- 艾寶物聯(lián)IOBOV? ─ 工業(yè)無(wú)線測(cè)控專家
作者：張彤
深圳市科創(chuàng)通自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司
劉巖 SIEMENS 深圳分公司
摘要
WinAC是SIEMENS最新推出的基于PC的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)兼具PC強(qiáng)大的計(jì)算功能數(shù)
據(jù)處理能力和PLC邏輯測(cè)控與運(yùn)行可靠性特點(diǎn)本文介紹了WinAC在千層酥自動(dòng)化生產(chǎn)線中的
成功應(yīng)用及其獨(dú)具的特點(diǎn)
關(guān)鍵詞：千層酥 烘爐 基于PC自動(dòng)化 分布式控制系統(tǒng) 過(guò)程控制系統(tǒng)
一、概述
千層酥生產(chǎn)線總長(zhǎng)度約200米主要由如下單元組成
1、疊層起酥機(jī)
疊酥機(jī)是生產(chǎn)餅干的第一道重要工序可根據(jù)廠房的不同來(lái)選擇立式或臥式其包括七道軋輥三次軋制配備撒酥機(jī)要求自動(dòng)化控制系統(tǒng)滿足如下要求：
傳動(dòng)控制采用矢量型變頻器調(diào)速線速度同步工作穩(wěn)定性高。
軋輥間隙采用數(shù)字化閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)控制操作簡(jiǎn)單方便快捷高效。
人機(jī)界面操控能與其它成型主機(jī)的相關(guān)部分實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制操作簡(jiǎn)單方便。
疊層次數(shù)、寬度在范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。
疊層寬度560-1000MM
疊層次數(shù)4-12層
壓片厚度0.1-10MM
2、送料機(jī)
送料機(jī)將攪拌好的韌性餅干胚料進(jìn)行初步軋制后輸送到后一工序的雙軋軋面機(jī)電控系統(tǒng)要求能夠同步調(diào)速控制手動(dòng)調(diào)節(jié)與自動(dòng)運(yùn)行控制。
3、雙軋軋面機(jī)
該設(shè)備是將疊酥機(jī)或送料機(jī)輸送來(lái)的面胚進(jìn)行多次軋制使面胚由厚變薄電控系統(tǒng)要求；
軋輥采用變頻調(diào)速控制,速度同步性能穩(wěn)定；
精確控制面皮厚度采用智能數(shù)字表設(shè)定與顯示。
4、烘爐
有熱風(fēng)循環(huán)烘爐遠(yuǎn)紅外線烘爐導(dǎo)熱油爐等
餅干烘烤爐是餅干生產(chǎn)線的重要組成部份由電器控制系統(tǒng)熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)加熱系統(tǒng)排煙
系統(tǒng)爐網(wǎng)輸送裝置爐網(wǎng)自動(dòng)檢測(cè)張緊裝置等組成要求自動(dòng)化控制系統(tǒng)達(dá)到如下功能：
生產(chǎn)線工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
溫度坐標(biāo)升溫曲線等顯示
溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)在線修正
歷史工作狀態(tài)記錄保存
溫度控制精度高操作方便工作穩(wěn)定高效可靠
熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)采用自動(dòng)控制熱風(fēng)量，閉環(huán)控制，可選擇自然與強(qiáng)制性排煙等自動(dòng)功能
燃?xì)鉅t欠壓、超壓、漏氣、超溫等多種安全保護(hù)功能
5、成型機(jī)
成型機(jī)由多臺(tái)軋面機(jī)與傳動(dòng)單元組成相互之間無(wú)機(jī)械傳動(dòng)聯(lián)鎖無(wú)張力檢測(cè)單元要求整條生產(chǎn)線通過(guò)電器控制線速度同步運(yùn)行控制難度較大對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能要求較高。
二、控制系統(tǒng)特點(diǎn)
綜上所述千層酥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是一個(gè)集運(yùn)動(dòng)控制與過(guò)程控制的綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)歸納起來(lái)應(yīng)有如下特點(diǎn)：
分布式：生產(chǎn)線總長(zhǎng)度約200米，控制點(diǎn)多而且分散，因此選用分布式測(cè)控系統(tǒng)最為適宜，分布式測(cè)控系統(tǒng)具有布線量少，搞干擾能力強(qiáng)，擴(kuò)展維護(hù)方便，運(yùn)行安全可靠，故障風(fēng)險(xiǎn)降到最低的優(yōu)點(diǎn)。
總線網(wǎng)：全線采用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制，排除大量模擬信號(hào)的干擾因素，實(shí)現(xiàn)精確的速度協(xié)調(diào)控制與高精度溫度測(cè)控，檢測(cè)與控制協(xié)調(diào)一致。
大量配方存貯：一條生產(chǎn)線可生產(chǎn)上百種產(chǎn)品，因此有大量的配方存貯與調(diào)用，普通的PLC控制器由于受內(nèi)存的影響，很難做到大量配方的存貯與調(diào)用，因此基于PC自動(dòng)化是本系統(tǒng)的首選方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是現(xiàn)代過(guò)程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，本系統(tǒng)配備完善的人機(jī)界面操作系統(tǒng)，全面的系統(tǒng)監(jiān)控與異常報(bào)警功能。
