西門子PCS7系統(tǒng)在粘膠過濾工序中應(yīng)用

摘要：本文介紹了西門子全集成自動(dòng)化系統(tǒng)（TIA）--PCS7在化纖粘膠過濾工序控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：SIMATIC；PCS7；濾機(jī)；反洗；CFC

中圖分類號：TP27文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1、控制系統(tǒng)硬件配置及特性

該系統(tǒng)控制器選用1套CPU414-4H冗余控制站。控制站采用了功能強(qiáng)大冗余414H，冗余采用事件同步技術(shù)，處理二進(jìn)制指令只需0.1μs，現(xiàn)場控制分站采用冗余的ET200M分站，控制分站ET200M與主控制器通過冗余的PROFIBUS DP工業(yè)現(xiàn)場總線相連，并具備熱插拔能力。模塊為帶電可插拔配置，通道隔離，帶診斷。HMI（Human Machine Interfac）人機(jī)接口由1個(gè)ES工程師站和2個(gè)OS操作員站組成，操作員站及工程師站并配有支持工業(yè)以太網(wǎng)的CP1613硬網(wǎng)卡，以分擔(dān)主機(jī)CPU的負(fù)荷。

控制站與現(xiàn)場I/O之間采用冗余12M/S現(xiàn)場總線PROFIBUS，且/O模塊具有帶電插拔的特點(diǎn)。控制系統(tǒng)硬件在設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮其抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)硬件故障報(bào)警、所有模塊支持熱插拔、防護(hù)等級高等特性；控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮其可靠性高、抗病毒能力強(qiáng)、在控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)報(bào)警，并使主控制器在出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)調(diào)用內(nèi)部相應(yīng)組織塊作中斷處理后自動(dòng)切換并繼續(xù)運(yùn)行而不會導(dǎo)致停機(jī)等特性。

2、軟件系統(tǒng)及特點(diǎn)

SIMATIC PCS7采用符合IEC－1131－3國際標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件和現(xiàn)場設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言。提供大量的常用的現(xiàn)場設(shè)備信息及功能塊，具有ODBC、DDE、OPC、OLE等標(biāo)準(zhǔn)接口。PCS7系統(tǒng)的組態(tài)軟件，延襲了西門子PLC系統(tǒng)的step7和wincc軟件，經(jīng)過集成后，增加冗余配置和強(qiáng)大的CFC（功能塊）的功能，使用組態(tài)更加方便。組態(tài)可根據(jù)個(gè)人習(xí)慣，基本拋開了原來step7編程中使用STL類似匯編語言的復(fù)雜編程，而可以用圖形的拖放，輕松地完成系統(tǒng)組態(tài)，在使用熟練后，利用CFC強(qiáng)大和功能齊全的功能塊，加上SFC功能，完成順序控制功能，組態(tài)后，系統(tǒng)CFC功能塊將自動(dòng)顯示在操作畫面上，使組態(tài)工作變得輕松。在用CFC進(jìn)行編程時(shí)，除了可以使用系統(tǒng)本身自帶的功能塊，如MEAS_MON塊、CH_AI塊等等，還提供了手段和工具來幫助工程人員編寫自己的功能塊，并且這些功能塊能夠和系統(tǒng)自帶的塊相兼容。PCS7系統(tǒng)眾多的軟件功能塊，有序而穩(wěn)定的結(jié)合在一起。當(dāng)工程項(xiàng)目在創(chuàng)建時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)在BLOCKS中加入系統(tǒng)組織塊（OB1/OB32/IB35/OB70/OB72/OB80/OB81/OB82/OB83/OB85/OB86/OB88/OB100/OB121／OB122），使得系統(tǒng)在出現(xiàn)冗余錯(cuò)誤或其它錯(cuò)誤時(shí)能及時(shí)調(diào)用系統(tǒng)中斷，而不會導(dǎo)致CPU停機(jī)。

另外SIMATIC PCS7還集成了SCL編程。SCL（Structured Control Language），結(jié)構(gòu)化控制語言，是一種類PASCAL的高級語言，它采用IEC－1131的標(biāo)準(zhǔn)。利用SCL可以很方便地編制用戶功能塊。用SCL生成的功能塊可在CFC（功能控制塊）中被多次調(diào)用。用戶可以把過程的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化控制策略用SCL編成功能塊，直接下載到控制器中運(yùn)行。這樣，可以把過程的優(yōu)化控制放在控制器中，全面實(shí)現(xiàn)對工藝過程的優(yōu)化控制。使用連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言SCL就可簡少組態(tài)工作時(shí)間，縮短工程周期。

