基于PLC的煙草運輸系統的設計與實現

楊海強

（天津工業大學機電學院，天津300160）

在煙草工業中，一般煙葉都比較松散與輕便，但是運輸時會大量占據空間，使得運輸成本上升。于是，解決此類問題的主要措施，是設法科學合理地減少煙草的松散體積、增大容積密度，以便加速煙草的商品化進程。

常規的方法，是進行預壓縮。一般情況下煙葉壓縮前和壓縮后的體積比為1:8，而這個壓縮比，使得提升缸的高度普遍很高，這就使得預壓機本身很高，一般的廠房高度無法滿足要求，需要對廠房進行改造，增加了成本投入。

通過本文的設計改進，可以有效地降低整機高度，使系統在一般的廠房里就可以組織生產，提高了系統的適應性，降低了企業成本，提高競爭力。還有一些企業采用雙料筒單壓頭模式，通過料筒的橫向移動實現裝料與保壓同時進行。鑒于料筒在橫向位移時，必然會產生晃動，造成定位精度不高，就必然會降低系統穩定性。而且料筒橫向位移時系統不能工作，減少了主壓頭保壓時間，降低了系統的工作效率。雙主壓頭系統雖然增加了一個壓頭，增加了一些成本，但系統的使用壽命大大提高，并且大大降低了系統的維護費用，還能保持生產的連續性，提高效率，提高產能。PLC是一種專為工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統，其主要功能有邏輯控制、定時控制、計數控制、數據處理、通信聯網等，具有多種優點。因此在輸送機控制系統中的應用廣泛。本文為此具體探討了基于PLC的煙草運輸系統的建立。

1 運輸系統的設計思想

本控制系統的設計思想，是跟蹤國際自動控制領域的新技術，使其具有先進性、高可靠性、實用性和可維護性。實現打葉復烤線的生產過程智能化，和管控一體化。該線采用現場總線和分布式I/O控制技術，充分發揮網絡信息技術優勢，通過3層網絡（管理網，控制網，設備網）實現對生產線的自動化控制和管理。

2 系統的硬件組成

本系統全線采用德國西門子公司的最新控制技術，PLC為西門子PLC57-200產品；設備總線采用PROF工BUS現場開放網絡，監控系統采用德國公司新近推出的高新科技產品；變頻器等主要元器件也都采用該公司產品，從而使全線達到了和諧統一，其他低壓電氣元件均采用SMC和西門子公司產品，提高了該項目的科學技術含量，增加了系統的穩定性，從而便于操作與維修。

全線由一組PLC作為主站控制層，設備層由遠程I/O模塊、遠程編程模塊、模擬量遠程輸入、輸出模塊等組成。考慮到現場布線的方便，減少電纜鋪設的工作量，將本地控制部分均由遠程I/O模塊實現。為了達到模擬量控制精度的要求，避免電纜過長帶來的信號衰減問題，也將模擬量輸入、輸出模塊掛接在設備網上，這樣既節約了電纜，又很好地克服了信號衰減及不穩定因素。另外，為了便于操作，將觸摸屏置于現場，也將其作為子站掛在設備網上。這樣，整個系統的控制思路非常清晰明了，上層由PLC作為控制層；遠程I/O模塊、觸摸屏等均作為子站設備層，通過PROFIBUS與PLC和計算機進行通訊。系統的啟動、停止及數據調整，均可以通過對現場觸摸屏的操作實現。這種設計思路為操作工的工作帶來了方便，由于各部分均只由一根網線（屏蔽雙絞線）連接，因此為系統安裝和維修也帶來了很大的方便，同時也降低了成本。

3 系統的軟件功能

PLC57-200可編程序控制器，是模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。由于簡單實用的分散式結構和多界面網絡能力，使得應用十分靈活，方便用戶和簡易的無風扇設計；由于大范圍的集成功能使得它功能非常強勁。PLC57-200系列PLC適用于各行各業，各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。根據此次設計中所需的輸入/輸出、I/O點以及所需的PLC編程和觸摸屏控制。

3.1 PLC功能

筆者選擇了西門子57-2OOCN系列中CPU226CN型。該型號機集成24輸入/16輸出共40個數字量I/O點，可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數字量I/O點或35路模擬量I/O點，26 k字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30 kHz高速計數器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制功能，2個RS485通訊/編程口，具有即工通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸，用于較高要求的控制系統，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能，可完全適應于一些復雜的中小型控制系統。由于本系統有多個機構的順序控制，所以可能一個模塊所具有的I/O點不夠完成整個系統的動作控制，那么則需要運用擴展模塊，擴大數字量I/O點。使用SIMATIC觸摸屏面板，只需觸摸顯示屏上的“按鈕”，傳統按鈕已不再需要，可以自定義顯示屏上的圖形式按鈕，更直觀地表達拉近了用戶距離。SIMATIC觸摸面板使用非常方便，防護等級IP65的前面板可耐熱，耐寒，防油污，防潮，同樣提供了非常強大的圖形功能。

