基于PLC的造粒生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)設(shè)計

張新娟（中山市技師學(xué)院電氣應(yīng)用系，廣東中山528403）

基于PLC的造粒生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)設(shè)計

張新娟
（中山市技師學(xué)院電氣應(yīng)用系，廣東中山528403）

設(shè)計的造粒生產(chǎn)線控制系統(tǒng)為上下位機(jī)模式的自動控制，即采用工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接上位監(jiān)控計算機(jī)和核心控制器PLC，再由PLC和信號采集器、執(zhí)行元件之間相互通訊完成信號收集及對執(zhí)行元件的控制。系統(tǒng)實現(xiàn)了造粒生產(chǎn)線的自動化控制，有效降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

造粒生產(chǎn)線；上下位機(jī)模式；自動控制

0　引言

非金屬礦產(chǎn)在我國利用非常廣泛，包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)、陶瓷工業(yè)、建筑材料、冶金工業(yè)等各行各業(yè)。在非金屬礦產(chǎn)顆粒生產(chǎn)過程中，造粒對于顆粒質(zhì)量好壞起著決定性的作用。而造粒從廣義上講是對粉粒、融液、水溶液等狀態(tài)的原料進(jìn)行加工，從而制造成特定形狀顆粒的操作。造粒后有便于運(yùn)輸、環(huán)保、便于計量等優(yōu)點。目前，為適應(yīng)市場需求，國內(nèi)外造粒機(jī)的電氣控制系統(tǒng)研究方向為快速、多功能、智能監(jiān)控、高度自動化的控制系統(tǒng)。本文基于工業(yè)個人計算機(jī)（IPC）和PLC的分布式控制方式設(shè)計了一種造粒生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)，能有效保證造粒生產(chǎn)過程的可靠性和實時監(jiān)測，提高造粒生產(chǎn)的安全性，降低人工勞動強(qiáng)度。

1　造粒生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)基本組成

該系統(tǒng)由PLC作為系統(tǒng)的控制站，IPC作為系統(tǒng)的操作站，IPC負(fù)責(zé)上層的任務(wù)，包括人機(jī)界面操作，對整個工藝的監(jiān)控、管理、報警，以及生成打印報表等，而PLC負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和過程控制，PLC和IPC分工合作，共同完成監(jiān)控和控制的功能。該造粒生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)根據(jù)功能可分為計算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)、電機(jī)控制子系統(tǒng)、檢測子系統(tǒng)、計量子系統(tǒng)、氣動子系統(tǒng)五部分。其系統(tǒng)基本組成原理如圖1所示。

其中，計算機(jī)監(jiān)控子系統(tǒng)由兩臺工業(yè)控制計算機(jī)組成，一臺用于設(shè)備日常操作記錄用，即操作員工作站；一臺用于設(shè)備維修檢查時使用，同時也作為操作員工作站的備份系統(tǒng)，即工程師維修站。監(jiān)控子系統(tǒng)與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控子系統(tǒng)通過RJ-45接口與交換機(jī)相連，PLC也通過RJ-45接口與交換機(jī)相連，通過設(shè)置不同的通訊地址，實現(xiàn)監(jiān)控子系統(tǒng)與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，達(dá)到實時監(jiān)控的目的。

圖1　系統(tǒng)組成示意圖

電機(jī)控制子系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，帶動氣動系統(tǒng)中各泵（去離子水泵、真空泵、磁力泵、加熱器循環(huán)泵等）。

檢測子系統(tǒng)完成對造粒生產(chǎn)線上各過程參數(shù)包括溫度、液位、壓力等的實時檢測。

計量子系統(tǒng)完成流量檢測和計量泵控制任務(wù)。流量計釆用禍輪法原理的測量方法，流量計輸出4～20mA的電流信號給PLC。變頻型計量泵控制原理：由PLC控制變頻器輸出信號驅(qū)動計量泵電機(jī)按所需速度運(yùn)行，實現(xiàn)沖程頻率的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)介質(zhì)流量的調(diào)節(jié)。

氣動子系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、干燥機(jī)、儲氣罐、過濾器、調(diào)壓閥、控制閥、接頭等部件組成。通過PLC的輸出控制氣動子系統(tǒng)中的各反應(yīng)罐的啟動閥的啟閉，達(dá)到控制各氣路，從而實現(xiàn)造粒生產(chǎn)過程中相關(guān)工藝動作。

2　氣動子系統(tǒng)及PLC控制總體設(shè)計

2.1氣動子系統(tǒng)

氣動子系統(tǒng)在造粒生產(chǎn)線項目中具有重要的意義，是關(guān)鍵的部分。如圖2所示。空氣經(jīng)由壓縮、干燥、降壓、水油過濾、調(diào)壓處理后供給各氣動閥使用。

