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)
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。
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。
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。
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) 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。
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。
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
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。
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。
[1] 廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.
[2] 李方園.西門子S7-200 PLC從入門到實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.
[3] 席巍.人機(jī)界面組態(tài)與應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.
[4] Simens AG.wincc組態(tài)手冊(cè)[Z].2010.
[5] Simens S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè)[Z].2008.
[6] 孟凡強(qiáng).石膏粉生產(chǎn)線集散控制系統(tǒng)[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,19(1):64-67.
[7] 孟如.基于WINCC的水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息(測(cè)控自動(dòng)化),2007,23(6-1).
[8] 彭洋.基于PLC的回轉(zhuǎn)支承裝配檢測(cè)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013,35(8):36-46.
[9] 石華.基于S7-300PLC和Wincc的移載車控制系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013,36(1):74-77.