3.2 I/0選擇

為了對PLC選型，首先確定PLC的輸入輸出點數。PLC需要的I/O點數，隨工作方式的不同而不同。按預壓機各個組成部分來分類統計，PLC的輸入點有：

手動指令按鈕——手動模塊中共有n個機構進行動作，共有23個輸入/輸出點。

單動指令按鈕——單動模塊中又分為4個大單動塊，主壓單動塊中有6個輸出點，預壓中有4個輸出點，布料稱重單動塊中有8個輸出點，箱口活動皮帶單動塊有5個輸出點。

自動指令按紐——自動模塊中預壓機按順序動作，共有10工作機構，而輸入點共有23個，輸出點共有26個。

3.3 PLC編程

由前一步工作，我們畫出了預壓機的整個順序功能圖，然后根據順序功能圖寫出其PL程序（略）。基于PLC的煙草運輸系統結構如圖1所示。

圖1 基于PLC的煙草運輸系統結構圖

4 基于PLC的煙草運輸系統的實現

4.1 實現過程

為了實現煙葉復烤生產線的全線自動化，就必須實現多機通信，而多機通信的網絡形式有星型、樹型、總線型、分散型等。由于總線型結構具有可靠性高、接口簡單、價格低、控制容易、組成靈活、應用方便等諸多優點，所以對于這套系統的控制系統，我們整線采用了分布式測控系統，從而實現本系統主機和從機之間的總線型中斷控制串行傳輸方式。通信線路的連線，采用RS-232標準接口。主機的4個控制端，分別與各個從機的外部中斷INTI相連。這樣，各從機不必隨時處于監聽狀態，只需打開外部中斷INTI后進行自己的正常工作。當主機發送某一中斷控制信號時，相應從機中斷正在進行的工作，轉去執行中斷服務程序。進入中斷后，從機關掉外部中斷，保持現場，對主機發來的信號監聽識別，并進入正常通信狀態。通信完畢后，恢復現場，中斷開放，繼續正常的工作。

采用分布式控制系統主要有如下優勢：可以方便地共享設備，如強大的主機，昂貴的I/O設備等。數據資源共享，從一個終端可以訪問整個系統的資源，用戶之間可以交換文件和數據。

4.2 現場總線的連接

現場總線的連接，逐步更好地進入控制領域，已被業界逐步認識與掌握。筆者這次設計的煙葉復烤打葉生產線中的預壓當然也不例外。本系統的西門子57-200要與現場總線能夠進行通訊，必須通過EM277PROF-DP擴展從站模塊，將57-200CPU連接到PROFIBUS-DP網絡。EM277PROF經過串行I/O總線連接到57-200CPU。PROFIBUS網絡經過其DP通信端口，連接到PROFIBUS-DP模塊，然后向主站發送和接收不同數量的數據。這種特性，使用戶能修改所傳輸的數據量，以滿足實際應用的需要。下面是EM277的地址開關和指示燈、地址開關和狀態指示燈位于模塊的前面。

4.3 系統應用前景

煙草行業是一個自動化程度非常高的行業，如主機DCS系統、打葉復烤系統以及主要輔機程控系統，這些系統都存在可靠性要求高、監控設備和對象多而復雜、實時性要求高等特點。特別是主機DCS系統，涉及數百臺壓力和差壓變送器，數百臺電動或啟動執行機構，數百個溫度測點，系統要進行復雜的閉環控制、串級控制、要進行設備連鎖控制等。所有這些，都需要有高可靠性的控制系統，來保證整個生產過程的安全、穩定、可靠運行。隨著現場總線技術的出現和日臻成熟，以及煙廠信息化要求的提高，基于現場總線的控制系統將為煙草行業自動化系統提供更好的選擇。

5 結束語

總之，在基于PLC的煙草運輸系統中，介紹了整機的控制系統結構，確定了整機控制系統的硬件選擇：西門子PLC57-200+SIMATIC觸摸屏面板，介紹了預壓機順序功能圖及其特點，定義了PLC的I/O端子，介紹了分布式測控系統的特點及優勢，有很好的應用前景。

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