PLC在混丝掺配控制系统中的应用

乔海珍++刘晓瑜

摘 要：本文介绍了卷烟厂制丝生产线混丝掺配工艺段PLC控制系统的设备组成、控制流程、流量控制与调节。阐述了该系统的硬件设置以及软件设计。

关键词：制丝生产 混丝掺配 PLC 应用

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0031-01

混丝掺配是卷烟厂制丝车间制丝工艺的核心生产工序之一。卷烟烟丝成分有叶丝、梗丝、膨胀丝、薄片丝、残丝五种，每种卷烟产品这五种成分的含量都不同，在设计时就明确规定了这5种成分的掺配比例。掺配精度将直接影响成品烟丝的各项工艺指标和成品卷烟的品质。掺配控制系统有五台核子秤，分别为叶丝秤、梗丝秤、膨胀丝秤、薄片丝秤、残丝秤。叶丝秤是计量主秤，其他四台核子秤是辅秤。在掺配过程中4个辅称分别根据不同卷烟牌号设定的工艺指标和主秤的流量来决定是否需要加入和加入的量。

1 混丝掺配工艺段

1.1 混丝掺配工艺段PLC控制系统的设备组成

混丝掺配工艺段控制系统由中央监控计算机、可编程序控制器PLC（主站）、子站、变频器、水分仪、核子秤及相关的网络组成。图1所示为混丝掺配工艺段设备组成。

1.2 混丝掺配工艺段控制流程

烟丝生产之前，中控上位机预先设置好各掺配秤的掺配比例，通过网络传送至掺配段的PLC。本段的PLC负责精确计量、控制核子秤称量过程，实时输出信号到变频器，调节核子秤的电机转速，进而控制掺配精度；同时负责检测系统故障并显示、报警。核子秤主要接收本段PLC发出的启停、掺配比例等信号，并将状态数据如：累计重量、瞬时流量等经由现场总线传回给本段PLC。每台核子秤通过接收到的工艺段PLC的设定配比信号，来调节自身电机的转速，以控制其瞬时流量。若瞬时流量与设定流量有偏差，则秤内PLC比较设定值与实际值的偏差，经PID调节改变输出，控制变频器调节皮带秤的速度，实现流量跟踪，进而达到实时控制掺配精度。

2 PLC控制系统的硬件设置

2.1 可编程控制器的选择

（1）从混丝掺配系统的输入/输出信号数量以及工艺要求、软件容量、运行速度等方面考虑，主控柜可编程控制器选用SIMATIC S7-400。SIMATIC S7-400是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。采用模块化设计，性能范围宽广的不同模板可灵活组合，扩展十分方便。（2）五台核子秤可编程序控制器均选用SIMATIC S7-300，S7-300是模块化的中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。具备易于实现分布，易于用户掌握等特点，是各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。

2.2 变频器的确定

系统变频器选用VLT 2800系列，它是目前市场上最小巧的多功能变频器之一，它各项性能优越，操作方便灵活，能满足大部分工控场合的需求。同时具有常用工业现场总线使用的可选通讯接口模块，便于系统功能扩展。掺配控制系统中5台核子秤的电机均采用0.75 kW的三相交流电机，选用变频器的输出功率范围为0.37～1.5 kW。

3 PLC控制系统的软件设计

对S7-400、S7-300系列可编程序控制器的编程采用SIMATIC MANGER STEP7 集成开发环境实现，STEP7是运行在 WINDOWS操作系统平台下的编程开发环境。通过STEP7编程软件，使用梯形图和语句表等形式进行编程，编译好的程序可下载到可编程序控制器PLC中运行，也可在线监控程序运行状态，完成程序调试。

用户程序由系统块和用户块组成。用户块分成组织块、功能块、功能和数据块。系统块调用组织块，组织块调用实现不同用途的功能和功能块。用户数据存放在数据块中，支持掉电保护。用户块的设计如下所述。