運(yùn)動(dòng)控制：速度同步也是本控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，采用矢量型變頻器通，過(guò)網(wǎng)絡(luò)主令控制，達(dá)到全線速度的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一。
三、基于PC 的自動(dòng)化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司最新推出的基于PC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，WinAC具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有強(qiáng)大的計(jì)算功能、數(shù)據(jù)處理能力和PLC無(wú)法比擬的計(jì)算速度，更兼顧了PLC的運(yùn)行可靠性特點(diǎn)。其海量?jī)?nèi)存貯器特別適合于大數(shù)據(jù)量計(jì)算、大量配方存貯與管理。其計(jì)算功能與PC機(jī)相同，可靠性與功能更可與PLC-S7-400系統(tǒng)比美，是千層酥成型機(jī)與烘爐機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)最理想的選擇：
先進(jìn)性
WinAC是基于標(biāo)準(zhǔn)的Windows操作平臺(tái)下的PLC控制器，梯形圖編程，因此有獨(dú)立而嚴(yán)格的時(shí)序?？刂铺貏e滿足對(duì)于高速、精確、復(fù)雜計(jì)算及嚴(yán)格時(shí)間要求的控制任務(wù)。
WinAC支持標(biāo)準(zhǔn)的Windows
NT 下的OPC、Active X
和DCOM 技術(shù)?？刂坪屯ㄓ崈?nèi)核與標(biāo)準(zhǔn)的Windows
NT任務(wù)的通訊由其內(nèi)置的代理服務(wù)器完成，因此相比普通的PLC控制器功能更強(qiáng)。
應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境
SIEMENS統(tǒng)一的組態(tài)軟件STEP
7 是WinAC控制器的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)平臺(tái)，包括通信組態(tài)、編程、測(cè)試和啟動(dòng)以及系統(tǒng)文件的編制，對(duì)于熟悉STEP7的工程師，不需占用額外的培訓(xùn)時(shí)間。
系統(tǒng)組態(tài)界面
開放式接口
WinAC提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC控件接口及Active
X控件接口,對(duì)于我們的應(yīng)用提供了極大的方便。
OPC 過(guò)程控制OLE
是一種通過(guò)Windows NT應(yīng)用程序自動(dòng)存取數(shù)據(jù)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也是WinAC的標(biāo)準(zhǔn)特性。使用OPC
服務(wù)器可以訪問(wèn)控制驅(qū)動(dòng)程序中的過(guò)程數(shù)據(jù)：Active X
控件接口，不用編程直接從OLE
標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序訪問(wèn)過(guò)程數(shù)據(jù)。這種功能使得我們可以在軟件開發(fā)中借助于高級(jí)語(yǔ)言Visual Basic進(jìn)行更復(fù)雜的應(yīng)用開發(fā)。
計(jì)算功能
WinAC提供強(qiáng)大的計(jì)算功能，與工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)，之間建立起一條工作數(shù)據(jù)鏈路。使得上位計(jì)算機(jī)能夠?qū)崟r(shí)處理過(guò)程數(shù)據(jù)，完成復(fù)雜的測(cè)量控制與故障分析計(jì)算，并能夠在Visual
Basic中創(chuàng)建自己的HMI 前端或在大家熟知Excel
中做統(tǒng)計(jì)分析。在過(guò)程控制和PC
應(yīng)用程序之間管理數(shù)據(jù)信息流量。允許高效、簡(jiǎn)便地訪問(wèn)并能顯示和修改過(guò)程數(shù)據(jù)。對(duì)于數(shù)據(jù)處理量大，要求內(nèi)存高的過(guò)程控制系統(tǒng)，一般的PLC控制器難以勝任的工作，用WinAC則可以輕松解決，這是我們選用WinAC的理由，也是SIEMENS給我們提供了一個(gè)合適而且經(jīng)濟(jì)的解決方案。
四、系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)
全系統(tǒng)成型機(jī)共有18臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組配備一臺(tái)TD-200和CPU224控制器，用于本機(jī)運(yùn)行速度。面皮厚度的測(cè)控及參數(shù)顯示與給定設(shè)定，其中9臺(tái)軋面機(jī)的PLC兼控面皮厚度，實(shí)現(xiàn)面皮厚度閉環(huán)控制。18臺(tái)PLC與18臺(tái)變頻器分布于生產(chǎn)全線，全部控制設(shè)備配備了-DP通訊接口板，通過(guò)一條高可靠的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分布式的控制系統(tǒng)，方便的就地控制與操作。
除每臺(tái)機(jī)組可以單獨(dú)設(shè)定參數(shù)并監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)外，成型機(jī)控制區(qū)設(shè)有一臺(tái)觸摸式人機(jī)界面，通過(guò)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)對(duì)成型區(qū)全部設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在烘爐區(qū)設(shè)一臺(tái)15寸的屏式計(jì)算機(jī)，通過(guò)PROFIBUS-DP對(duì)全生產(chǎn)線的設(shè)備進(jìn)行人機(jī)操作與監(jiān)控、人機(jī)對(duì)話、數(shù)據(jù)存貯、報(bào)表打印、生產(chǎn)管理。
