基于WinCC的石膏粉生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

吳修文，王 軍

（山東省泰安市農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究所，泰安 271000）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)的天然石膏粉生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)大多處于較落后的人工操作階段，操作工人工作環(huán)境比較差，生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)：設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)電流、儲(chǔ)料倉(cāng)的物位、鍛燒沸騰爐設(shè)備的鍛燒溫度、物料的輸送流量等參數(shù)無法集中進(jìn)行監(jiān)控，運(yùn)轉(zhuǎn)的情況需要依靠操作工人的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行判斷和處理，給生產(chǎn)和管理帶來很大的困難，同時(shí)也影響到鍛燒后石膏粉的品質(zhì)和質(zhì)量。本文基于WinCC fl exible 2008組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)了某年產(chǎn)3萬噸石膏粉生產(chǎn)線的自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)中的各參數(shù)進(jìn)行集中監(jiān)控及處理。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按照天然石膏粉鍛燒的工藝要求，將生產(chǎn)線分為五個(gè)子系統(tǒng)，分別是：破碎系統(tǒng)、磨粉系統(tǒng)、鍛燒系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、成品包裝系統(tǒng)。天然石膏粉鍛燒工藝流程如圖1所示。

圖1 天然石膏粉鍛燒工藝流程圖

生產(chǎn)線屬于中小規(guī)模，故系統(tǒng)采用集中控制模式，設(shè)備的電器控制柜及監(jiān)控PLC控制柜集中布置在電氣控制室。采用西門子S7-226作為生產(chǎn)線運(yùn)行以及傳感器信號(hào)處理的運(yùn)行控制器，MP277作為系統(tǒng)的監(jiān)控以及操作控制界面。將生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主要設(shè)備的電流信號(hào)、變頻器的頻率信號(hào)、儲(chǔ)料倉(cāng)的物位信號(hào)、變量螺旋輸送器的流量信號(hào)、沸騰爐的進(jìn)出口溫度信號(hào)、羅茨風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓信號(hào)、導(dǎo)熱油的油溫信號(hào)、油泵的壓力信號(hào)、儲(chǔ)油槽的液位信號(hào)等由PLC處理后，實(shí)時(shí)顯示在MP277觸控屏的監(jiān)控界面中。

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件主要有PLC、觸摸屏、溫度傳感器、電流傳感器、物位傳感器、液位傳感器、壓力變送器、變頻控制器、交流接觸器等組成，生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件框圖

PLC通過Profibus總線與觸控屏連接，接受來自觸摸屏的輸入信號(hào)，以及控制柜按鈕、繼電器運(yùn)行、故障信號(hào)、4mA～20mA和PT100模擬量信號(hào)，經(jīng)過PLC處理后，輸出開關(guān)量、4mA～20mA模擬量信號(hào)，以控制電機(jī)啟停動(dòng)作及設(shè)置變頻器頻率。

1.2 PLC控制流程

生產(chǎn)線控制程序按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，結(jié)合生產(chǎn)線的工藝要求，分為主程序、破碎子程序、磨粉子程序、鍛燒子程序、成品子程序。程序流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

1.3 程序設(shè)計(jì)

1） 初始化子程序：在設(shè)備上電后，程序執(zhí)行初始化，將所有的輸出信號(hào)以及輔助信號(hào)進(jìn)行清零或設(shè)置初始數(shù)值。

2）主程序：主要根據(jù)電控柜手自動(dòng)信號(hào)以及觸摸屏的信號(hào)，進(jìn)行各子程序的調(diào)用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)模擬量信號(hào)的數(shù)據(jù)處理。

3）分系統(tǒng)子程序：各分系統(tǒng)子程序按照分系統(tǒng)工作流程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各電控設(shè)備按照一定的時(shí)間間隔，進(jìn)行正向自動(dòng)順序啟動(dòng)，反向自動(dòng)停機(jī)，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)電控系統(tǒng)的故障信號(hào)，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警以及反向順序停機(jī)。正向順序啟動(dòng)時(shí)，以上一設(shè)備的啟動(dòng)完成信號(hào)觸發(fā)延時(shí)動(dòng)作，從而保證設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的可靠性。

2 WinCC組態(tài)設(shè)計(jì)

人機(jī)界面軟件設(shè)計(jì)采用WinCC flexible 2008實(shí)現(xiàn)，確保與S7-200的高效穩(wěn)定的連接。

2.1 界面設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)線自動(dòng)控制的要求，設(shè)計(jì)了歡迎界面、初始界面、破碎系統(tǒng)界面、磨粉系統(tǒng)界面、鍛燒系統(tǒng)界面、成品系統(tǒng)界面、實(shí)時(shí)監(jiān)控界面、系統(tǒng)設(shè)置界面、使用說明界面等。破碎系統(tǒng)界面、實(shí)時(shí)監(jiān)控界面如圖4、圖5所示。各界面的跳轉(zhuǎn)流程圖如圖6所示。

圖4 破碎系統(tǒng)界面

圖6 各界面跳轉(zhuǎn)流程圖

2.2 界面介紹

由于本系統(tǒng)應(yīng)用于國(guó)外，根據(jù)系統(tǒng)要求和用戶操作習(xí)慣，在歡迎界面設(shè)置了語言切換按鈕，方便用戶操作人員的操作，同時(shí)設(shè)置了登錄密碼保護(hù)，確保有權(quán)限的操作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操控，保證系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行的安全。

在破碎、磨粉、鍛燒、成品界面中，設(shè)置了各系統(tǒng)中運(yùn)行設(shè)備的手動(dòng)操控啟動(dòng)停止按鈕，同時(shí)設(shè)置了綠色運(yùn)行信號(hào)、紅色故障信號(hào)，各系統(tǒng)電流、頻率、溫度、物位、液位等數(shù)據(jù)顯示，以及急停按鈕等。

在實(shí)時(shí)監(jiān)控界面中，將生產(chǎn)線中的設(shè)備按照工藝流程進(jìn)行布置，設(shè)備的運(yùn)行（綠燈）、停止（無色）、故障（紅燈）等狀態(tài)進(jìn)行顯示，料倉(cāng)的物位、液位設(shè)置成垂直狀態(tài)顯示，設(shè)備運(yùn)行電流、溫度、頻率等設(shè)置在設(shè)備近處。

整個(gè)界面形象、直觀，同時(shí)生產(chǎn)線運(yùn)行時(shí)的各種參數(shù)顯示清晰，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)一目了然，方便操作人員對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行操作。

3 結(jié)論

作者應(yīng)用WinCC、S7-200實(shí)現(xiàn)了天然石膏粉生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制及監(jiān)控，人機(jī)監(jiān)控界面清晰，操作簡(jiǎn)便。經(jīng)過一年多實(shí)際運(yùn)行，證明系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，提高了石膏粉生產(chǎn)線的自動(dòng)化生產(chǎn)水平，改善了操作工人的勞動(dòng)環(huán)境和勞動(dòng)條件，增強(qiáng)了石膏粉生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，提高了石膏粉產(chǎn)品質(zhì)量，提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率，增加了企業(yè)的利潤(rùn)及效益。

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