自动化生产线电子控制系统的开发及应用

徐 程 施林峰



自动化生产线电子控制系统的开发及应用

徐 程 施林峰

南京国能环保工程有限公司，江苏 南京 211102

以PLC型的DCS控制系统作为研究基础，以水泥生产线为例，结合该生产线的具体控制要求和控制工艺，简单论述了自动化生产线的电子控制系统的方案设计情况和实现程序逻辑控制系统的介绍。

自动化生产线；电子控制系统

PLC型的DCS控制系统逐渐取代了传统型的DCS控制系统，已经在工业现场中居主导地位。文章是以水泥的生产自动化为研究对象，其中水泥自动化生产线的主控核心是S7-400系统，现场总线是PROFIBUS DP，控制系统的收集部分是ET200M型号分布式I/O模块和S7-300型号信号模块构成，可以直接节约电缆的安装费用，增强了现场控制和传输信号的灵活准确性。自控系统中以工控机作为储存设备，提高系统可操作性及数据采集能力[1]。

1 自动化生产线的电子控制系统的设计方案

将水泥生产中的自动化设计作为对象，工艺现场利用的是较为领先的DCS控制系统，方便对现场的数据和设备进行实时监控管理。如图一当中，控制系统的中心部分，是由操作员站和工程师站硬件和与此相关的软件构成。电子控制柜中包括起始量输出、信号处理设备、继电器输入以及卡件等。DCS控制系统通过控制单元、隔离设备和现场总线等模块组成。该水泥厂中存在着一个中心控制室，用于手机石灰石破碎、水泥包装等生产过程中的数据，控制设定的参数，管理物理设备和控制系统回路。在中心控制室中，工作人员可以对车间的参数和值等进行实时操作和管理。内部除了工程师站、操作员站之外，还有警报打印机和报告打印机等多个部分。工程师站可以修改逻辑程序，主要完成维护系统和实时监控的需要。通讯网络以光纤为介质，保证信号的传输的可靠性及安全性[2]。

在现场总线控制系统中，依据生产的实际需要，可以分为六个控制站，石灰石破碎站、原料磨粉站、烧成窑头站、窑尾控制站、水泥磨粉控制站及水泥包装站等。整个总线控制系统中，在低压配电室中安装多个控制模块，有利于集散型控制系统的完整性和统一性[3]。

图1 水泥自动化生产线的集散型控制系统配置

2 实现程序逻辑控制系统

2.1 功能设计说明

图2 功能设计图

根据机组步状态字来设定机组电机的开启次序，能够在电机的启动功能中设定的时间间隔符合需要。同时根据命名规定，可以借助机组号查询到对应的步状态字，也可以用步状态字匹配相应的机组号。比如，在第一车间的第五机组中的机组不状态字编号地址是MB45。前三位是第一步到第四步的步启动步状态，后四位就是相应的步停止使能。在电机控制的模块上可以完成相应的相应的逻辑执行，DR管脚上键入运算结果，就可以停止控制电机。

通常情况下，电机启动时间小于1秒，其启动时间比较适合多数电机，少数电机启动超过1秒，也可以利用延时程序启动[4]。

关于电机联锁程序，该系统包括三种联锁信号，分别是设备联锁、运行联锁和启动联锁。设备联锁是针对系统内部的故障问题，设备本体没有错误的时候可以启动。运行联锁是依照工艺流程，在关键设备启动之后才允许该设备启动，并且将关键设备的运行信号进行串联，接入此功能块。“0”表示联锁不满足，启动禁止。“1”代表联锁满足，可以启动。

关于电机控制字和下位调试中，电子控制字编号是依照同样的规则整体编排的，每个控制位可以组成一个字节，直接接入功能块，效率高也节省时间。如2号车间的4号电机的控制字是M204，其中2表示车间号，04表示电机编号。下位调试是对STEP7编程的调试。电机启动中，所有联锁信号都满足的前提下，只需要置位于电机对应控制字的第0位。如果所有的信号无法满足联条件，可以运用联锁满足信号“1”将其屏蔽，复位控制位就可以使电机停止运动[5]。

2.2 实现计算机监控组件

电子控制系统中，逻辑程序控制系统是独立于监控组件，两者是各自独立运行独立单元。在运用SIMATIC运行协议和现场总线系统之后，两个控制单元在一定程度上呈现出了整体性。通讯中介中以以太网为主负责控制站之间的通信，以及控制站和操作站之间的稳定，有利于站点与站点之间及时传输应用数据。现场模块与控制站点之间，系统完成通讯需要就要利用分布式IO，借助通讯总线将信发稳定安全地发送给对应的控制单元。DCS控制系统包括了网络通讯系统、逻辑程序控制和计算机监控组件三个部分，所以计算机监控设备是现场所必须配备的，基于此基础上DCS系统才能及时、准确及高效的完成控制任务[6]。

3 结束语

单回路微机控制系统是DCS系统发展的基础，全面整合了计算机、通讯、远程监控和CRT技术，采用集中操作分散控制和分层分级管理的原则，克服了以前较为危险和复杂的人机联系和单一的模拟功能等不足。本系统具有可靠安全性和少有的灵活性，在工业控制领域中的应用较为广泛。在自动化生产线电子控制系统中应用基于PLC的DCS系统，有助于自动化生产电子控制系统功能的实现[7]。

[1]周莹.电子控制系统在自动化生产线中的设计及实现[J].科技展望，2015（2）：116.

[2]常明.自动化生产线电子控制系统设计与实现[J].制造业自动化，2013（18）：49-50.

[3]陆晶晶.PLC型DCS控制系统在自动化生产线电子控制系统中的应用[J].电子测试，2015（6）：78-79.

[4]马勇.计算机控制系统在自动化生产线上的应用[J].自动化与仪器仪表，2014（3）：72-73.

[5]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（2）：91-93.

[6]陈祎.自动化生产线系统的控制运用分析[J].文摘版：工程技术，2015（26）：250.

[7]贺辅宁.自动化生产线系统的控制运用研究[J].科技与企业，2014（11）：179.

Development and Application of Automated Production Lines，Electronic Control systems

Xu Cheng Shilin Feng

Nanjing State Environmental Protection Engineering Co., Ltd., Nanjing Jiangsu 211102

This article is a PLC-based DCS control system as a research-based, cement production line, for example, combined with the specific control requirements and control of the process of the production line, simply discusses the design and achievement of program electronic control system for automated production line program logic introduce control systems.

automated production lines; electronic control system

TP273

A

1009-6434(2016)07-0080-02