基于WinAC的橡胶连续硫化机组的控制系统设计

　　1设计背景

　　橡套电线电缆是我国煤炭矿产铁路海底通信等传输的主干线其生产工艺极其复杂最为关键的一个工艺便是将混炼好的生橡胶挤制在电线电缆上作为电线电缆的绝缘或外护套俗称挤橡工艺这一工艺需要在一定的温度和压力下经过一定的时间硫化因此在这一工艺中温度压力时间这三个工艺参数需要根据工艺特性实时控制以往电线电缆生产厂家挡车师傅们主要根据以往经验加以控制硫化效果往往欠佳导致电线电缆存在欠硫或过硫等质量问题极大影响了其使用寿命为了提高其工艺执行率我们采用

　　SIEMENS公司的S7-300型PLC分布式测控模块ET200M以及基于PC的测控系统WinAC为山东韩誉电线电缆股份公司中韩合资根据该电线电缆生产工艺的特点对整个硫化过程实施实时监控对各段的温度盐浴压力进行PID调节使生产的电线电缆的合格率大幅上升并实现了少人值守工人劳动强度大幅度下降深受工厂喜爱该套系统后又在山西某电缆厂投入运行效果较好本文主要从系统结构温控策略系统可靠性设计等方面对橡套电缆挤橡工艺温控系统阐述。

　　2系统体系结构

　　

　　系统采用德国西门子S7-300PLC可编程控制器分布式I/OET200M和工控机装载WinAC和PROFIBUSDP适配卡CP5611构成DCS系统系统结构框图见1所示PROFIBUSDP作为设备控制层网络平台WinCCMPI网作为监控层的人机接口及系统维护网络编程人机接口备用站平台以太网作为数据管理生产及设备管理层的网络平台其中四台S7-300PLC可编程控制器作为下位来实现所有信号的采集运算调节分别为温度控制牵引控制压力控制以及辅助控制现地单S7300的特点是模块化无排风结构易于实现分布运行可靠性价比高工控机主要安装WinAC适配器以及机组状态监视工艺数据存取机组系统控制与车间级的工艺控制服务器和生产计划服务器相连以便与厂级的MIS系统无缝连接其中CP5611卡为S7300型PLC与工控机的通讯接口卡同时为便于与车间级以及厂级的MIS系统相连在WinAC控制器工业控制计算机内安装了DLINK的网卡通过Ethernet与车间级的工艺控制服务器生产计划服务器以及车间服务器相连在生产线上需要控制的参数与量为牵引电机包括牵引前电机牵引后电机张力控制电机以及六台熔岩电机泵其中牵引前电机牵引后电机张力控制电机由牵引控制PLC的D/A模块为

　　MicroMaster420变频器提供模拟输入信号然后由变频器控制三相异步电机的运行同时由继电器输入/输出模块控制各台电机的起与停

　　温度控制电缆连续盐浴硫化机组共要监测32点温度信号同时还要控制10台工业电炉为无机物加温并使之熔化硫化管上安装由热电偶以及温度变送器将18002200的温度信号转换为标准的010V信号备PLC的AI模块采集同时利用继电器输出启动无触点功率模块开关使电炉通电升温同时实时监测熔盐温度构成一温度闭环控制系统其中电炉的电流采用PID控制方法压力控制橡胶经过橡胶挤出机组机制在电缆上后经过牵引前电机后电机以及张力控制电机的配合进入熔岩硫化管内硫化管内的熔岩的多寡决定了其压力的大小管壁上安装了20各压力传感器和变送器其输出信号供压力控制PLC的AI模块采集在连续硫化机组中还有许多的数字计量表和电气开关状态需要实时采集和控制因此这些量的采集与控制由辅助控制PLC完成电控柜中需要实时监测单元信号柜内温度信号防止个别继电器短路而引起着火湿度信号烟雾度等信号因此采用SIEMENS的新型分布式I/O产品ET00M作为机柜现地监控单元

　　四个现地控制单元的基本配置与模块为

　　?电源模块PS307lK120230VAC24VDC10A

　　?CPU3182512K字节I0可扩展至l024点可设定第2个ProfibusDP接口它完成运行状态参数的实时监测监测实时进行逻辑判断CPU318有4种操作选择RUNPRUNSTOP和MRES运行方式

　　?模拟量输入模块SM331(8路输入)它把温度压力变送器输出的模拟量转换为数字信号并将数字信号送到PLC的控制单元供PLC做出状态参数的逻辑判断数字量输入模块SM32116路输入2个32路输入1个完成电机运行状态监测和PLC电机分批自启动系统运行调试状态监侧电机运行状态信号通过电机操作回路中的接触器辅助接点接至该模块数字量输出模块SM322(输出8路)接受PLC控制单元的指令完成电机驱动信号输出通过出口中间继电器驱动电机操作回路完成电机分批自启动模拟量输出模块SM332AO2x12位主要给变频器提供010V控制信号实时控制三相异步电机的运行分布式IO使用ET200M包括以下部件电源PS307Profibus模ET200M数字量输入数字量输出模拟量输入PLC采用了四个框架在RTU信号柜内有三个其中一个为备用扩展框架另一个在操作台内通过IM361扩展连接这样简化了接线大大地提高可靠性

　　3系统实施策略

　　3.1温度控制策略

　　电缆橡胶硫化的温度压力由有机物熔化并作载体实现而熔盐的熔化由工业电炉控制实时控制工业电路的电流也就实现了温度的实时控制温控采用PID调节时在进行PID调节时比例调节

　　反映系统偏差的大小只要有偏差存在比例调节就会产生控制作用以减少偏差微分调节根据偏差的变化趋势来产生控制作用它可以改善系统的动态响应速度积分调节根据偏差积分的变化来产生控制作用对系统的控制有滞后的作用可以消除静态误差增大积分时间常数可提高静态精度但积

　　分作用太强特别是

　　

　　在系统偏差较大时会使系统超调量较大甚至引起振荡因此本系统

　　中我们采用如下温控策略组成智能控制系统

　　?实际温度低于1时为加快响应速度全功率加热

　　?实际温度位于[12]范围内时为避免积分饱和分离积分项采用控制

　　?实际温度位于[23]范围内时采用PID控制

　　?实际温度位于[34]范围内时采用自适应PID控制

　　?当实测温度>0+且在采样周期中温度持续上升则继电器断开

　　?在采样周期中温度持续下降则继电器接通其它情况实行PID控制(死区阀值本系统取为1)这种控制方法不仅考虑了实测温度和设定温度的偏差而

　　且考虑了实测温度的变化趋势可减少超调和波动具有自适应的效果。

　　?实测温度大于4时接通风扇电源强制制冷123的选择为1=0872=095%3=0204=020(0设定温度)

　　3.2系统可靠性设计

　　3.2.1PLC输出端的可靠性措施

　　PLC输出模块内的小型继电器的触点很小断弧能力很差不能直接用于厂级AC220V380V电路中必须用PLC驱动外部继电器用外部继电器的触点驱动DC220v的负载同时

　　较多的AC220V380V电磁阀内部有与其线圈串联的限位开关常闭触点电磁阀线圈通电阀芯动作后是用阀内部的触点来断开电路的在这种情况下要选用触点较小的小型继电

　　器来转接PLC的输出信号