基于PLC的造粒生产线自动控制系统设计

张新娟（中山市技师学院电气应用系，广东中山528403）

基于PLC的造粒生产线自动控制系统设计

张新娟
（中山市技师学院电气应用系，广东中山528403）

设计的造粒生产线控制系统为上下位机模式的自动控制，即采用工业以太网络结构连接上位监控计算机和核心控制器PLC，再由PLC和信号采集器、执行元件之间相互通讯完成信号收集及对执行元件的控制。系统实现了造粒生产线的自动化控制，有效降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。

造粒生产线；上下位机模式；自动控制

0　引言

非金属矿产在我国利用非常广泛，包括农业、工业、陶瓷工业、建筑材料、冶金工业等各行各业。在非金属矿产颗粒生产过程中，造粒对于颗粒质量好坏起着决定性的作用。而造粒从广义上讲是对粉粒、融液、水溶液等状态的原料进行加工，从而制造成特定形状颗粒的操作。造粒后有便于运输、环保、便于计量等优点。目前，为适应市场需求，国内外造粒机的电气控制系统研究方向为快速、多功能、智能监控、高度自动化的控制系统。本文基于工业个人计算机（IPC）和PLC的分布式控制方式设计了一种造粒生产线自动控制系统，能有效保证造粒生产过程的可靠性和实时监测，提高造粒生产的安全性，降低人工劳动强度。

1　造粒生产线自动控制系统基本组成

该系统由PLC作为系统的控制站，IPC作为系统的操作站，IPC负责上层的任务，包括人机界面操作，对整个工艺的监控、管理、报警，以及生成打印报表等，而PLC负责数据采集和过程控制，PLC和IPC分工合作，共同完成监控和控制的功能。该造粒生产线自动控制系统根据功能可分为计算机监控子系统、电机控制子系统、检测子系统、计量子系统、气动子系统五部分。其系统基本组成原理如图1所示。

其中，计算机监控子系统由两台工业控制计算机组成，一台用于设备日常操作记录用，即操作员工作站；一台用于设备维修检查时使用，同时也作为操作员工作站的备份系统，即工程师维修站。监控子系统与PLC之间的数据通讯采用标准的以太网结构，监控子系统通过RJ-45接口与交换机相连，PLC也通过RJ-45接口与交换机相连，通过设置不同的通讯地址，实现监控子系统与PLC之间的数据通讯，达到实时监控的目的。

图1　系统组成示意图

电机控制子系统采用PLC进行控制，带动气动系统中各泵（去离子水泵、真空泵、磁力泵、加热器循环泵等）。

检测子系统完成对造粒生产线上各过程参数包括温度、液位、压力等的实时检测。

计量子系统完成流量检测和计量泵控制任务。流量计釆用祸轮法原理的测量方法，流量计输出4～20mA的电流信号给PLC。变频型计量泵控制原理：由PLC控制变频器输出信号驱动计量泵电机按所需速度运行，实现冲程频率的调节，从而实现介质流量的调节。

气动子系统由空气压缩机、干燥机、储气罐、过滤器、调压阀、控制阀、接头等部件组成。通过PLC的输出控制气动子系统中的各反应罐的启动阀的启闭，达到控制各气路，从而实现造粒生产过程中相关工艺动作。

2　气动子系统及PLC控制总体设计

2.1气动子系统

气动子系统在造粒生产线项目中具有重要的意义，是关键的部分。如图2所示。空气经由压缩、干燥、降压、水油过滤、调压处理后供给各气动阀使用。

图2　压缩空气产生图

由PLC控制系统给出电信号控制气动先导阀，间接控制气控阀，达到控制液压管路的通断的目的。通过电—气信号转换，能实现电气隔离，从而实现了在防爆要求高的环境中对液体管路的通断控制。电—气控制原理如图3所示。

图3　电—气控制原理图

2.2气动子系统PLC控制设计

造粒生产线气动系统的生产运行，其过程主要分为开启辅机、药剂准备、溶解、计量、造粒、出料等几个阶段。根据各阶段的控制对象、控制步骤与控制要求，设计出其相应的PLC控制流程图如图4所示。

气动子系统的控制方式分为：单个阀体点动控制、自动控制两种方式。单个阀体点动控制主要用来调试，自动控制为正常工作状态。气动子系统可在控制室内实现远程控制，也可进行现场操作，此外，根据实际还可实现跳转操作、暂停操作和急停操作。

2.3PLC选型及工业以太网通信

本设计选用三菱Q系列PLC，其是面向中大规模复杂控制系统应用设计的，支持的I/O点数为256点以上，具有CPU模块处理性能高和程序寄存器容量大的特点，且与编程用外围设备、网络模块之间数据通信的性能好。三菱电机公司开发的MX部件可以提供给计算机，用于和三菱Q系列PLC进行以太网通信，支持所有PLC通信的路径【3】。用户无需了解以太网通信中使用的复杂的通信协议，只需通过简单设置相应参数就可以建立工业以太通信网络系统。

图4　气动子系统PLC控制流程图

图5　造粒生产线主画面图

3　造粒生产线上位机控制系统

本系统采用组态王软件开发，功能主界面菜单分为主菜单、参数设定、实时曲线、报警画面、PLC诊断、系统调试。主界面如图5所示，实现对造粒生产线工艺流程的监控，以及对每个泵和阀的控制。

操作者通过鼠标点击或键盘输入的方式实现对造粒生产线的监控或对各个压力、温度、流量等参数的设定。此外，操作人员还可在单个阀点动模式下控制各阀的通断，以完成新产品工艺流程的开发测试。

4　结语

本文设计的基于PLC的造粒生产线自动控制系统实现了造粒生产线的自动化控制，采用计算机组态画面进行监控的方式实现了对造粒生产线的自动监控，有效降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。系统融合了较为先进的自动化技术、气动技术、计算机技术，具有操作简单、可靠性高、维护方便等特点。

［1］李伟，逯江，刘红召.滚筒造粒机控制系统的现状与展望［J］.中国粉体工业，2012，6（1）：8-10.

［2］高玉坤，孙晓玲，兰宏.西门子PLC在挤出造粒机组中的应用［J］.自动化博览，2010（1）：62-73.

［3］王永明，南洪国，于洋.三菱PLC的工业工业以太网通信设计及应用［J］.工程与试验，2014（1）：82-84.

［4］周晓旭.基于PLC和组态软件的自动生产线设备开发［J］.数字技术与应用，2011（02）：91-93.

(编辑：向飞)

The Design of Granulation Production Line Automatic Control System Based on PLC

ZHANG Xin-juan
（DepartmentofElectrical Application，Zhongshan Technician College，Zhongshan528403，China）

This paper designs an automatic control system for thegranulation production line，which ismaster-slavemode that contains IPC and PLC.It adopts industrial Ethernetstructure connecting theuppermonitoring computerand the core controller PLC,and with the PLC communicatingwith the signal acquisition devices and theexecutiveelements，it achieves the signal acquisition and task execution. The system realizes the automation ofgranulation production line,reducing the labor intensity of the workers and improving production efficiency.

granulation production line；master-slavemode；automatic control

TP273

A

1009－9492(2015)06－0103－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.027

2015－04－14

张新娟，女，1981年生，湖南涟源人，硕士研究生，讲师。研究领域：电气自动化技术。已发表论文5篇。