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基于现场总线的小麦粉生产过程控制系统

时间:2011-07-30 10:53来源:未知 作者:admin 点击:
邓遵义1,高雪琴2,李利民1 (1.河南工业大学电气工程学院,郑州 450007; 2.河南科技学院食品学院,新乡 453003) 摘 要:结合当前控制技术的发展水平和小麦粉生产工艺的特点,构建了基于现场总线的小麦粉生产过程控制系统。并对该控制系统的总体控制方案和控

邓遵义1,高雪琴2,李利民1
(1.河南工业大学电气工程学院,郑州 450007;
2.河南科技学院食品学院,新乡 453003)

摘 要:结合当前控制技术的发展水平和小麦粉生产工艺的特点,构建了基于现场总线的小麦粉生产过程控制系统。并对该控制系统的总体控制方案和控制功能的实现过程进行了阐述。该系统采用现场总线I/O作为PLC的I/O扩展,利用现场总线网络组成分布式控制系统,使电缆和信号线数量大为减少,具有较高的性价比。
关键词:小麦粉;生产控制;分布式控制;现场总线;总线I/O

小麦粉生产过程的控制随着计算机、通信、自动控制等相关技术的发展,也在不断进步,目前主要采用PLC集中控制和分布式控制两种控制方式。采用PLC集中控制方式,动力线和信号线都要集中到总控室,存在布线复杂,线缆成本较高,维护不方便的问题;分布式控制系统是将控制柜安排在设备现场,各控制柜的控制模块与总控室的主机构成网络,与PLC集中控制方式相比具有结构灵活、布线简单、线缆投资少、维护方便的优点。
现场总线技术在我国部分行业已得到较广泛的应用,但以前由于相关产品需进口,成本太高,在小麦粉加工行业的应用受到限制。近年来,随着现场总线技术的发展及相关产品的国产化,现场总线产品的价格逐步回落。笔者采用现场总线I/O作为PLC的I/O扩展,既可以组成分布式控制系统,又提升了PLC使用的性价比,降低了技术投资成本。

1 小麦粉生产工艺特点
小麦粉生产工艺包括小麦清理、小麦制粉和小麦粉后处理系统。小麦清理主要是用提升机把小麦运到高处,靠小麦的自由下落顺序经过各清理设备进行处理;小麦制粉主要靠由高压风机提供动力的气力输送系统使物料在各设备间流动;小麦粉后处理是以取自粉路不同区段的面粉作为基粉,按一定比例进行配混,或按不同的配方添加其它营养粉及微量元素混合成多种用途的成品小麦粉。小麦粉生产工艺流程中的设备数量多,分散在各楼层,大中型小麦粉加工车间一般为5层或6层建筑,需重点监测的闸阀门和料位信号又主要分布于距离总控室较远的润麦仓顶部和底端等地方。

2 总体控制方案[1~2]
根据小麦粉生产工艺流程的特点和当前控制技术的发展水平,系统采用分布式控制,主要包括上位计算机、PROF IBUS-DP主站和PROFI BUS-DP从站,采用PROFI BUS总线作为通讯控制网络,见图1。
上位计算机采用工控机或高性能PC机,主要进行工艺流程的监控和生产数据的采集处理。PROFI BUS主站采用西门子公司的SIMATICA  S7-300型315-2DP PLC,承担工艺流程中各设备的控制任务和输入信号采集,其CPU上有集成的PROF IBUS-DP接口,通过一根网络电缆与各从站相连。PROF IBUS-DP从站选用北京某公司的DS300B系列模块化PROF IBUS总线I/O,与进口产品相比,具有成本低、使用方便的优点。I/O模块可直接与现场的数字量I/O和模拟量I/O设备相连接,通过通信控制器CC-PB-1.0传送到PROF IBUS总线及主站PLC。系统设立7个从站分别对各楼层电机、麦仓上下料位、闸阀门等进行控制,见图1。
3 组态软件设计[3]
上位机软件采用西门子WinCC组态软件编制,主要完成小麦粉生产工艺流程图显示、设备故障报警、数据采集与显示和手动或定时打印等功能。工艺流程图包括小麦清理、小麦制粉和小麦粉后处理流程图等,主要采用三维图形描述设备,动态显示流程,能完成手动、自动操作等功能,见图2。设备故障报警功能模块在设备发生故障时发出声、光(闪烁)警报,使维修人员及时采取措施,并把报警设备编号、楼层、电气柜号等信息保存,以备查询。数据采集与显示功能模块根据从净麦秤、中间麸皮秤、各打包机和电量表上采集的数据,计算出班出粉率、瞬时出粉率和吨粉电耗等参数。

