年原紙產(chǎn)量不斷的增長(zhǎng)，為了每年的原紙產(chǎn)量增長(zhǎng)率都達(dá)到10%以上。為了應(yīng)對(duì)快速增長(zhǎng)的產(chǎn)量，該公司不斷擴(kuò)大產(chǎn)能，已從2005年的一期廠房擴(kuò)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(xiàng)目中涉及到的長(zhǎng)纖磨漿機(jī)就是原紙自動(dòng)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(zhǎng)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(jī)使用。以前，該公司有一臺(tái)長(zhǎng)纖磨漿機(jī)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(duì)該磨漿機(jī)進(jìn)行了研究，分析生產(chǎn)工藝和工作過程，設(shè)計(jì)了電氣控制系統(tǒng)。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(dòng)交流電進(jìn)行進(jìn)給。通過功率檢測(cè)與轉(zhuǎn)換裝置對(duì)主電機(jī)的功率及故障進(jìn)行檢測(cè)，組成可靠的功率閉環(huán)控制系統(tǒng)，被控對(duì)象為主電機(jī)，以控制主電機(jī)的功率恒定為主要目標(biāo)。設(shè)計(jì)了與之相適應(yīng)的反饋控制回路，同時(shí)設(shè)計(jì)了人機(jī)對(duì)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(yùn)行數(shù)據(jù)通過觸摸屏和電腦實(shí)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(shí)現(xiàn)通信。實(shí)現(xiàn)了電觸摸屏設(shè)定控制值和進(jìn)行操作，顯示PLC的工作狀態(tài)，PLC收集到的各種信號(hào)參數(shù)，經(jīng)程序的計(jì)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(duì)電氣柜控制及變頻器調(diào)節(jié)，最終達(dá)到控制麿漿機(jī)工作的目標(biāo)，該系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行，也和生產(chǎn)中的其它設(shè)備連機(jī)，實(shí)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(diǎn)輸出、數(shù)字輸入SM321模塊16點(diǎn)輸入，模擬量輸入SM331模塊8個(gè)模擬量輸入信號(hào)，模擬量輸出SM332模擬量8個(gè)模擬量輸出信號(hào)。S7-300PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置靈活，功能強(qiáng)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(jī)界面，采用Winccflexinle編輯變量組態(tài)動(dòng)畫，下載到人機(jī)界面。人機(jī)界面與PLC通信，實(shí)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(duì)PLC控制的設(shè)備歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄以，以便對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行分析和生產(chǎn)管理。

2.3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要工作過程

首先，在啟動(dòng)主機(jī)之前啟動(dòng)，關(guān)閉輸出閥，開啟回流閥，啟動(dòng)沖洗閥，清洗結(jié)束，關(guān)閉沖洗閥，開啟抽漿泵。啟動(dòng)主電機(jī)，待進(jìn)漿濃度、壓力、溫度滿足條件，可自動(dòng)進(jìn)刀，也可手動(dòng)進(jìn)刀調(diào)節(jié)功率。設(shè)定好工藝參數(shù)，進(jìn)刀先快進(jìn)，進(jìn)刀速度隨功率偏差的減少自動(dòng)減速，全采用自動(dòng)調(diào)節(jié)，其參數(shù)由調(diào)試時(shí)進(jìn)行整定，防止出現(xiàn)功率超調(diào)，進(jìn)刀量過大出現(xiàn)損壞磨盤的現(xiàn)象，由于進(jìn)刀與功率的變化存在時(shí)間的滯后，進(jìn)刀過程采用了寸動(dòng)的延時(shí)技術(shù)，在低速進(jìn)刀進(jìn)進(jìn)0.5秒延時(shí)2秒行等待功率穩(wěn)定再進(jìn)刀的寸動(dòng)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(yùn)行一段時(shí)間后進(jìn)行麿漿機(jī)沖洗，可以設(shè)定為定時(shí)沖洗和手動(dòng)沖洗，由操作人員選擇。在運(yùn)行過程中如出現(xiàn)壓力和濃度不夠時(shí)，要退刀，同時(shí)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(dòng)產(chǎn)生誤動(dòng)作，在濃度波動(dòng)時(shí)防止進(jìn)退刀，采用濾波延時(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)波動(dòng)不進(jìn)（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(jìn)刀調(diào)整功率。

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

3 PLC控制程序設(shè)計(jì)

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(hào)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(duì)自動(dòng)化工程中使用的硬件進(jìn)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(jī)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(dòng)特性，掃描監(jiān)視時(shí)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(jì)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(jìn)行比較，計(jì)算出誤差，誤差為負(fù)進(jìn)刀，誤差為正退刀，開始進(jìn)刀快進(jìn)，用偏差決定工進(jìn)速度（具體調(diào)試時(shí)整定參數(shù)），偏差小于20%時(shí)進(jìn)入寸動(dòng)延時(shí)方式進(jìn)刀，用比較和定時(shí)器配合產(chǎn)生脈沖信號(hào)實(shí)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(xiàng)目，設(shè)置通信接口，定義變量，組態(tài)畫面與PLC建立連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。

wincc flexible是一款人機(jī)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(dòng)化方面，人機(jī)操作界面的運(yùn)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(jìn)行觸摸屏編輯的時(shí)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(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和Microsoft的強(qiáng)大功能相結(jié)合的產(chǎn)物。它有各種有效功能用于自動(dòng)化過程，用于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的，按價(jià)格和性能分級(jí)的人機(jī)界面和SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統(tǒng)?？梢匀菀椎慕Y(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和用戶程序生成人機(jī)界面，準(zhǔn)確的滿足實(shí)際要求。在用戶界面下進(jìn)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(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和打印報(bào)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(xiàng)目，新建驅(qū)動(dòng)連接、配置變量、編輯畫面、創(chuàng)建歸檔數(shù)據(jù)，設(shè)置報(bào)表輸出。

5 結(jié)語

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

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