西門子PLC在全自動混料系統(tǒng)中的應(yīng)用及升級

摘 要:本文主要介紹以西門子S5-155UPLC為控制主站，以4個S5-95U，1個TD 17，3個S5-ET200，2個S7-ET200M為現(xiàn)場控制從站，經(jīng)PROFIBUS總線連接組網(wǎng)，與人機界面相聯(lián)，組成一個功能強大的全自動混料控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)已成功運行10年。另外介紹因公司的發(fā)展需要，再上一套混料系統(tǒng)，選用西門子S7-400PLC為新的控制核心，把原有S5控制系統(tǒng)升級，納入S7-400控制系統(tǒng)中，新控制系統(tǒng)的功能更強大，更先進。

關(guān)鍵詞:S5-155UPLC S7-400PLC S7-ET200M 全自動混料系統(tǒng)

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)10(c)-0057-02

1 項目簡介

90年代后期，由于塑鋼門窗的開發(fā)和推廣應(yīng)用，為了擴大生產(chǎn)規(guī)模，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，國內(nèi)企業(yè)陸續(xù)從國外引進全自動混料系統(tǒng)，國外在在該項目上發(fā)展已相當成熟，國風、海螺和實德是引進較早的國內(nèi)企業(yè)。安徽國風塑料建材有限公司1998年7月從德國REIMELT公司引進一套3萬噸PVC全自動混料系統(tǒng)，1999年和2000年經(jīng)過二次擴展，形成了6萬噸的PVC全自動混料系統(tǒng)，含PVC型材、空腔板和發(fā)泡板三種不同工藝生產(chǎn)。系統(tǒng)工藝控制除原料人工倒入其余全部自動完成，主要分以下幾大部分:(1)倒料部分，倒入控制系統(tǒng)配方中所需要的各種原輔材料;(2)稱量部分，分主料稱量、輔料稱量、微料稱量和油料稱量;(3)混料部分，控制系統(tǒng)自動把稱好的各種原料按先后順序下到混料機中并啟動混料機完成混合過程;(4)輸送和儲存部分，系統(tǒng)把混料機混好的干混料自動輸送到設(shè)定的大料倉中臨時儲存，系統(tǒng)根據(jù)車間擠出需求自動輸送到相應(yīng)的機臺。

國風現(xiàn)有系統(tǒng)在1998年引進時，在國內(nèi)同類系統(tǒng)中是工藝要求最復(fù)雜，控制點最多，輸送距離最遠的單控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的布局是四樓安裝倒料系統(tǒng)，三樓安裝稱量和中控系統(tǒng)，二樓安裝7臺混料機組，一樓安裝輸送和儲存系統(tǒng)。當時根據(jù)上述要求，考慮PLC是系統(tǒng)核心部件，經(jīng)過雙方工程師的調(diào)研和討論，最終選西門子S5-155UPLC(CPU是948U)作為中控室主控制系統(tǒng)，配置了大量的輸入和輸出模塊，驅(qū)動器和變頻器用電流信號作調(diào)速控制，連續(xù)料位測量也用電流信號進行反饋控制，。系統(tǒng)中共使用7臺混料機組，都有獨立電控柜，其中3臺臺灣混料機經(jīng)數(shù)字I/O接口保持與中控室連接，另外4臺意大利PLASMEC混料機都有獨自的PLCS5-95U，通過中控室通訊卡CP5431與CPU948U通訊。由于中控室離擠出車間較遠，現(xiàn)場布置了5組分控柜(代號為CCP01-CCP04)，分別控制相應(yīng)的物料儲存和輸送，都有獨自的控制元件，3個為S5-ET200U，2個為S7-ET200M(2000年擴展)。中控室INSTAR工藝控制系統(tǒng)和2個可視化系統(tǒng)都是通過相應(yīng)的CP528與CPU948U連接，中控室與現(xiàn)場分控柜主要是經(jīng)PROFIBUS連接，每臺秤都配獨立RWA-A/D轉(zhuǎn)換器，所有的RWA-A/D經(jīng)西門子INTERBUS-S模塊與CPU948U連接。本系統(tǒng)最終選定西門子硬件配置主要如下，1個S5-155U，1個TD 17-DP12，4個S5-95U，3個S5-ET200U，2個S7-ET200M。

(1)中控室(MCC01/02)PLC(S5-155U)硬件配置如下

CPU948U、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、CP528模塊、CP5431模塊、INTERBUS-S、IM308C、IM304、IM300、IM312、IM314、模擬量輸出模塊和模擬量輸入模塊。

