基于粉碎生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計

江西冶金職業(yè)技術(shù)學院 楊青青

粉碎生產(chǎn)線系統(tǒng)是將四氧化三鐵用粉碎機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。針對粉碎生產(chǎn)線的設(shè)計特點，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，性價比高。

1.系統(tǒng)設(shè)計方案控制要求

由于本粉碎生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計的目的是盡可能地保證控制系統(tǒng)在生產(chǎn)時的安全性、增強控制系統(tǒng)的性能持續(xù)穩(wěn)定性、提高控制系統(tǒng)的生產(chǎn)效率性價比。故在設(shè)計整個粉碎生產(chǎn)線控制系統(tǒng)時，應該顧及以下幾個要素的實現(xiàn)與否：

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

(2)必須保證生產(chǎn)過程的全自動化性，在生產(chǎn)過程中應該實現(xiàn)全自動化模式，不需要依托人工的開啟；

(3)必須保證控制系統(tǒng)程的可監(jiān)控性，在生產(chǎn)階段中，整個運行過程應該能被操作人員實時監(jiān)控；

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

2.系統(tǒng)設(shè)計方案選取

由于在整個粉碎生產(chǎn)線系統(tǒng)中設(shè)備比較繁多，有混合機、碾磨機等10余臺電機，而且系統(tǒng)總輸入輸出點數(shù)過多，結(jié)合對粉碎生產(chǎn)先系統(tǒng)的工藝認知、分析及對控制要求的理解，決定使用PLC和人機交互機結(jié)合的方式，搭建出一個分布式網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對現(xiàn)場過程設(shè)備的控制（圖1為粉碎生產(chǎn)線系統(tǒng)方框圖）。其中，下位機選取西門子中小型PLC S7-300型負責實時采集生產(chǎn)過程控制中的數(shù)據(jù)并依據(jù)采集而來的數(shù)據(jù)生成反饋，從而控制生產(chǎn)設(shè)備的運行，并把裝有 WINCC組態(tài)軟件的 PC機作為控制系統(tǒng)的上位機進行監(jiān)控，顯示出生產(chǎn)過程畫面，并能實現(xiàn)人機對話功能，使操作員能夠管理控制生產(chǎn)過程，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)是個非線性大滯后的過程，由于在稱重過程中存在靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差，難以用數(shù)學算式進行精確描述，而傳統(tǒng)PID控制需要有具體的數(shù)學表達，無法滿足其控制需求，而模糊控制能夠依靠專家運算，不需要具體模型，本文糾其二者優(yōu)點，將一種模糊PID算法融入PLC應用中，通過參數(shù)自整定的方法，對變頻器進行精確控制，來提高包裝環(huán)節(jié)的精度，提升性價比。圖2展示了稱重包裝系統(tǒng)組成框圖，工控機通過變頻器控制稱重包裝環(huán)節(jié)，然后通過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

總體來說，硬件系統(tǒng)各部件間采用了二級通訊模式：

（1）HMI和PLC。在這級通訊中，采用RS485協(xié)議對上位機人機交互界面HMI和下位機PLC進行串口通訊。HMI作為自外界的指令和參數(shù)，控制系統(tǒng)氣動部分做相應動作并顯示歷史趨勢、實時趨勢、生成報表等，實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能?？梢詫帉懗鰠?shù)設(shè)定頁面，完成定時控制功能。

（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)議進行連接通信，傳感器檢測到PLC發(fā)出的信號，變頻器在PLC的控制下按照設(shè)計好的規(guī)律切換完成對電機的檢測及控制。

由于系統(tǒng)主要采用PLC+HMI的設(shè)計方案，此方案在設(shè)計時又主要分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，其中：硬件設(shè)計主要是電氣原理圖設(shè)計包括一次回路二次回路圖設(shè)計和變頻器的連接圖設(shè)計，軟件的開發(fā)設(shè)計主要包括上位機監(jiān)控畫面程序設(shè)計、下位機控制程序設(shè)計及上下位機之間的通信設(shè)計，其中，上位機設(shè)計主要采用WINCC設(shè)計，設(shè)計主要由畫面組態(tài)，通訊設(shè)計、趨勢圖設(shè)計及報表打印等組成。下位機采用西門子STEP7軟件設(shè)計，下位機和上位機通過PROFIBUS通信，使得能夠隨時接受上位機下達的各條指令來執(zhí)行操作。上下位機之間通信主要采用現(xiàn)場總線中的PROFIBUS-DP通信協(xié)議通過輪詢的方式實現(xiàn)。

3.系統(tǒng)方案優(yōu)點

采用可編程邏輯控制器和人機交互界面WINCC的使用，給生產(chǎn)系統(tǒng)運作帶來方便，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WINCC的使用減少了PLC的輸入輸出點數(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，總之可編程邏輯控制器和人機交互界面WINCC的結(jié)合是一種先進的自動化控制形式，它讓粉碎生產(chǎn)線生產(chǎn)過程操作清晰明朗，使得復雜的過程控制容易讓人管理、維護。