長纖磨漿機電氣控制系統與信息化設計

葉小川

摘要：根據長纖磨漿機的工作性能和要求，研究其工作特點，進行了對長纖磨漿機的電氣系統與信息化設計。經兩年的運行情況表明，該系統設計合理、性能穩定可靠，有實際應用價值。

關鍵詞：長纖磨漿機；自動控制；ID控制s7-300PLC；WINCC；信息采集與監控

中圖分類號：TS251 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0001-02

1 引言

維達（四川德陽）紙業有限公司，該公司主要生產生活用紙，供給整個華西市場，近年原紙產量不斷的增長，為了每年的原紙產量增長率都達到10%以上。為了應對快速增長的產量，該公司不斷擴大產能，已從2005年的一期廠房擴建到了2015年的三期廠房，并不斷加大生產設備的投入。本項目中涉及到的長纖磨漿機就是原紙自動生產線上的設備，主要功能是通過物理碾磨將原木漿的長纖維破碎成短纖維，再將磨好的紙漿輸送給后續的造紙機使用。以前，該公司有一臺長纖磨漿機處于閑置狀態，但缺少控制系統，無法投入生產。為了充分利用閑置設備。我們對該磨漿機進行了研究，分析生產工藝和工作過程，設計了電氣控制系統。

2 控制系統設計

2.1 控制系統總體結構（圖1）

控制裝置采用了PLC控制變頻器，由變頻器驅動交流電進行進給。通過功率檢測與轉換裝置對主電機的功率及故障進行檢測，組成可靠的功率閉環控制系統，被控對象為主電機，以控制主電機的功率恒定為主要目標。設計了與之相適應的反饋控制回路，同時設計了人機對話工作的觸摸屏界面以及遠程電腦監控界面。將當前過程參數及PLC運行數據通過觸摸屏和電腦實現可視化操作遠程記錄。在觸摸屏及電腦組態變量與PLC實現通信。實現了電觸摸屏設定控制值和進行操作，顯示PLC的工作狀態，PLC收集到的各種信號參數，經程序的計算處理輸出控制功率，并將其送到顯示裝置監視和這樣完成了該系統對電氣柜控制及變頻器調節，最終達到控制麿漿機工作的目標，該系統可以獨立運行，也和生產中的其它設備連機，實現遠程操控和記錄歷史數據。

2.2 控制系統組成與工作原理

控制系統的組成及工作原理如圖2所示，依據生產工藝要求，我們選擇了西門子S7-300PLC ，CPU325-2PN，電源模塊PS307-5A，數字量輸出SM322模塊16點輸出、數字輸入SM321模塊16點輸入，模擬量輸入SM331模塊8個模擬量輸入信號，模擬量輸出SM332模擬量8個模擬量輸出信號。S7-300PLC采用模塊化結構，系統配置靈活，功能強大穩定可靠，CPU處理速度快，具有擬態網通信接口，便于和電腦及觸摸屏通信。觸摸屏采用TP277-10西門子小型人機界面，采用Winccflexinle編輯變量組態動畫，下載到人機界面。人機界面與PLC通信，實現相關控制。通過擬態網接口將PLC與電腦連接，在電腦中應用Wincc編輯變量組態畫面對PLC控制的設備歷史數據進行記錄以，以便對產品質量進行分析和生產管理。

2.3 控制系統實現的主要工作過程

首先，在啟動主機之前啟動，關閉輸出閥，開啟回流閥，啟動沖洗閥，清洗結束，關閉沖洗閥，開啟抽漿泵。啟動主電機，待進漿濃度、壓力、溫度滿足條件，可自動進刀，也可手動進刀調節功率。設定好工藝參數，進刀先快進，進刀速度隨功率偏差的減少自動減速，全采用自動調節，其參數由調試時進行整定，防止出現功率超調，進刀量過大出現損壞磨盤的現象，由于進刀與功率的變化存在時間的滯后，進刀過程采用了寸動的延時技術，在低速進刀進進0.5秒延時2秒行等待功率穩定再進刀的寸動方式。其功率控制效果良好，控制精度高、穩定性好。避免了刀盤之間的直接摩擦。功率穩定運行一段時間后進行麿漿機沖洗，可以設定為定時沖洗和手動沖洗，由操作人員選擇。在運行過程中如出現壓力和濃度不夠時，要退刀，同時開戶回流閥，關閉出漿閥，防止將不合格紙漿送入下一工序 ，影響產品質量。為防止壓力和濃度波動產生誤動作，在濃度波動時防止進退刀，采用濾波延時技術，實現瞬時波動不進（退）刀，提高其穩定性，出現濃度壓力問題，將刀退到等待位置。當壓力和濃度恢復正常，繼續進刀調整功率。

