基于粉碎生产线控制系统设计

江西冶金职业技术学院 杨青青

粉碎生产线系统是将四氧化三铁用粉碎机粉碎成符合工艺要求的铁黑粉，并称重包装成一定质量的过程。粉碎生产线系统主要由拼混、研磨、收集物料、称重包装和清灰除尘系统组成。针对粉碎生产线的设计特点，本文介绍一种基于PLC的粉碎生产线控制系统，该系统控制可靠，操作方便，性价比高。

1.系统设计方案控制要求

由于本粉碎生产线控制系统设计的目的是尽可能地保证控制系统在生产时的安全性、增强控制系统的性能持续稳定性、提高控制系统的生产效率性价比。故在设计整个粉碎生产线控制系统时，应该顾及以下几个要素的实现与否：

(1)必须保证控制系统的安全性能，在生产过程中，要保证工人在生产线生产的过程中必须是安全的，而且设备在工作的过程中也应该持续运作；

(2)必须保证生产过程的全自动化性，在生产过程中应该实现全自动化模式，不需要依托人工的开启；

(3)必须保证控制系统程的可监控性，在生产阶段中，整个运行过程应该能被操作人员实时监控；

(4)必须保证控制系统的最佳性价比，研发的控制系统能够达到最优的性价比，在保证质量的同时提高生产效率。

2.系统设计方案选取

由于在整个粉碎生产线系统中设备比较繁多，有混合机、碾磨机等10余台电机，而且系统总输入输出点数过多，结合对粉碎生产先系统的工艺认知、分析及对控制要求的理解，决定使用PLC和人机交互机结合的方式，搭建出一个分布式网络控制结构，实现对现场过程设备的控制（图1为粉碎生产线系统方框图）。其中，下位机选取西门子中小型PLC S7-300型负责实时采集生产过程控制中的数据并依据采集而来的数据生成反馈，从而控制生产设备的运行，并把装有 WINCC组态软件的 PC机作为控制系统的上位机进行监控，显示出生产过程画面，并能实现人机对话功能，使操作员能够管理控制生产过程，并提供数据整合、归档功能，PLC和PC之间用PROFIBUS-DP总线通讯。

图1粉碎生产线系统框图

称重包装环节是个非线性大滞后的过程，由于在称重过程中存在静态误差和动态误差，难以用数学算式进行精确描述，而传统PID控制需要有具体的数学表达，无法满足其控制需求，而模糊控制能够依靠专家运算，不需要具体模型，本文纠其二者优点，将一种模糊PID算法融入PLC应用中，通过参数自整定的方法，对变频器进行精确控制，来提高包装环节的精度，提升性价比。图2展示了称重包装系统组成框图，工控机通过变频器控制称重包装环节，然后通过称重传感器把称重量反映到HMI上。

图2 称重系统组成框图

总体来说，硬件系统各部件间采用了二级通讯模式：

（1）HMI和PLC。在这级通讯中，采用RS485协议对上位机人机交互界面HMI和下位机PLC进行串口通讯。HMI作为自外界的指令和参数，控制系统气动部分做相应动作并显示历史趋势、实时趋势、生成报表等，实现远程监控功能。可以对编写出参数设定页面，完成定时控制功能。

（2）PLC和变频器。变频元件和PLC两者之间的通讯是采用RS485协议进行连接通信，传感器检测到PLC发出的信号，变频器在PLC的控制下按照设计好的规律切换完成对电机的检测及控制。

由于系统主要采用PLC+HMI的设计方案，此方案在设计时又主要分为硬件设计和软件设计，其中：硬件设计主要是电气原理图设计包括一次回路二次回路图设计和变频器的连接图设计，软件的开发设计主要包括上位机监控画面程序设计、下位机控制程序设计及上下位机之间的通信设计，其中，上位机设计主要采用WINCC设计，设计主要由画面组态，通讯设计、趋势图设计及报表打印等组成。下位机采用西门子STEP7软件设计，下位机和上位机通过PROFIBUS通信，使得能够随时接受上位机下达的各条指令来执行操作。上下位机之间通信主要采用现场总线中的PROFIBUS-DP通信协议通过轮询的方式实现。

3.系统方案优点

采用可编程逻辑控制器和人机交互界面WINCC的使用，给生产系统运作带来方便，节省了控制系统的生产成本，各硬件之间不需要太多繁琐的接线，如果以后生产出现故障也方便排查调试，同时WINCC的使用减少了PLC的输入输出点数，可视化的界面方便控制系统操作监视，且有故障定位和显示的功能以备维护，总之可编程逻辑控制器和人机交互界面WINCC的结合是一种先进的自动化控制形式，它让粉碎生产线生产过程操作清晰明朗，使得复杂的过程控制容易让人管理、维护。