全生產(chǎn)線的主控制器是中央控制器WinAC, 擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)線的主控PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)管理及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的任務(wù)控制系統(tǒng)的軟件核心配方數(shù)據(jù)庫(kù)均由WinAC控制器完成為避免報(bào)表、打印、人為操作對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生無(wú)法預(yù)測(cè)的影響，本系統(tǒng)采用了在軟件WinAC控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上研制的硬件控制器--WBC416,
除保存了基于PC自動(dòng)化完整的優(yōu)點(diǎn)與特點(diǎn)外，更有設(shè)計(jì)堅(jiān)固、可擴(kuò)展性強(qiáng)、堅(jiān)固的外殼設(shè)計(jì)電子硬盤無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)針對(duì)抗振動(dòng)抗沖擊的高防護(hù)等級(jí)。集成的接口：USB、
10/100M以太網(wǎng)接口、PROFIBUS-DP/MPI工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)鑄就了其主控制器的地位也保證了系統(tǒng)的高檔與完美。
軋面機(jī)面皮厚度控制系統(tǒng)
軋面皮厚度測(cè)控系統(tǒng)由光柵傳感器、PLC 、步進(jìn)電機(jī)組成閉環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。
面皮厚度通過(guò)KA-300光柵檢測(cè)，檢測(cè)精度為0.02mm。
厚度反饋值由PLC處理后進(jìn)行PID計(jì)算并控制步進(jìn)馬達(dá)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，消除機(jī)械累積誤差。
閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)在線校正厚度。提高產(chǎn)品質(zhì)量。
五相步進(jìn)馬達(dá)，步角0.72度 輸出頻率9KHz,V=1.95
A=0.75 N.M=0.45(4.5公斤力)
烘爐溫度控制系統(tǒng)
烘爐溫度分為8個(gè)區(qū)每區(qū)溫度都是一個(gè)閉環(huán)測(cè)控系統(tǒng)并配備有智能算法控制精度
可達(dá)到+1OC.
專用的熱電偶模塊進(jìn)行溫度采集面溫與底溫分別控制
控制可控硅調(diào)功器從而控制溫度.
SCR調(diào)功器的輸入信號(hào)為0—10V,
輸出功率可連續(xù)調(diào)節(jié)三相平衡式調(diào)功器共8個(gè)調(diào)
功器
溫區(qū)煙囪根據(jù)配方調(diào)節(jié)開度進(jìn)行流量控制
自動(dòng)檢測(cè)鋼帶打滑并自動(dòng)調(diào)整
智能閉環(huán)控制算法,自適應(yīng)參數(shù)整定功能
中控站可進(jìn)行溫度設(shè)定與溫度監(jiān)視
五、測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能
中文動(dòng)態(tài)人機(jī)操作界面，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)顯示，電氣參數(shù)、工藝參數(shù)、實(shí)時(shí)顯示，
具備實(shí)時(shí)曲線顯示、歷史曲線顯示、大型動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供年報(bào)表、月報(bào)表、日?qǐng)?bào)
表和隨機(jī)打印報(bào)表的功能；
通過(guò)中央監(jiān)控站可監(jiān)測(cè)與控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開/停，干預(yù)生產(chǎn)過(guò)程
彈出菜單方式進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、更改；包括速度設(shè)定、溫度設(shè)定、厚度設(shè)定、訂單更改、訂單參數(shù)設(shè)置，并能下傳至現(xiàn)場(chǎng)控制器PLC單元，更改工藝參數(shù)和控制過(guò)程；
配方參數(shù)設(shè)置：可根據(jù)生產(chǎn)需要設(shè)置上百種配方，使一線多能成為現(xiàn)實(shí)
美觀的立體動(dòng)態(tài)設(shè)備圖形和工藝運(yùn)行圖界面
自動(dòng)運(yùn)行，電腦遠(yuǎn)程控制運(yùn)行
內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)、能進(jìn)行各類年報(bào)表、月報(bào)表和日?qǐng)?bào)表及即時(shí)報(bào)表，方便的打印與輸出功
能
三級(jí)口令保護(hù)、只有授權(quán)的人員可以相應(yīng)操作
報(bào)警提示與報(bào)警記錄數(shù)據(jù)庫(kù)
精確的厚度設(shè)定與厚度控制
全線速度同步與速度跟蹤、整機(jī)同步聯(lián)控等功能
溫度設(shè)定、顯示、報(bào)警與控制
煙道閥門開度調(diào)節(jié)與開度顯示
參考文獻(xiàn)
1、WinAC使用手冊(cè)SIEMENS
2、STEP7使用手冊(cè)SIEMENS
3、WinCC使用手冊(cè)SIEMENS
4、電氣自動(dòng)控制機(jī)械工業(yè)出版社
5、電力電子技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社