自動化生產線電子控制系統的開發及應用

徐 程 施林峰

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自動化生產線電子控制系統的開發及應用

徐 程 施林峰

南京國能環保工程有限公司，江蘇 南京 211102

以PLC型的DCS控制系統作為研究基礎，以水泥生產線為例，結合該生產線的具體控制要求和控制工藝，簡單論述了自動化生產線的電子控制系統的方案設計情況和實現程序邏輯控制系統的介紹。

自動化生產線；電子控制系統

PLC型的DCS控制系統逐漸取代了傳統型的DCS控制系統，已經在工業現場中居主導地位。文章是以水泥的生產自動化為研究對象，其中水泥自動化生產線的主控核心是S7-400系統，現場總線是PROFIBUS DP，控制系統的收集部分是ET200M型號分布式I/O模塊和S7-300型號信號模塊構成，可以直接節約電纜的安裝費用，增強了現場控制和傳輸信號的靈活準確性。自控系統中以工控機作為儲存設備，提高系統可操作性及數據采集能力[1]。

1 自動化生產線的電子控制系統的設計方案

將水泥生產中的自動化設計作為對象，工藝現場利用的是較為領先的DCS控制系統，方便對現場的數據和設備進行實時監控管理。如圖一當中，控制系統的中心部分，是由操作員站和工程師站硬件和與此相關的軟件構成。電子控制柜中包括起始量輸出、信號處理設備、繼電器輸入以及卡件等。DCS控制系統通過控制單元、隔離設備和現場總線等模塊組成。該水泥廠中存在著一個中心控制室，用于手機石灰石破碎、水泥包裝等生產過程中的數據，控制設定的參數，管理物理設備和控制系統回路。在中心控制室中，工作人員可以對車間的參數和值等進行實時操作和管理。內部除了工程師站、操作員站之外，還有警報打印機和報告打印機等多個部分。工程師站可以修改邏輯程序，主要完成維護系統和實時監控的需要。通訊網絡以光纖為介質，保證信號的傳輸的可靠性及安全性[2]。

在現場總線控制系統中，依據生產的實際需要，可以分為六個控制站，石灰石破碎站、原料磨粉站、燒成窯頭站、窯尾控制站、水泥磨粉控制站及水泥包裝站等。整個總線控制系統中，在低壓配電室中安裝多個控制模塊，有利于集散型控制系統的完整性和統一性[3]。

圖1 水泥自動化生產線的集散型控制系統配置

2 實現程序邏輯控制系統

2.1 功能設計說明

圖2 功能設計圖

根據機組步狀態字來設定機組電機的開啟次序，能夠在電機的啟動功能中設定的時間間隔符合需要。同時根據命名規定，可以借助機組號查詢到對應的步狀態字，也可以用步狀態字匹配相應的機組號。比如，在第一車間的第五機組中的機組不狀態字編號地址是MB45。前三位是第一步到第四步的步啟動步狀態，后四位就是相應的步停止使能。在電機控制的模塊上可以完成相應的相應的邏輯執行，DR管腳上鍵入運算結果，就可以停止控制電機。

通常情況下，電機啟動時間小于1秒，其啟動時間比較適合多數電機，少數電機啟動超過1秒，也可以利用延時程序啟動[4]。

關于電機聯鎖程序，該系統包括三種聯鎖信號，分別是設備聯鎖、運行聯鎖和啟動聯鎖。設備聯鎖是針對系統內部的故障問題，設備本體沒有錯誤的時候可以啟動。運行聯鎖是依照工藝流程，在關鍵設備啟動之后才允許該設備啟動，并且將關鍵設備的運行信號進行串聯，接入此功能塊。“0”表示聯鎖不滿足，啟動禁止。“1”代表聯鎖滿足，可以啟動。

關于電機控制字和下位調試中，電子控制字編號是依照同樣的規則整體編排的，每個控制位可以組成一個字節，直接接入功能塊，效率高也節省時間。如2號車間的4號電機的控制字是M204，其中2表示車間號，04表示電機編號。下位調試是對STEP7編程的調試。電機啟動中，所有聯鎖信號都滿足的前提下，只需要置位于電機對應控制字的第0位。如果所有的信號無法滿足聯條件，可以運用聯鎖滿足信號“1”將其屏蔽，復位控制位就可以使電機停止運動[5]。

2.2 實現計算機監控組件

電子控制系統中，邏輯程序控制系統是獨立于監控組件，兩者是各自獨立運行獨立單元。在運用SIMATIC運行協議和現場總線系統之后，兩個控制單元在一定程度上呈現出了整體性。通訊中介中以以太網為主負責控制站之間的通信，以及控制站和操作站之間的穩定，有利于站點與站點之間及時傳輸應用數據。現場模塊與控制站點之間，系統完成通訊需要就要利用分布式IO，借助通訊總線將信發穩定安全地發送給對應的控制單元。DCS控制系統包括了網絡通訊系統、邏輯程序控制和計算機監控組件三個部分，所以計算機監控設備是現場所必須配備的，基于此基礎上DCS系統才能及時、準確及高效的完成控制任務[6]。

3 結束語

單回路微機控制系統是DCS系統發展的基礎，全面整合了計算機、通訊、遠程監控和CRT技術，采用集中操作分散控制和分層分級管理的原則，克服了以前較為危險和復雜的人機聯系和單一的模擬功能等不足。本系統具有可靠安全性和少有的靈活性，在工業控制領域中的應用較為廣泛。在自動化生產線電子控制系統中應用基于PLC的DCS系統，有助于自動化生產電子控制系統功能的實現[7]。

[1]周瑩.電子控制系統在自動化生產線中的設計及實現[J].科技展望，2015（2）：116.

[2]常明.自動化生產線電子控制系統設計與實現[J].制造業自動化，2013（18）：49-50.

[3]陸晶晶.PLC型DCS控制系統在自動化生產線電子控制系統中的應用[J].電子測試，2015（6）：78-79.

[4]馬勇.計算機控制系統在自動化生產線上的應用[J].自動化與儀器儀表，2014（3）：72-73.

[5]周曉旭.基于PLC和組態軟件的自動生產線設備開發[J].數字技術與應用，2011（2）：91-93.

[6]陳祎.自動化生產線系統的控制運用分析[J].文摘版：工程技術，2015（26）：250.

[7]賀輔寧.自動化生產線系統的控制運用研究[J].科技與企業，2014（11）：179.

Development and Application of Automated Production Lines，Electronic Control systems

Xu Cheng Shilin Feng

Nanjing State Environmental Protection Engineering Co., Ltd., Nanjing Jiangsu 211102

This article is a PLC-based DCS control system as a research-based, cement production line, for example, combined with the specific control requirements and control of the process of the production line, simply discusses the design and achievement of program electronic control system for automated production line program logic introduce control systems.

automated production lines; electronic control system

TP273

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1009-6434(2016)07-0080-02