劉建峰

摘要：本文通過對卷煙廠卷接機組風力送絲系統(tǒng)的解決及控制需求的分析，提出了以西門子S7400PLC為基礎(chǔ)組成的自控系統(tǒng)完整解決方案。詳細描述了控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、控制原理、總線通訊的實現(xiàn)。這套系統(tǒng)已在營口卷煙廠投入運行，系統(tǒng)各項指標均達到了設(shè)計要求，取得了顯著效果。

關(guān)鍵詞：風力送絲 可編程序控制器 現(xiàn)場總線 PID調(diào)節(jié)

1 概述

通過風力在送絲管道中產(chǎn)生負壓來實現(xiàn)煙絲從儲絲房到卷接機組傳輸?shù)倪^程，就是我們所謂的風力送絲。要想達到風力送絲的要求，這就需要我們在送絲管道中產(chǎn)生一定的負壓力和風流量，還可以憑借連接在送絲回塵管道上的高壓風機來做到風力送絲。我們在傳輸煙絲的時候所要滿足的傳輸條件即是由平穩(wěn)的風壓和風量值進行傳輸?shù)模源藖肀ＷC提供卷機組的煙絲產(chǎn)品的質(zhì)量。因為，風力管道中輸送煙絲是間歇性的，也就是說風力送絲管道的風壓和風量是時刻變化的，因此可能會導致風機的喘振，當多臺卷接機組處于生產(chǎn)運行時，其工作狀態(tài)就會各有千秋，達到讓供絲的時間能夠隨時的目的。所以，在生產(chǎn)制造過程中我們難免要對風壓和風量進行改變。一旦控制不合格的時候，就很有可能出現(xiàn)風機喘振的現(xiàn)象出現(xiàn)，這樣的情況就是導致煙絲傳輸不及時和管道受阻等結(jié)果，嚴重的甚至會造成風機和電機的損壞。那么我們在進行設(shè)計的時候，就需要憑借精準的論證來驗證，是否通過PLC-變頻器控制系統(tǒng)來解決這方面的問題。

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)基本原理

上位機設(shè)定值是PLC系統(tǒng)的主要依據(jù)，風力送絲管道的風壓和風量的控制是調(diào)節(jié)變頻器的頻率來保持的，關(guān)鍵運用的就是安全總管補風閥來對回塵總管中的風壓和風量進行的控制，主要保持其穩(wěn)定；而安裝在機組上的控制器就會對機組的送絲進行控制，這樣只能保證回塵支管能夠通過電來調(diào)節(jié)風門和支管旁路風門的穩(wěn)定，并保證回塵支管的風壓和風量的穩(wěn)定。所有卷接機組上的控制器（子站）連接到西門子ProfiBus通訊總線上與主站通訊。

S7-400存在于除塵室的控制系統(tǒng)主要站，不僅能夠達到除塵室內(nèi)設(shè)備的有效控制及對參數(shù)每一刻的監(jiān)視和預測，還能夠通過PROFIBUS準則來達到現(xiàn)場總線與風力送絲系統(tǒng)的穩(wěn)定，并能實現(xiàn)分布于變頻器和卷煙車間的大部分S7-200PLC的通訊。如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)組成

2.2.1 除塵室部分。作為控制系統(tǒng)子站與S7-400主站通訊，變頻器控制的主要是送絲風力的風機，而且變頻器通過加裝ProfiBus來選件卡。落料電機和攪拌電機控制等，以及除塵器脈沖噴吹儀電源控制等等的輸出，都是作為風送系統(tǒng)除塵設(shè)備的控制點，都是保證能夠很好的除塵的；而狀態(tài)點，例如空氣開關(guān)狀態(tài)和接觸器狀態(tài)以及隔離開關(guān)狀態(tài)等都與遠程分布式I/O箱所連接的，器重回塵總管壓力等都是以太網(wǎng)與S7-400主站通訊通過的關(guān)鍵方式。

系統(tǒng)主要是通過PLC S7-400進行重要控制的，其中后期的HMI人機接口設(shè)備MP377的觸摸屏，主要是為了使系統(tǒng)的控制機能夠便捷、明了，而且各自狀態(tài)的系統(tǒng)信息都能夠熟練掌握。

2.2.2 卷接機組部分。卷接機組一共有15臺，每臺機組的配置為S7-200PLC，所有的控制都在吸絲管道上，并對吸絲管道的風力速度以及采集吸絲管道的風速信號等進行控制，并能夠及時準確地檢查卷煙機的狀況和閥門位置的信號等。我們可以通過現(xiàn)場的總線PROFIBUS以及15臺S7-200PLC遠程分布式I/O與主站S7-400通訊。