(2)混料機(MX01/02/06/07)PLC(S5-95U)硬件配置如下

S5-95U、數(shù)字量輸入模塊和和數(shù)字量輸出模塊。

(3)現(xiàn)場分控柜(CCP01/02/03)PLC (S5-ET200U)配置如下

TD17-DP12、S5-ET200U、DI/DO模塊和DO模塊。

(4)現(xiàn)場分控柜(CCP04/05)PLCS7-ET200M)配置如下

S7-ET200M、SM321、SM322、SM331。

2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成。

公司的項目是1998年4月從德國REIMELT公司全套引進，該公司是制造全自動混料系統(tǒng)的國際知名專業(yè)廠家。在當時的情況下，我們選擇的中控室人機界面是1套REIMELT INSTAR工藝控制系統(tǒng)和2套REIMELT可視化系統(tǒng)，3套系統(tǒng)都是通過CP528與PLCS5-155U連接和通訊，系統(tǒng)同時配置打印功能和遠程診斷功能。中控室PLC配置了1個CC中央機架和3個EU擴展機架，用于安裝各種模板，機架間通過相應(yīng)的接口?？爝M行通訊。4臺意大利PLASMEC混料機的PLCS5-95U經(jīng)PROFIBUS總線與中控室CP5431連接，通過通訊卡CP5431與CPU948U通訊。

車間現(xiàn)場TD17和5個獨立的分控制單元，3個S5-ET200U和2個S7-ET200M，依次經(jīng)PROFIBUS總線與中控室IM308連接，通過接口模塊IM308與CPU948U通訊。另外系統(tǒng)中控室電柜還為現(xiàn)場15個電子秤配置了獨立A/D轉(zhuǎn)換器，接口是INTERBUS-S接口，相互間經(jīng)串行INTERBUS-S總線通過1個INTERBUS-S通訊卡，保證與CPU948U通訊。

3 控制系統(tǒng)完成的功能

整個控制系統(tǒng)的控制點多，控制面廣，控制距離遠，是根據(jù)當時的客觀條件為了滿足所有設(shè)備能穩(wěn)定運行和滿足所有工藝要求而設(shè)計的，系統(tǒng)控制功能較多，主要如下介紹。

(1)系統(tǒng)的順序控制功能。整個生產(chǎn)過程流程從倒料、稱量、混料、儲存到輸送，除各種原料倒入是人工完成，其余過程都是按PLC程序和配方的設(shè)定自動按序完成，各個環(huán)節(jié)間既相互獨立又相互制約。

(2)操作和可視性強。通過REIMELT INSTAR工藝控制系統(tǒng)可隨時根據(jù)工藝要求設(shè)定各種配方及日常各種所需報表;選擇啟動和停止相應(yīng)的混料機組、儲存方式和供料方式;能夠設(shè)定稱量的誤差范圍，顯示實際稱量進度，實際誤差值，等等。2套REIMELT可視化系統(tǒng)能夠完成對各個生產(chǎn)過程及控制點的動態(tài)顯示監(jiān)控，并提供稱量和各種電氣報警信息，顯示界面切換方便。

(3)稱量的準確和穩(wěn)定性。稱量分手動和自動兩種，手動為各個環(huán)節(jié)人工通過INSTAR工藝控制系統(tǒng)一步一步完成。自動稱量即只要打開某條生產(chǎn)總線，系統(tǒng)立刻啟動相應(yīng)的電子秤根據(jù)設(shè)定的配方依次對相應(yīng)的原料進行計量，并實時顯示電子秤累加值、單個原料計量值及誤差情況。計量精度是通過PLC控制變頻器，由變頻器控制計量螺桿的轉(zhuǎn)速，再由A/D轉(zhuǎn)換器反饋實時測量值形成閉環(huán)完成。

(4)調(diào)試過程是個不斷發(fā)現(xiàn)和解決問題，完善系統(tǒng)的有效手段。98年在安裝前，德國工程師根據(jù)我們的具體要求，預(yù)先編寫工藝流程、進行系統(tǒng)組態(tài)和編程，雙方通過實驗室模擬系統(tǒng)仿真運行，不斷的發(fā)現(xiàn)問題，逐步完善。安裝后通過在線監(jiān)控，通過強制變量的調(diào)節(jié)，可以直觀地看到程序的實際運行情況及可視系統(tǒng)上的工藝流程的動態(tài)變化，可隨時修改程序，調(diào)試完畢后再下載到CPU和固化模塊上。程序的診斷功能非常有用，發(fā)生一些意外情況，硬件上很難解決，通過在線查看診斷緩沖區(qū)信息，能很快解決問題?，F(xiàn)場調(diào)試，在有經(jīng)驗人員的配合下，從點到面，從局部到整體，從手動到自動，要有序進行，由于有實物動作參照，時間設(shè)置，動作有無，十分明顯，程序?qū)φ招拚F(xiàn)場線路更正也十分順利。

