可編程序控制器S7—400在卷煙廠風(fēng)力送絲與除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉建峰

摘要：本文通過對卷煙廠卷接機組風(fēng)力送絲系統(tǒng)的解決及控制需求的分析，提出了以西門子S7400PLC為基礎(chǔ)組成的自控系統(tǒng)完整解決方案。詳細(xì)描述了控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、控制原理、總線通訊的實現(xiàn)。這套系統(tǒng)已在營口卷煙廠投入運行，系統(tǒng)各項指標(biāo)均達到了設(shè)計要求，取得了顯著效果。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力送絲 可編程序控制器 現(xiàn)場總線 PID調(diào)節(jié)

1 概述

通過風(fēng)力在送絲管道中產(chǎn)生負(fù)壓來實現(xiàn)煙絲從儲絲房到卷接機組傳輸?shù)倪^程，就是我們所謂的風(fēng)力送絲。要想達到風(fēng)力送絲的要求，這就需要我們在送絲管道中產(chǎn)生一定的負(fù)壓力和風(fēng)流量，還可以憑借連接在送絲回塵管道上的高壓風(fēng)機來做到風(fēng)力送絲。我們在傳輸煙絲的時候所要滿足的傳輸條件即是由平穩(wěn)的風(fēng)壓和風(fēng)量值進行傳輸?shù)模源藖肀ＷC提供卷機組的煙絲產(chǎn)品的質(zhì)量。因為，風(fēng)力管道中輸送煙絲是間歇性的，也就是說風(fēng)力送絲管道的風(fēng)壓和風(fēng)量是時刻變化的，因此可能會導(dǎo)致風(fēng)機的喘振，當(dāng)多臺卷接機組處于生產(chǎn)運行時，其工作狀態(tài)就會各有千秋，達到讓供絲的時間能夠隨時的目的。所以，在生產(chǎn)制造過程中我們難免要對風(fēng)壓和風(fēng)量進行改變。一旦控制不合格的時候，就很有可能出現(xiàn)風(fēng)機喘振的現(xiàn)象出現(xiàn)，這樣的情況就是導(dǎo)致煙絲傳輸不及時和管道受阻等結(jié)果，嚴(yán)重的甚至?xí)斐娠L(fēng)機和電機的損壞。那么我們在進行設(shè)計的時候，就需要憑借精準(zhǔn)的論證來驗證，是否通過PLC-變頻器控制系統(tǒng)來解決這方面的問題。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)基本原理

上位機設(shè)定值是PLC系統(tǒng)的主要依據(jù)，風(fēng)力送絲管道的風(fēng)壓和風(fēng)量的控制是調(diào)節(jié)變頻器的頻率來保持的，關(guān)鍵運用的就是安全總管補風(fēng)閥來對回塵總管中的風(fēng)壓和風(fēng)量進行的控制，主要保持其穩(wěn)定；而安裝在機組上的控制器就會對機組的送絲進行控制，這樣只能保證回塵支管能夠通過電來調(diào)節(jié)風(fēng)門和支管旁路風(fēng)門的穩(wěn)定，并保證回塵支管的風(fēng)壓和風(fēng)量的穩(wěn)定。所有卷接機組上的控制器（子站）連接到西門子ProfiBus通訊總線上與主站通訊。

S7-400存在于除塵室的控制系統(tǒng)主要站，不僅能夠達到除塵室內(nèi)設(shè)備的有效控制及對參數(shù)每一刻的監(jiān)視和預(yù)測，還能夠通過PROFIBUS準(zhǔn)則來達到現(xiàn)場總線與風(fēng)力送絲系統(tǒng)的穩(wěn)定，并能實現(xiàn)分布于變頻器和卷煙車間的大部分S7-200PLC的通訊。如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)組成

2.2.1 除塵室部分。作為控制系統(tǒng)子站與S7-400主站通訊，變頻器控制的主要是送絲風(fēng)力的風(fēng)機，而且變頻器通過加裝ProfiBus來選件卡。落料電機和攪拌電機控制等，以及除塵器脈沖噴吹儀電源控制等等的輸出，都是作為風(fēng)送系統(tǒng)除塵設(shè)備的控制點，都是保證能夠很好的除塵的；而狀態(tài)點，例如空氣開關(guān)狀態(tài)和接觸器狀態(tài)以及隔離開關(guān)狀態(tài)等都與遠程分布式I/O箱所連接的，器重回塵總管壓力等都是以太網(wǎng)與S7-400主站通訊通過的關(guān)鍵方式。

系統(tǒng)主要是通過PLC S7-400進行重要控制的，其中后期的HMI人機接口設(shè)備MP377的觸摸屏，主要是為了使系統(tǒng)的控制機能夠便捷、明了，而且各自狀態(tài)的系統(tǒng)信息都能夠熟練掌握。