圖2　壓縮空氣產(chǎn)生圖

由PLC控制系統(tǒng)給出電信號控制氣動先導(dǎo)閥，間接控制氣控閥，達(dá)到控制液壓管路的通斷的目的。通過電—氣信號轉(zhuǎn)換，能實現(xiàn)電氣隔離，從而實現(xiàn)了在防爆要求高的環(huán)境中對液體管路的通斷控制。電—氣控制原理如圖3所示。

圖3　電—氣控制原理圖

2.2氣動子系統(tǒng)PLC控制設(shè)計

造粒生產(chǎn)線氣動系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行，其過程主要分為開啟輔機(jī)、藥劑準(zhǔn)備、溶解、計量、造粒、出料等幾個階段。根據(jù)各階段的控制對象、控制步驟與控制要求，設(shè)計出其相應(yīng)的PLC控制流程圖如圖4所示。

氣動子系統(tǒng)的控制方式分為：單個閥體點動控制、自動控制兩種方式。單個閥體點動控制主要用來調(diào)試，自動控制為正常工作狀態(tài)。氣動子系統(tǒng)可在控制室內(nèi)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，也可進(jìn)行現(xiàn)場操作，此外，根據(jù)實際還可實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)操作、暫停操作和急停操作。

2.3PLC選型及工業(yè)以太網(wǎng)通信

本設(shè)計選用三菱Q系列PLC，其是面向中大規(guī)模復(fù)雜控制系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計的，支持的I/O點數(shù)為256點以上，具有CPU模塊處理性能高和程序寄存器容量大的特點，且與編程用外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)模塊之間數(shù)據(jù)通信的性能好。三菱電機(jī)公司開發(fā)的MX部件可以提供給計算機(jī)，用于和三菱Q系列PLC進(jìn)行以太網(wǎng)通信，支持所有PLC通信的路徑【3】。用戶無需了解以太網(wǎng)通信中使用的復(fù)雜的通信協(xié)議，只需通過簡單設(shè)置相應(yīng)參數(shù)就可以建立工業(yè)以太通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

圖4　氣動子系統(tǒng)PLC控制流程圖

圖5　造粒生產(chǎn)線主畫面圖

3　造粒生產(chǎn)線上位機(jī)控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用組態(tài)王軟件開發(fā)，功能主界面菜單分為主菜單、參數(shù)設(shè)定、實時曲線、報警畫面、PLC診斷、系統(tǒng)調(diào)試。主界面如圖5所示，實現(xiàn)對造粒生產(chǎn)線工藝流程的監(jiān)控，以及對每個泵和閥的控制。

操作者通過鼠標(biāo)點擊或鍵盤輸入的方式實現(xiàn)對造粒生產(chǎn)線的監(jiān)控或?qū)Ω鱾€壓力、溫度、流量等參數(shù)的設(shè)定。此外，操作人員還可在單個閥點動模式下控制各閥的通斷，以完成新產(chǎn)品工藝流程的開發(fā)測試。

4　結(jié)語

本文設(shè)計的基于PLC的造粒生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)了造粒生產(chǎn)線的自動化控制，采用計算機(jī)組態(tài)畫面進(jìn)行監(jiān)控的方式實現(xiàn)了對造粒生產(chǎn)線的自動監(jiān)控，有效降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。系統(tǒng)融合了較為先進(jìn)的自動化技術(shù)、氣動技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)，具有操作簡單、可靠性高、維護(hù)方便等特點。

［1］李偉，逯江，劉紅召.滾筒造粒機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與展望［J］.中國粉體工業(yè)，2012，6（1）：8-10.

［2］高玉坤，孫曉玲，蘭宏.西門子PLC在擠出造粒機(jī)組中的應(yīng)用［J］.自動化博覽，2010（1）：62-73.

［3］王永明，南洪國，于洋.三菱PLC的工業(yè)工業(yè)以太網(wǎng)通信設(shè)計及應(yīng)用［J］.工程與試驗，2014（1）：82-84.

［4］周曉旭.基于PLC和組態(tài)軟件的自動生產(chǎn)線設(shè)備開發(fā)［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（02）：91-93.

(編輯：向飛)

The Design of Granulation Production Line Automatic Control System Based on PLC

ZHANG Xin-juan
（DepartmentofElectrical Application，Zhongshan Technician College，Zhongshan528403，China）

This paper designs an automatic control system for thegranulation production line，which ismaster-slavemode that contains IPC and PLC.It adopts industrial Ethernetstructure connecting theuppermonitoring computerand the core controller PLC,and with the PLC communicatingwith the signal acquisition devices and theexecutiveelements，it achieves the signal acquisition and task execution. The system realizes the automation ofgranulation production line,reducing the labor intensity of the workers and improving production efficiency.

granulation production line；master-slavemode；automatic control

TP273

A

1009－9492(2015)06－0103－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.027

2015－04－14

張新娟，女，1981年生，湖南漣源人，碩士研究生，講師。研究領(lǐng)域：電氣自動化技術(shù)。已發(fā)表論文5篇。