4 控制系統(tǒng)從S5到S7的升級和擴展

由于我公司現(xiàn)有的全自動混料系統(tǒng)是1998年引進，經(jīng)過后2年擴展，生產(chǎn)能力達年產(chǎn)6萬噸。2007年隨著公司規(guī)模的發(fā)展，原有的規(guī)模已不能滿足市場需求，通過國際招標，新上3萬噸的全自動混料系統(tǒng)，結(jié)合公司的整體搬遷要求，新控制系統(tǒng)采用S7-400PLC，把原有的S5控制系統(tǒng)升級納入到新系統(tǒng)中，形成一個控制系統(tǒng)。到發(fā)稿為止大部分的設(shè)備已到新廠區(qū)，已準備安裝搬遷工作，新系統(tǒng)的主要配置流程圖。

新系統(tǒng)和現(xiàn)系統(tǒng)在工藝流程上沒有大的變化，主要在硬件方面進行升級和擴展整合，編程軟件從S5升級到S7，升級后的系統(tǒng)控制功能更強大，操作性和可視性更強，控制系統(tǒng)改變主要如下。

(1)人機界面的升級。用REIMELT PRISMAWEB型工藝控制系統(tǒng)替換現(xiàn)用的INSTAR系統(tǒng)，用WEBFACTORY型可視化系統(tǒng)替換現(xiàn)用的可視系統(tǒng)。REIMELT批次管理系統(tǒng)WINCC是對連續(xù)生產(chǎn)過程中各批次進行規(guī)劃，控制和記錄的工具，它給予操作人員最強有力的支持，從發(fā)布配方直到完成的批次記錄。WEB工廠型PC可視化系統(tǒng)顯示系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)和順序，可顯示詳細的處理過程及動態(tài)監(jiān)控等功能。

(2)新上的電控系統(tǒng)。新上一個電控柜MCC03，含西門子PLCS7-400，CPU417-4DP，相應(yīng)的各種控制模塊，負責與人機界面和其它分控柜間通訊。新上一個現(xiàn)場分控柜CCP06，含PLCS7-ET200M，負責現(xiàn)場部分機臺的物料儲存和輸送。新上一臺混料機，其分控柜含S7-ET200M。

(3)現(xiàn)有系統(tǒng)的硬件升級。用S7-400擴展槽更換現(xiàn)有中控室電控柜MCC01/02的PLC，用相應(yīng)S7-400模塊替換原有輸入輸出及接口模塊，電控柜MCC01/02變成MCC03本地擴展。混料機電控柜用S7-ET200M替換S5-95U。原有分控柜CCP01/02/03可以使用一個，里面的分控制模塊S5-ET200U由S7-ET200M替換。CCP04/05不需升級。

(4)通訊的升級。人機界面系統(tǒng)經(jīng)工業(yè)局域網(wǎng)(CP443-1)與SIMATIC S7-417-4DP連接。電控柜MCC01/02是MCC03本地擴展，MCC03經(jīng)西門子IM462/2與MCC01/2接口模塊IM314連接?，F(xiàn)場5臺混料機分控柜的5個S7-ET200M通過串行PROFIBUS DP與S7-417-4DP連接。稱量值數(shù)字轉(zhuǎn)換器用RWA-AD/DP替換原有帶INSTAR接口RWA-AD，通過串行PROFIBUS DP與S7-417-4DP連接?，F(xiàn)場分控柜CCP06/04/05/01的4個S7-ET200M通過串行PROFIBUS DP與S7-417-4DP連接。

5 項目運行

我公司的全自動混料系統(tǒng)自1998年投入運行至今已連續(xù)穩(wěn)定的運行了10年，尤其是西門子S5控制系統(tǒng)基本是無故障運行至今，確保了公司生產(chǎn)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。該項目的引進當時極大地提高了公司在塑料行業(yè)中的影響力和知名度，10年來為公司創(chuàng)造了大量的經(jīng)濟效益。為了擴大公司生產(chǎn)規(guī)模，使企業(yè)設(shè)備更新?lián)Q代，提高關(guān)鍵設(shè)備的自動化水平，公司2008決定再次引進一套3萬噸的全自動混料系統(tǒng)，把現(xiàn)用的S5控制系統(tǒng)全面升級為S7控制系統(tǒng)。2009年11月完成新、老系統(tǒng)的安裝和整合，形成一個功能更強大，控制更先進的年產(chǎn)9萬噸自動化混料系統(tǒng)，為公司帶來了很好的經(jīng)濟效益。