基于PLC的烟草运输系统的设计与实现

2010-06-22杨海强

装备制造技术 2010年8期

杨海强

（天津工业大学机电学院，天津300160）

在烟草工业中，一般烟叶都比较松散与轻便，但是运输时会大量占据空间，使得运输成本上升。于是，解决此类问题的主要措施，是设法科学合理地减少烟草的松散体积、增大容积密度，以便加速烟草的商品化进程。

常规的方法，是进行预压缩。一般情况下烟叶压缩前和压缩后的体积比为1:8，而这个压缩比，使得提升缸的高度普遍很高，这就使得预压机本身很高，一般的厂房高度无法满足要求，需要对厂房进行改造，增加了成本投入。

通过本文的设计改进，可以有效地降低整机高度，使系统在一般的厂房里就可以组织生产，提高了系统的适应性，降低了企业成本，提高竞争力。还有一些企业采用双料筒单压头模式，通过料筒的横向移动实现装料与保压同时进行。鉴于料筒在横向位移时，必然会产生晃动，造成定位精度不高，就必然会降低系统稳定性。而且料筒横向位移时系统不能工作，减少了主压头保压时间，降低了系统的工作效率。双主压头系统虽然增加了一个压头，增加了一些成本，但系统的使用寿命大大提高，并且大大降低了系统的维护费用，还能保持生产的连续性，提高效率，提高产能。PLC是一种专为工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，其主要功能有逻辑控制、定时控制、计数控制、数据处理、通信联网等，具有多种优点。因此在输送机控制系统中的应用广泛。本文为此具体探讨了基于PLC的烟草运输系统的建立。

1 运输系统的设计思想

本控制系统的设计思想，是跟踪国际自动控制领域的新技术，使其具有先进性、高可靠性、实用性和可维护性。实现打叶复烤线的生产过程智能化，和管控一体化。该线采用现场总线和分布式I/O控制技术，充分发挥网络信息技术优势，通过3层网络（管理网，控制网，设备网）实现对生产线的自动化控制和管理。

2 系统的硬件组成

本系统全线采用德国西门子公司的最新控制技术，PLC为西门子PLC57-200产品；设备总线采用PROF工BUS现场开放网络，监控系统采用德国公司新近推出的高新科技产品；变频器等主要元器件也都采用该公司产品，从而使全线达到了和谐统一，其他低压电气元件均采用SMC和西门子公司产品，提高了该项目的科学技术含量，增加了系统的稳定性，从而便于操作与维修。

全线由一组PLC作为主站控制层，设备层由远程I/O模块、远程编程模块、模拟量远程输入、输出模块等组成。考虑到现场布线的方便，减少电缆铺设的工作量，将本地控制部分均由远程I/O模块实现。为了达到模拟量控制精度的要求，避免电缆过长带来的信号衰减问题，也将模拟量输入、输出模块挂接在设备网上，这样既节约了电缆，又很好地克服了信号衰减及不稳定因素。另外，为了便于操作，将触摸屏置于现场，也将其作为子站挂在设备网上。这样，整个系统的控制思路非常清晰明了，上层由PLC作为控制层；远程I/O模块、触摸屏等均作为子站设备层，通过PROFIBUS与PLC和计算机进行通讯。系统的启动、停止及数据调整，均可以通过对现场触摸屏的操作实现。这种设计思路为操作工的工作带来了方便，由于各部分均只由一根网线（屏蔽双绞线）连接，因此为系统安装和维修也带来了很大的方便，同时也降低了成本。

3 系统的软件功能

PLC57-200可编程序控制器，是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。由于简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使得应用十分灵活，方便用户和简易的无风扇设计；由于大范围的集成功能使得它功能非常强劲。PLC57-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。根据此次设计中所需的输入/输出、I/O点以及所需的PLC编程和触摸屏控制。

