西門子系統(tǒng)在離心機上的應(yīng)用

凌 明

（廣州廣重企業(yè)集團，廣東廣州 510010）

0 引言

我國作為重要的食糖生產(chǎn)國和消費國，糖料種植在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中占有重要地位，僅次于糧食、油料、棉花，居第四位。因而制糖工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，同時制糖工業(yè)也是高度機械化、連續(xù)化的現(xiàn)代化生產(chǎn)工業(yè)。

制糖的基本步驟一般分為：原料→提汁→澄清→蒸發(fā)→煮糖與結(jié)晶→分蜜→干燥→篩分→包裝→儲藏。

下面分析制糖步驟中的分蜜工序。所謂分蜜工序，即將結(jié)晶后的糖膏送入離心機，使晶粒與母液分離。借助于離心機快速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力的作用，將糖蜜甩出去，而蔗糖晶體則因篩網(wǎng)的阻擋而留在篩籃里，進入到下一工序。

分離出的糖蜜可作為下一級糖膏的原料，繼續(xù)煮煉到最末一級稱為廢蜜，即副產(chǎn)品，廢蜜可用來制酒精。

1 上懸式離心機

XJZ1320/N 上懸式大型機械卸料過濾離心機是分蜜工序所需設(shè)備，它利用強大的離心力將進入篩籃中的懸浮液進行固液分離。被分離濾液由外殼收集從底部排出，固體顆粒在濾網(wǎng)的阻隔下留在篩籃中。轉(zhuǎn)豉里設(shè)有固定在外殼上的水、汽管，可根據(jù)工藝需要對物料進行水、汽洗滌，分離后的固體顆粒由刮刀從篩籃上刮下來，經(jīng)篩籃卸料口由外殼下部排出機外。

良好的機械性能及優(yōu)秀的控制系統(tǒng)使得上懸式離心機在生產(chǎn)自動化及處理能力上有著不可比擬的優(yōu)勢。

2 控制系統(tǒng)

上懸式離心機的檢測裝置包括：物料探測器、接近開關(guān)、行程開關(guān)、位置開關(guān)，所采集的檢測信號傳送給PLC。執(zhí)行機構(gòu)包括：刮刀、罩、剎車、探料等均采用電磁氣閥實現(xiàn)控制；洗網(wǎng)、洗料、洗刀、洗閥工序均采用電磁水閥實現(xiàn)控制；降水洗管采用的是電磁蒸汽閥實現(xiàn)控制。

控制系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本系統(tǒng)選用西門子的S7-200 系列中的CPU226 型號，I/O 點為24 入16 出；加裝I/O 擴展模塊，I/O 點為8 入8 出；帶有兩個RS485 通訊口。使用STEP7-MicroWIN 編程軟件通過電腦進行CPU226的編程設(shè)計[1]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 USS通訊的設(shè)計

采用標準的PROFIBUS 電纜和接頭連接CPU226 和變頻器；CPU226 作為主站，變頻器的整流/回饋單元和逆變單元分別作為從站1 和從站2。

CPU226 的Port0，符合歐洲標準EN50170 中PROFIBUS 標準的RS-485 兼容的9-針D 型連接器。引腳的分配如表1所示[1]。

表1 PLCRS485端口引腳分配

基本單元上的9 針SUB D 插座作為RS485 接口。引腳的分配如表2所示[2]。

CPU226 與Masterdrive 采取自由口通信方式，使用USS 協(xié)議，對變頻器進行參數(shù)的讀取及修改。

2.1.1 USS協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)

USS協(xié)議的報文結(jié)構(gòu)如表3所示。

表2 變頻器RS485端口引腳分配

表3 報文結(jié)構(gòu)

STX：開始信息

LGE：協(xié)議報文長度

ADR：從站號地址

1，2…n：報文字符串

BCC：塊校驗和

2.1.2 USS協(xié)議的程序結(jié)構(gòu)

MAIN：主程序（循環(huán)）

SBR0：初始化程序，首次掃描時設(shè)置自由通信口的參數(shù)

SBR1：計算BCC的程序

SBR2：發(fā)送信息程序，初始化發(fā)送定時器

INT0：發(fā)送結(jié)束中斷處理程序，打開接收器

INT1：發(fā)送超時中斷處理程序，再次發(fā)送，最多試發(fā)3次

INT2：接收字符的中斷程序，結(jié)束后進行有效性校驗

INT3：接收超時中斷處理程序，再次接收，最多試發(fā)3次

MAIN主程序每循環(huán)一個周期，通信程序運行一次，讀取變頻器中的參數(shù)進行緩沖，并在HMI上顯示；同時可通過HMI 操作修改變頻器的參數(shù)，并傳輸?shù)阶冾l器。

2.1.3 變頻器參數(shù)設(shè)置

對變頻器的接口參數(shù)進行設(shè)置：

P700：串行接口的總線地址

P701：USS協(xié)議下輸入串行口的波特率

P702：USS協(xié)議下輸入串行口的PKW個數(shù)

P703：USS協(xié)議下輸入串行口的PZD個數(shù)

P704：監(jiān)控時間。

2.2 變頻調(diào)速

CPU226通過檢測變頻器的運行狀態(tài)及故障信號，根據(jù)生產(chǎn)工藝對變頻器的頻率進行調(diào)節(jié)，進而實現(xiàn)對變頻電機的速度控制，轉(zhuǎn)速分別為卸料轉(zhuǎn)速、進料轉(zhuǎn)速、中間轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速。調(diào)速周期如圖2所示。

圖2 離心機的調(diào)速周期

由于一個調(diào)速周期時間較短，且慣性較大，選用西門子的裝機裝柜型裝置SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control，包括整流/回饋單元和逆變單元。正常運行時在電動狀態(tài)向變頻電機提供電源，當降速時可處在制動狀態(tài)將能量回饋到電網(wǎng)，節(jié)約了能源[2]。

2.3 人機界面

目前HMI 技術(shù)成熟和PLC的通信連接可靠，能大幅度減少操作面板的操作元件和臃冗的電氣連線；同時HMI 編程方便，便于修改；又能實現(xiàn)友好的人機互動，可實現(xiàn)機器工作狀況的顯示、參數(shù)的設(shè)定及報表的輸出。

選用西門子的TP270，和CPU226 通過MPI 方式連接，使用專用的SIMATIC Protool 軟件進行TP270 的設(shè)計作為機器的操作面板[3-4]。設(shè)計的畫面包括：控制方式選擇畫面、手動/半自動控制畫面、自動/手動控制畫面、參數(shù)設(shè)定畫面、工作狀況顯示畫面、綜合信息畫面、操作指南畫面、維護指南畫面等。操作工人能通過TP270 了解如何進行機器的操作及維護，和掌握機器的運行狀況，并進行適當?shù)膮?shù)調(diào)節(jié)。

3 結(jié)束語

XJZ1320/N 上懸式離心機的主要控制元件均采用了西門子的產(chǎn)品，整個控制系統(tǒng)操作面板友好，性能穩(wěn)定，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，節(jié)約能源，通訊可靠。同時在葡萄糖和甘蔗制糖廠家有著穩(wěn)定可靠的應(yīng)用。

［1］S7-200 可編程控制器系統(tǒng)手冊［Z］.西門子自動化與驅(qū)動集團，2001.

［2］SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制使用手冊［Z］.西門子自動化與驅(qū)動集團，2001.

［3］TP270 設(shè)備手冊［Z］.西門子自動化與驅(qū)動集團，2000.

［4］SIMATIC HMI ProTool/Pro使用手冊［Z］.西門子自動化與驅(qū)動集團，2000.