WINCC的基本系統(tǒng)包括九大部件：①變量管理器。變量管理器管理WINCC中所使用的外部變量、內(nèi)部變量和通訊驅(qū)動(dòng)程序。②圖形編輯器。它主要用于設(shè)計(jì)各種圖形畫面。③報(bào)警記錄。負(fù)責(zé)采集和歸檔報(bào)警信息。④變量歸檔。負(fù)責(zé)處理測量值，并長期存儲所記錄的過程值。⑤報(bào)表編輯器。提供許多標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)表，也可以設(shè)計(jì)各種格式的報(bào)表，并按照預(yù)定的時(shí)間打印。⑥全局腳本。是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員用ANSI-C及VB編寫的代碼，以滿足項(xiàng)目要求。⑦文本庫。編輯不同語言版本下的文本信息。⑧用戶管理器。用來分配、管理和監(jiān)控用戶對組態(tài)和運(yùn)行系統(tǒng)的訪問權(quán)限。⑨交叉引用表。負(fù)責(zé)搜索在畫面、函數(shù)、歸檔和消息中使用的變量、函數(shù)、OLE對象和ActiveX控件。WinCC作為操作和監(jiān)控的人機(jī)界面，除可以完成一般性監(jiān)控軟件可以完成的功能外，又可以通過加入各種控件和C腳本、VBS等高級編程語言完成更加復(fù)雜的監(jiān)視和控制功能。利用開放的現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信息采集和系統(tǒng)通訊，采用S7自動(dòng)化系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制單元實(shí)現(xiàn)過程控制，以靈活多樣的分布式I/O接收現(xiàn)場傳感檢測信號，所有工位的參數(shù)設(shè)定從PCS7提供的功能塊中設(shè)置后，只要進(jìn)行編譯且進(jìn)行上傳后，就會在Wincc中生成相對應(yīng)的block icon及faceplate。這樣，只要用WinCC畫好流程畫面后，將相應(yīng)的block icon塊放在相應(yīng)的位置，就能夠清晰地反應(yīng)各點(diǎn)的參數(shù)值。

3、工藝控制原理

（1）過濾

未經(jīng)過濾的介質(zhì)使用粘膠泵打入過濾機(jī)，當(dāng)未過濾介質(zhì)從Pl 腔進(jìn)入P2腔內(nèi)，介質(zhì)被過濾。金屬織物就安裝在孔鼓上，已經(jīng)過濾的介質(zhì)從出口排出，進(jìn)入P2壓力平衡罐或紡絲罐。隨著Pl和P2的壓差增加，過濾材料上的沉積物厚度逐漸增加，從起始的△Pb（剛反洗后的新過濾介質(zhì)的壓差）變成△Pc（沉積物厚度達(dá)到最大）。兩個(gè)壓差的調(diào)整取決于粘膠的質(zhì)量，每小時(shí)反洗的次數(shù)以及過濾材料的微孔目數(shù)。當(dāng)△Pa（恒定△P）達(dá)到設(shè)定的△Pc時(shí)，開始反洗。

（2）反洗

反洗是依靠反洗活塞從封頭到封底之間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成的。在活塞上開口的活塞環(huán)與用于安裝過濾材質(zhì)的孔鼓內(nèi)壁是密封的。孔鼓的外壁是承載過濾材料的，只用很少量的已過濾的粘膠即可完成反洗過程，這個(gè)過程是非常有必要的，它可以從過濾材料上沖洗掉已經(jīng)沉積的雜質(zhì)，在清洗整個(gè)表面后，達(dá)到△Pb的值，往復(fù)活塞處于等待位置，直到下一次的△Pa達(dá)到計(jì)算值△Pc時(shí)開始另一次反洗。

具體來說，根據(jù)系統(tǒng)過濾要求當(dāng)過濾任務(wù)不重時(shí)可選擇單臺順序反洗。當(dāng)過濾任務(wù)繁重時(shí)可選擇雙臺并行反洗，系統(tǒng)根據(jù)濾機(jī)每輪次過濾次數(shù)自動(dòng)計(jì)算費(fèi)膠率，根據(jù)對費(fèi)膠率數(shù)據(jù)分析粘膠的工藝控制參數(shù)。

針對濾機(jī)前后粘膠壓力控制不穩(wěn)定等難點(diǎn)，工序中調(diào)節(jié)閥的開度、流量、粘膠泵變頻器的頻率控制都使用了PID控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且針對P2壓力平衡罐PID調(diào)節(jié)不穩(wěn)定我們進(jìn)行了PID控制優(yōu)化，對此我們直接調(diào)用PCS7 Library中的標(biāo)準(zhǔn)塊來完成，經(jīng)過編譯后可直接在上位系統(tǒng)中生成PID標(biāo)準(zhǔn)控制界面。以往的自動(dòng)調(diào)節(jié)不好控制，最主要的是其P、I、D三個(gè)參數(shù)不易確定，只有依靠經(jīng)驗(yàn)所得，而PCS7可以根據(jù)控制系統(tǒng)中所涉及的變量自己動(dòng)手編寫一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊，通過測量變量的值代入計(jì)算公式就可以很容易得出我們所需要的P、I、D值，經(jīng)過長期的運(yùn)行來看，自動(dòng)控制系統(tǒng)相當(dāng)穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

1.劉華波等.深入淺出西門子400系統(tǒng)及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械出版社，2010-1-1.