3.1 PLC功能

笔者选择了西门子57-2OOCN系列中CPU226CN型。该型号机集成24输入/16输出共40个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点，26 k字节程序和数据存储空间。6个独立的30 kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制功能，2个RS485通讯/编程口，具有即工通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸，用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能，可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。由于本系统有多个机构的顺序控制，所以可能一个模块所具有的I/O点不够完成整个系统的动作控制，那么则需要运用扩展模块，扩大数字量I/O点。使用SIMATIC触摸屏面板，只需触摸显示屏上的“按钮”，传统按钮已不再需要，可以自定义显示屏上的图形式按钮，更直观地表达拉近了用户距离。SIMATIC触摸面板使用非常方便，防护等级IP65的前面板可耐热，耐寒，防油污，防潮，同样提供了非常强大的图形功能。

3.2 I/0选择

为了对PLC选型，首先确定PLC的输入输出点数。PLC需要的I/O点数，随工作方式的不同而不同。按预压机各个组成部分来分类统计，PLC的输入点有：

手动指令按钮——手动模块中共有n个机构进行动作，共有23个输入/输出点。

单动指令按钮——单动模块中又分为4个大单动块，主压单动块中有6个输出点，预压中有4个输出点，布料称重单动块中有8个输出点，箱口活动皮带单动块有5个输出点。

自动指令按纽——自动模块中预压机按顺序动作，共有10工作机构，而输入点共有23个，输出点共有26个。

3.3 PLC编程

由前一步工作，我们画出了预压机的整个顺序功能图，然后根据顺序功能图写出其PL程序（略）。基于PLC的烟草运输系统结构如图1所示。

图1 基于PLC的烟草运输系统结构图

4 基于PLC的烟草运输系统的实现

4.1 实现过程

为了实现烟叶复烤生产线的全线自动化，就必须实现多机通信，而多机通信的网络形式有星型、树型、总线型、分散型等。由于总线型结构具有可靠性高、接口简单、价格低、控制容易、组成灵活、应用方便等诸多优点，所以对于这套系统的控制系统，我们整线采用了分布式测控系统，从而实现本系统主机和从机之间的总线型中断控制串行传输方式。通信线路的连线，采用RS-232标准接口。主机的4个控制端，分别与各个从机的外部中断INTI相连。这样，各从机不必随时处于监听状态，只需打开外部中断INTI后进行自己的正常工作。当主机发送某一中断控制信号时，相应从机中断正在进行的工作，转去执行中断服务程序。进入中断后，从机关掉外部中断，保持现场，对主机发来的信号监听识别，并进入正常通信状态。通信完毕后，恢复现场，中断开放，继续正常的工作。

采用分布式控制系统主要有如下优势：可以方便地共享设备，如强大的主机，昂贵的I/O设备等。数据资源共享，从一个终端可以访问整个系统的资源，用户之间可以交换文件和数据。

4.2 现场总线的连接

现场总线的连接，逐步更好地进入控制领域，已被业界逐步认识与掌握。笔者这次设计的烟叶复烤打叶生产线中的预压当然也不例外。本系统的西门子57-200要与现场总线能够进行通讯，必须通过EM277PROF-DP扩展从站模块，将57-200CPU连接到PROFIBUS-DP网络。EM277PROF经过串行I/O总线连接到57-200CPU。PROFIBUS网络经过其DP通信端口，连接到PROFIBUS-DP模块，然后向主站发送和接收不同数量的数据。这种特性，使用户能修改所传输的数据量，以满足实际应用的需要。下面是EM277的地址开关和指示灯、地址开关和状态指示灯位于模块的前面。

4.3 系统应用前景

烟草行业是一个自动化程度非常高的行业，如主机DCS系统、打叶复烤系统以及主要辅机程控系统，这些系统都存在可靠性要求高、监控设备和对象多而复杂、实时性要求高等特点。特别是主机DCS系统，涉及数百台压力和差压变送器，数百台电动或启动执行机构，数百个温度测点，系统要进行复杂的闭环控制、串级控制、要进行设备连锁控制等。所有这些，都需要有高可靠性的控制系统，来保证整个生产过程的安全、稳定、可靠运行。随着现场总线技术的出现和日臻成熟，以及烟厂信息化要求的提高，基于现场总线的控制系统将为烟草行业自动化系统提供更好的选择。