SmartDry帶式烘干機自動控制系統的設計

陳東偉

摘 要：介紹了布勒公司帶式烘干機SmartDry自動控制系統的設計，軟硬件組成及設計，以及該系統在飼料廠中的運行情況和效果。

關鍵詞：布勒；Buhler；SmartDry；帶式烘干機

1 引言

在水產飼料的生產中，因為生產過程中的水份比較高，所以在成品飼料入庫前，飼料的烘干是一道不要缺少的環節，SmartDry帶式烘干機是布勒（常州）機械有限公司的新一代飼料生產加工設備，在水產飼料廠廣泛應用，因此開發一種高效節能的控制系統是大勢所趨，也是使用者所期盼的，SmartDry帶式烘干機自動控制系統就是在這樣的情況下產生的。

2 系統概述

該控制系統由上位機、下位機及現場的IO站組成，上位機使用觸摸屏，下位機使用Siemens公司的S7-300系列PLC，現場IO站則采用德國Wago公司的產品，系統設計時考慮其通配性，以適用這種烘干機的所有型號、所有配置，上位機界面采用了多語言設計，使用場合可以適用于國內外。系統具有多級用戶權限設定，控制模式分為手動、自動操作選擇，參數設置采用配方功能，以方便客戶快速、正確的輸入生產參數，系統PID控制參數具有自整定功能，能快速、智能地找到合理的控制參數，是一個真正智能的控制系統。

3 系統的總體結構

（1）系統硬件。系統的操作界面使用觸摸屏，下位機控制器采用Siemens高性能PLC，該控制器自帶以太網接口，另外還標配西門子標準的Profibus DP總線接口，控制器和觸摸屏的通訊采用以太網的形式，這樣考慮的目的一是方便操作屏和控制器可以遠距離放置，設備現場可以沒有操作人員，二是保證通訊速度，使控制信號和狀態實時化；現場放置IO通訊從站，控制器和現場IO的通訊采用Profibus DP方式，這樣考慮的目的一是盡可能減少信號線、電纜線的長度，減少系統的干擾可能性，二是將現場IO箱放在設備附近，方便信號的核對和故障排除；MCC（電機控制柜） 柜由于內部有比較多的變頻器，考慮的變頻器的散熱問題，考慮放置的中央控制室等有空調的場所。

（2）系統軟件。人機操作界面HMI的編程軟件使用屏廠家提供的EB8000軟件，用于編寫人機對話的界面；下位機PLC的編程軟件使用Siemens公司提供的Step7軟件，用于編寫控制器執行命令所能識別的內部程序。

4 系統的硬件配置

設備的機械配置：烘干機上和電氣相關的配置有喂料電機、上層網帶電機、下層網帶電機、破拱電機、出灰絞龍、廢氣風機、廢氣風管的風壓開關、冷卻風機（有冷卻段時配）、廢氣高溫傳感器、喂料速度變頻、上下層網帶速度變頻、廢氣風機速度變頻、每節烘干段的風壓開關、每節烘干段的報警測溫、每節烘干段的控制測溫、每節烘干段的循環風機變頻、每節烘干段的蒸汽調節閥給定，烘干機的型號根據客戶的需求不同分為2-6節烘干段，冷卻段根據使用場合的需要不同可以選配。

5 系統的軟件設計

（1）畫面設計。人機界面分多個畫面，有自動操作界面、手動操作界面、配方設定界面、運行趨勢圖界面、系統設置界面、歷史報警界面、系統維護界面等主界面。

自動界面：該界面主要完成系統的一鍵開關機，各操作界面的切換，生產配方的調用，報警窗口及報警消除，生產過程中參數微調的修正。

手動界面：在該界面中可以在工序聯鎖和不聯鎖的情況下單獨啟、停每一臺設備，閥門的開關、大小調節。

配方界面：可以將所有配方的生產參數以配方的形式保存下來，以方便下次生產同樣配方時快速調用，避免繁瑣的參數設定過程，也有效避免人為輸入參數出錯的可能性。

趨勢圖：可以將生產過程中的頻率、溫度、閥門開度等以直觀的圖形顯示。

系統設置界面：在此界面可以配置烘干機的烘干段數、冷卻段是否要選配、冷卻段的段數、界面的使用語言、烘干機內物料自動清空后的冷機時間、各段的報警溫度等參數。

維護界面：以文字的形式給客戶一個設備維護的指導參考。

（2）軟件編程。此烘干機的主要控制需求是根據設定的溫度，如何自動調節各個蒸汽閥的開度，使溫度控制在設定的誤差范圍之內，以及如何合理地調節各層網帶的速度來控制烘干時間，最終使得在設定的控制溫度范圍和烘干時間內，將飼料成品的水分控制在要求的范圍。烘干時間則通過調節控制上、下層網帶速度的變頻器來實現，溫度控制則使用了Siemens PLC自帶的PID功能塊FB58來實現，該功能塊具有參數自整定功能，通過幾個簡單的按鍵操作就可以自動地找出合理的PID控制參數，將使用者的經驗需要降低到最小。

Siemens PID功能塊FB58幾個關鍵的參數及作用說明：

PV_PER：外圍設備過程變量，即實測值，輸入，INT型

LMN：可調節變量，用此信號控制設備，輸出，REAL型

SP_INT：內部設定值，REAL型

MAN：手動值，REAL型

PVPER_ON：外圍設備過程變量打開，BOOL型

GAIN：比例增益，REAL型

TI：積分時間，REAL型

TD：微分時間，REAL型

CYCLE：采樣周期，REAL型

MAN_ON：手動操作是否打開，BOOL型

CON_ZONE： 控制帶，REAL型

CONZ_ON：控制帶打開，選擇是否激活控制帶，BOOL型

PID_ON：PID模式打開，選擇是執行PI模式或PID模式，BOOL型

PHASE：顯示自整定的階段（0-7），輸出，INT型

STATUS_H： 在加熱時，此值顯示搜索拐點的診斷值，輸出，INT型

TUN_ON：自整定打開，BOOL型

TUN_ST：自整定開始，BOOL型

6 結束語

SmartDry帶式烘干機自動控制系統的設計成功，并在淮安天參項目中得到現場使用，效果驗證。該控制系統用戶界面功能齊全，配置靈活，各個烘干段可以分開設定工作溫度，參數設定配方化，減輕操作人員繁瑣的工作，運行穩定，溫度控制精度在±1℃范圍之內，完全滿足控制需求，為客戶減小了電、汽的損耗，受到客戶的一致好評。

參考文獻：

[1]張春.西門子STEP7編程語言與使用技巧[M].北京：機械工業出版社，2009（06）.

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