2.3 在進行系統(tǒng)設(shè)計的時候主要采用的是開放式的理念，并根據(jù)適用場合的不同要求設(shè)計不同的系統(tǒng)，這樣不僅會在現(xiàn)場增加主站或子站的規(guī)模，還能夠通過配置來做到以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)與廠級網(wǎng)連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共同分享。

3 風力平衡控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件組態(tài)的實現(xiàn)

模塊化的設(shè)計理念是西門子PLC控制器之間的產(chǎn)品所主要采用的，以使系統(tǒng)硬件組態(tài)更加簡單。它的設(shè)計主要是挑選相對應(yīng)的電源、CPU以及傳出或者傳入接口的模塊、通訊控制模塊等進行的，而且還要通過S7-400 PLC運用STEP7V5.4集成開發(fā)環(huán)境中的硬件設(shè)備程序再對應(yīng)模塊及通訊總線進行配置（圖2，參見參考文獻[2]，[3]），編譯下載到CPU模塊后即可實現(xiàn)。

3.2 系統(tǒng)控制軟件

3.2.1 風壓自動調(diào)節(jié)的實現(xiàn)（參見參考文獻[1]，[3]）?；貕m總管的風壓操作主要是由S7-400控制器通過回回塵總管的風壓信號來確定的，經(jīng)過線性變換后，與之前設(shè)置值相比較，風壓通過模擬信號來計算，計算出的偏差結(jié)果，通過PID運算后，用S7-400將PID的輸出結(jié)果控制在總線的變頻器上，通過這樣的控制變頻器的輸出頻率，以此來達到控制風機的轉(zhuǎn)動速度和控制總管風壓的目的。

而控制算法往往所使用的是帶死區(qū)的位置算法。主要是用帶死區(qū)算法將會有利于避免變頻器因為頻繁輸出值的經(jīng)常變化來引起風壓的隨機波動，形成一定的動蕩，從而使系統(tǒng)不能夠穩(wěn)定。

3.2.2 風量自動調(diào)節(jié)的實現(xiàn)（參見參考文獻[1]，[3]）。我們在對回塵總管風量控制的時候，需要注意的就是：由于S7-400控制器是我們搜集回塵總管的一個風量信號，因此在經(jīng)過PID計算后，S7-400就會將PID輸出控制值由總線進行發(fā)送，并且將會發(fā)送到除塵房遠程分布式I/O中，除塵房的遠程分布式I/O的控制總管能夠補足風閥。由此可見，我們?yōu)榱诉_到控制總管風量的目的，就盡可能的避開出現(xiàn)風機的喘振的情況，從而達到穩(wěn)定風壓的目的。

3.2.3 卷煙機回塵支管風量自動調(diào)節(jié)的實現(xiàn)。為了實現(xiàn)卷煙機回塵支管風量自動調(diào)節(jié)，就需要我們進行回塵總管風量控制的時候，對S7-400的控制器進行合理的運用，在運用的同時對卷煙機遠程的分布式I/O進行控制，然后采集位于卷煙機回塵支管上的風量的信號；然后在進行PID工作的時間內(nèi)，S7-400就會將PID傳出，依次進行總線值的控制，并通過總線發(fā)送給卷煙機的遠程分布式I/O上，當I/O控制處于卷煙機回塵支管上風門調(diào)節(jié)閥的時候，就能夠調(diào)節(jié)回塵支管風量值，以便維持卷煙機吸絲風量穩(wěn)定的目的。

4 總結(jié)

總而言之，本系統(tǒng)已經(jīng)正式投入運行，運行的結(jié)果表明：系統(tǒng)性能相對便捷、性價比高而且相對穩(wěn)定，運行維護費用相對來說會比較低，并且做到了生產(chǎn)和管理對系統(tǒng)的一系列要求，得到很多廠家的好評。

而應(yīng)用的新技術(shù)、高科技含量的產(chǎn)品等都對現(xiàn)有設(shè)備進行了技術(shù)改造，這也是能夠提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量以及能夠建立健全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，也是增強企業(yè)經(jīng)濟利益和提高市場競爭力等最有利的途徑之一。

參考文獻：

[1]王再英.過程控制系統(tǒng)與儀表[M].機械工業(yè)出版社，2006年2月.

[2]西門子自動化與驅(qū)動技術(shù)CA01產(chǎn)品目錄光盤.

[3]STEP7 V5.4 ONLINE DOCUMENT.

[4]WinCC Flexible 2008 ONLINE DOCUMENT.

[5]茍曉衛(wèi).PLC與觸摸屏快速入門與實踐[M].人民郵電出版社，2010年8月.

[6]魏東.計算機控制技術(shù)[M].中國建筑工業(yè)出版社，2012年1月.