2.2.2 卷接機組部分。卷接機組一共有15臺，每臺機組的配置為S7-200PLC，所有的控制都在吸絲管道上，并對吸絲管道的風(fēng)力速度以及采集吸絲管道的風(fēng)速信號等進行控制，并能夠及時準(zhǔn)確地檢查卷煙機的狀況和閥門位置的信號等。我們可以通過現(xiàn)場的總線PROFIBUS以及15臺S7-200PLC遠程分布式I/O與主站S7-400通訊。

2.3 在進行系統(tǒng)設(shè)計的時候主要采用的是開放式的理念，并根據(jù)適用場合的不同要求設(shè)計不同的系統(tǒng)，這樣不僅會在現(xiàn)場增加主站或子站的規(guī)模，還能夠通過配置來做到以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)與廠級網(wǎng)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共同分享。

3 風(fēng)力平衡控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件組態(tài)的實現(xiàn)

模塊化的設(shè)計理念是西門子PLC控制器之間的產(chǎn)品所主要采用的，以使系統(tǒng)硬件組態(tài)更加簡單。它的設(shè)計主要是挑選相對應(yīng)的電源、CPU以及傳出或者傳入接口的模塊、通訊控制模塊等進行的，而且還要通過S7-400 PLC運用STEP7V5.4集成開發(fā)環(huán)境中的硬件設(shè)備程序再對應(yīng)模塊及通訊總線進行配置（圖2，參見參考文獻[2]，[3]），編譯下載到CPU模塊后即可實現(xiàn)。

3.2 系統(tǒng)控制軟件

3.2.1 風(fēng)壓自動調(diào)節(jié)的實現(xiàn)（參見參考文獻[1]，[3]）。回塵總管的風(fēng)壓操作主要是由S7-400控制器通過回回塵總管的風(fēng)壓信號來確定的，經(jīng)過線性變換后，與之前設(shè)置值相比較，風(fēng)壓通過模擬信號來計算，計算出的偏差結(jié)果，通過PID運算后，用S7-400將PID的輸出結(jié)果控制在總線的變頻器上，通過這樣的控制變頻器的輸出頻率，以此來達到控制風(fēng)機的轉(zhuǎn)動速度和控制總管風(fēng)壓的目的。

而控制算法往往所使用的是帶死區(qū)的位置算法。主要是用帶死區(qū)算法將會有利于避免變頻器因為頻繁輸出值的經(jīng)常變化來引起風(fēng)壓的隨機波動，形成一定的動蕩，從而使系統(tǒng)不能夠穩(wěn)定。

3.2.2 風(fēng)量自動調(diào)節(jié)的實現(xiàn)（參見參考文獻[1]，[3]）。我們在對回塵總管風(fēng)量控制的時候，需要注意的就是：由于S7-400控制器是我們搜集回塵總管的一個風(fēng)量信號，因此在經(jīng)過PID計算后，S7-400就會將PID輸出控制值由總線進行發(fā)送，并且將會發(fā)送到除塵房遠程分布式I/O中，除塵房的遠程分布式I/O的控制總管能夠補足風(fēng)閥。由此可見，我們?yōu)榱诉_到控制總管風(fēng)量的目的，就盡可能的避開出現(xiàn)風(fēng)機的喘振的情況，從而達到穩(wěn)定風(fēng)壓的目的。

3.2.3 卷煙機回塵支管風(fēng)量自動調(diào)節(jié)的實現(xiàn)。為了實現(xiàn)卷煙機回塵支管風(fēng)量自動調(diào)節(jié)，就需要我們進行回塵總管風(fēng)量控制的時候，對S7-400的控制器進行合理的運用，在運用的同時對卷煙機遠程的分布式I/O進行控制，然后采集位于卷煙機回塵支管上的風(fēng)量的信號；然后在進行PID工作的時間內(nèi)，S7-400就會將PID傳出，依次進行總線值的控制，并通過總線發(fā)送給卷煙機的遠程分布式I/O上，當(dāng)I/O控制處于卷煙機回塵支管上風(fēng)門調(diào)節(jié)閥的時候，就能夠調(diào)節(jié)回塵支管風(fēng)量值，以便維持卷煙機吸絲風(fēng)量穩(wěn)定的目的。

4 總結(jié)

總而言之，本系統(tǒng)已經(jīng)正式投入運行，運行的結(jié)果表明：系統(tǒng)性能相對便捷、性價比高而且相對穩(wěn)定，運行維護費用相對來說會比較低，并且做到了生產(chǎn)和管理對系統(tǒng)的一系列要求，得到很多廠家的好評。

而應(yīng)用的新技術(shù)、高科技含量的產(chǎn)品等都對現(xiàn)有設(shè)備進行了技術(shù)改造，這也是能夠提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量以及能夠建立健全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，也是增強企業(yè)經(jīng)濟利益和提高市場競爭力等最有利的途徑之一。

參考文獻：

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[6]魏東.計算機控制技術(shù)[M].中國建筑工業(yè)出版社，2012年1月.