每次停，先開啟回流閥，關閉出漿閥，退刀時停止送漿，沖洗完畢停止主電機。啟動過程中壓力和濃度不足時不能進刀，實現實功率控制，等壓力和濃度在指定范圍內時才能調節功率和進刀。

3 PLC控制程序設計

應用編程軟件STP7 V5.5，該編程軟件有ST-300PLC的硬件組態，程序塊采用結構化編程以及程序管理，編程語言有語句表、梯形圖、功能塊圖等。在硬件組態中配置好相關硬件如（圖3），注意配置硬件要與PLC模塊的訂貨號完全一致。編程采用梯形圖編程。PLC與電腦通過擬態網接口連接，使用S7-300編程電纜將程序下載到PLC中。

硬件組態：對自動化工程中使用的硬件進行配置和參數設置。它包括以下的內容：（1）系統組態：選擇硬件機架，并將所選模塊分配給指定的插槽。（2）CPU的參數設置：設置CPU模塊的多種屬性，如啟動特性，掃描監視時間等。（3）模塊的參數設置：可以在屏幕上定義所有硬件模塊的可調整參數，包括功能模塊（FM）與通信處理器，不必通過DIP開關來設置。

在控制系統中的功率控制，采用數字PID控制器，用增量式PID算法，將PID調節器設計成P調節 器，在OB35中調用 SFB41，主要功能如（圖4），通過SFB41的背影數據塊中設置PID功能，調用SF41將過程量功率值與設定功率值進行比較，計算出誤差，誤差為負進刀，誤差為正退刀，開始進刀快進，用偏差決定工進速度（具體調試時整定參數），偏差小于20%時進入寸動延時方式進刀，用比較和定時器配合產生脈沖信號實現。

4 組態與監控

TP277-10觸摸屏，應用在電腦安裝Winccflexinle軟件，在電腦中創建項目，設置通信接口，定義變量，組態畫面與PLC建立連接，實現現場監控。

wincc flexible是一款人機界面編輯工具，SIEMENS開發的觸摸屏組態工具，在工業自動化方面，人機操作界面的運用范圍是非常廣泛的，wincc flexible建設多種設備的組態環境，不通過專業的編輯代碼重新開發新的控制系統，直接觸摸屏程序集成到新的編輯工具wincc flexible中就能得到一款全新的組態程序，在進行觸摸屏編輯的時候可以優化自己系統控制器的開發流程。

SIMATIC WinCC（Windows Control Center，視窗控制中心），是西門子在自動化領域中的先進技術和Microsoft的強大功能相結合的產物。它有各種有效功能用于自動化過程，用于個人計算機上的，按價格和性能分級的人機界面和SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統。可以容易的結合標準和用戶程序生成人機界面，準確的滿足實際要求。在用戶界面下進行組態、編程和數據管理，可形成所需的操作畫面、監視畫面、控制畫面、報警畫面、實時趨勢曲線和打印報表等。Wincc過程歷史狀態數據采集，用電腦通過擬態網與PLC建立連接，電腦中安裝WinccV6.0組態軟件，在電腦中創建項目，新建驅動連接、配置變量、編輯畫面、創建歸檔數據，設置報表輸出。

5 結語

本系統經過兩年的運行，一直穩定可靠，在企業中產生了較大的經濟效益，提高了生產效率和產品質量，實現現場數據的采集和信息化管理。

參考文獻

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