4 PLC控制程序设计[4]
系统采用SEMENS公司的STEP7编程软件对PLC进行梯形图语言编程,采用模块化编程思想。软件由1个主程序、6个功能模块和数据块组成。主程序是PLC操作系统与用户程序间的接口,PLC周期调用主程序,主要完成设备自检、外部设备确认、连锁信号和通讯等功能。
功能模块主要包括分段程序启动模块、分段程序停止模块、电机运行异常判断及处理模块、风网设备启停处理模块、数据采集信号预处理模块和外围电源及开关故障处理模块。PLC控制程序可分为毛麦清理、光麦清理、入仓选择、研磨、风运和筛理程序段,每个程序段都根据工艺要求包含若干个功能模块。
毛麦清理的工艺流程见图3。毛麦经高效振动筛除去大杂,滚筒精选机除去荞子和燕麦,去石机除去并肩石;再经打麦、筛理,完成毛麦清理,着水后进入润麦仓润麦。
在毛麦的清理流程中,各楼层清理设备是流水作业,任何一台设备出现故障都会给生产造成严重影响。对于单台设备,要求物料流尽时,设备才可停止运转,以防止设备下次带料启动,影响拖动电机的使用效果和寿命。设备的启、停按工艺要求顺序进行,设备之间实现连锁,防止启动中某些设备未启动而造成物料断流或堵塞,影响正常生产。
因此,毛麦清理工艺对控制功能的要求是:①设备启动顺序应与物料正常流动方向相反,即逆物料流动方向。②设备停止顺序应与物料正常流动方向相同,即顺物料流动方向。③启动过程中设备应实现连锁,即某台设备的下游设备未启动,那么该台设备就不能启动。④无论在启动过程中还是全部设备启动完毕后,如出现故障,则该故障点前设备要立即停止运转,故障点后的设备延时顺序停机,以保证再启动时空载。毛麦清理程序流程见图4。
风运、筛理和研磨程序段共同完成制粉段工艺流程控制,因篇幅所限,制粉工艺过程和具体控制功能实现过程不再详细阐述。需要说明的是,这3个程序段除了本段程序内部设备之间的顺序启动、停止和连锁关系外,3个程序段之间的关键设备还要相互连锁。如高压风机是物料沿工艺路线流动的动力源,如果风机出现故障,则制粉工艺流程中的大部分设备都要顺序停车;磨粉机与高方平筛之间的相关设备出现故障时,高方平筛停止,磨粉机磨辊离轧;高方平筛出现故障时,磨粉机磨辊也要离轧。

5 结语
该控制系统已在国内几家面粉厂应用,运行情况良好。由于采用现场总线I/O作为PLC的I/O扩展,降低了PLC硬件成本,同时利用现场总线网络组成分布式控制系统,使通往总控室的电缆和信号线大为减少,减轻了桥架安装和放线的工作量,方便了系统扩展和故障排查,节约了线缆费用,使控制系统的性价比得到提升。现场总线是目前先进的工业网络技术,随着现场总线技术在小麦粉加工自动化中的应用日益广泛,必将推动小麦粉生产自动化水平的提高和发展。

参考文献
[1] 李利民,赵武全.WAGO现场总线产品在小麦粉生产控制系统中的应用[J].PLC&FA,2004(3):99~101.
[2] 邹益任,马增良.现场总线控制系统的设计和开发[M].北京:国防工业出版社,2003.
[3] 于 军,陈亮明.米厂自动化控制系统[J].粮油加工,2008(10):98~100.
[4] 郭芳瑞.基于485总线的面粉厂集散控制系统[J].现代电子技术,2003(13):78~80.

(责任编辑:lsgy100)
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