基于WinCC組態軟件的熒光增白劑流水線自動化控制系統

摘 要：介紹了一種基于WinCC組態軟件的熒光增白劑流水線自動化控制系統。實現過程參數的實時采集顯示、過程設備操作、遠程控制、數據處理存檔、故障報警、報表生成和歷史趨勢等功能。

關鍵詞：WinCC；熒光增白劑流水線；S7-400；自動化控制系統

1 引言

熒光增白劑是生產高品質、高白度紙張的必需品。2010年，國家財政貼息扶持重點造紙企業進行技術改造，采用大型、寬幅、高速、自動造紙機械推進技術和裝備現代化。這對造紙用熒光增白劑行業提出了更高的技術要求。為此開發了基于WinCC組態軟件的熒光增白劑流水線自動控制系統。本控制系統采用西門子S7-400系列PLC作為主控制器，以實現主要參數顯示記錄、主要參數超限報警、設備聯鎖控制、狀態監視、數據處理、數據存檔和報表生成等功能，并為公司后期ERP系統提供相應的接口。

2 工藝流程

增白劑生產線主要包括以下幾個流程設備：備料系統、三步縮合反應系統、冷凝過濾系統、循環系統、濃縮合成系統、產品后期處理和自動灌裝系統、報表、系統通訊、報警、歷史趨勢。

3 控制系統概述

⑴系統主要原理。該控制系統下位機控制中心使用西門子S7-400系列的可編程控制器，完成增白劑自動生產流水線的數據采集、工藝過程自動控制、關鍵參數精確控制（如溫度、PH值、流量等）。各類傳感器采集的現場數據由西門子S7-400可編程控制器處理后上傳到控制室內的上位監控計算機，在控制室內實現對各種參數的檢測。對于各種故障顯示，上位機可實現實時報警并發送相應處理命令。

⑵系統工作描述。根據系統工藝組成，配置兩臺控制柜，一臺配電柜（含繼電器），一臺工程師站，每條生產線（共三條）配置一臺操作站，一套UPS系統，完成對工藝參數的實時采集和過程控制。

流量計、PH計、壓力儀表、液位計、溫度計和稱重儀等現場儀表，通過硬接線方式（接線箱）將儀表信號送到S7-400的I/O接口卡件，S7-400按生產工藝流程，在操作站上顯示流程畫面，對每個測量點的實時信號進行在線監測，并對現場調節閥、電磁閥和變頻器等執行機構實行生產過程控制。同時，S7-400存儲各生產線數據記錄和故障報警信號，還可生成報表及趨勢記錄。當系統正常運行時，系統可自動控制整個生產流程并完成報表的自動生成、存貯、打印及保存，操作人員通過操作站對現場工藝系統的情況進行監視及遠程遙控。當系統發生故障時，操作站的CRT能按區域自動及時發出報警信號，并通過聯鎖保護自動切除有關設備及系統，同時進行事故記錄，并對異常參數、狀態和事故進行追憶。

另配置一臺A3黑白報表打印機和一臺A4（滿足事故追憶）彩色針型逐行打印機，可將報表、實時數據以及隨機事故及時打印輸出。S7-400具備雙CPU、雙通訊接口和系統雙冗余電源，還具有各操作站的數據共享功能，確保系統穩定和操作可靠。系統預留ERP系統通訊接口，以便于未來企業ERP系統的規劃和實施。

⑶系統運行方式。全廠工藝設備的控制可通過4種方式實現：程序控制（自動控制）、半自動控制、遠程控制和就地手動控制。正常運行時，系統處于自動控制狀態，系統在啟停、正常運行、或異常工況出現的過程中，自動對各參數進行檢測、數據處理、定時制表、參數越限時自動報警和打印。據生產過程需要，系統可運行于半自動控制狀態，據操作人員在操作站發出命令，自動完成各局部工藝系統的順序控制。控制系統可實現各單體設備的自動啟/停、運行/反洗、聯鎖/保護。根據儲罐液位、運行工況和運行方式，操作員可在操作站對系統遠程控制，對控制系統人為干預；也可在系統出現故障報警時，遠程對相應故障設備進行操作控制。各設備執行機構配有手動閥，當自動控制系統處于關閉狀態時，操作員可通過就地手動控制完成生產過程，自動系統停運時，生產線仍可正常運行。

4 系統實現方法

⑴現場數據的采集。增白劑流水線自動控制系統的現場數據采集主要使用壓力、液位、流量、溫度、PH等各類傳感器實現。

⑵系統具體實現。主監控操作系統選用德國Siemens公司的SIMATIC S7-400系列，上位機監控軟件及現場動畫模擬使用組態軟件WinCC完成開發。

為保證供電的安全可靠和系統的正常運行，整個控制系統電源采用UPS系統，一旦整個系統出現意外掉電，UPS系統可提供系統運行用電及各種執行機構工作的動力電源，除去了系統的安全隱患。

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[3]嚴盈富.監控組態軟件與PLC入門[M].北京：人民郵電出版.

[4]SIEMENS公司.WinCC中文使用手冊.

作者簡介：張婷（1989-），女，陜西榆林人，長安大學2012級控制工程專業碩士研究生，研究方向：單片機應用開發；何琳琳（1988-），女，陜西渭南人，長安大學2012級交通運輸工程專業碩士研究生，研究方向：嵌入式驅動開發。