3.1 组织块（OB）

（1）S7-400系列：OB1，OB32，OB35，OB81-87，OB100，OB101，OB102，OB121/122。

（2）S7-300系列：OB1，OB35，OB82，OB85-87，OB100，OB121/122。

3.2 功能（FC）

包括：顺序控制功能、特殊功能控制功能、电机参数控制功能、过程控制功能、与HMI通讯功能、功能子程序、以太网通讯功能。

3.3 功能块（FB）

包括：计量功能块、自动控制功能块、 PID去皮功能块、秤标定功能块、连锁逻辑控制块、网络通讯处理功能块、报警功能块。

3.4 数据块（DB）

包括：特殊功能控制数据块、电机参数数据块、过程控制数据块、与HMI通讯数据块、以太网通讯数据块、DP网络通讯、DP网络诊断。

4 结语

该混丝掺配控制系统使用PLC替代传统的继电控制逻辑，在保证整个系统安全性的基础上，同时提高了核子皮带秤的计量控制精度，从而保证了烟丝品质。endprint

摘 要：本文介绍了卷烟厂制丝生产线混丝掺配工艺段PLC控制系统的设备组成、控制流程、流量控制与调节。阐述了该系统的硬件设置以及软件设计。

关键词：制丝生产 混丝掺配 PLC 应用

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0031-01

混丝掺配是卷烟厂制丝车间制丝工艺的核心生产工序之一。卷烟烟丝成分有叶丝、梗丝、膨胀丝、薄片丝、残丝五种，每种卷烟产品这五种成分的含量都不同，在设计时就明确规定了这5种成分的掺配比例。掺配精度将直接影响成品烟丝的各项工艺指标和成品卷烟的品质。掺配控制系统有五台核子秤，分别为叶丝秤、梗丝秤、膨胀丝秤、薄片丝秤、残丝秤。叶丝秤是计量主秤，其他四台核子秤是辅秤。在掺配过程中4个辅称分别根据不同卷烟牌号设定的工艺指标和主秤的流量来决定是否需要加入和加入的量。

1 混丝掺配工艺段

1.1 混丝掺配工艺段PLC控制系统的设备组成

混丝掺配工艺段控制系统由中央监控计算机、可编程序控制器PLC（主站）、子站、变频器、水分仪、核子秤及相关的网络组成。图1所示为混丝掺配工艺段设备组成。

1.2 混丝掺配工艺段控制流程

烟丝生产之前，中控上位机预先设置好各掺配秤的掺配比例，通过网络传送至掺配段的PLC。本段的PLC负责精确计量、控制核子秤称量过程，实时输出信号到变频器，调节核子秤的电机转速，进而控制掺配精度；同时负责检测系统故障并显示、报警。核子秤主要接收本段PLC发出的启停、掺配比例等信号，并将状态数据如：累计重量、瞬时流量等经由现场总线传回给本段PLC。每台核子秤通过接收到的工艺段PLC的设定配比信号，来调节自身电机的转速，以控制其瞬时流量。若瞬时流量与设定流量有偏差，则秤内PLC比较设定值与实际值的偏差，经PID调节改变输出，控制变频器调节皮带秤的速度，实现流量跟踪，进而达到实时控制掺配精度。

2 PLC控制系统的硬件设置

2.1 可编程控制器的选择

（1）从混丝掺配系统的输入/输出信号数量以及工艺要求、软件容量、运行速度等方面考虑，主控柜可编程控制器选用SIMATIC S7-400。SIMATIC S7-400是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。采用模块化设计，性能范围宽广的不同模板可灵活组合，扩展十分方便。（2）五台核子秤可编程序控制器均选用SIMATIC S7-300，S7-300是模块化的中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。具备易于实现分布，易于用户掌握等特点，是各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。

2.2 变频器的确定

系统变频器选用VLT 2800系列，它是目前市场上最小巧的多功能变频器之一，它各项性能优越，操作方便灵活，能满足大部分工控场合的需求。同时具有常用工业现场总线使用的可选通讯接口模块，便于系统功能扩展。掺配控制系统中5台核子秤的电机均采用0.75 kW的三相交流电机，选用变频器的输出功率范围为0.37～1.5 kW。

3 PLC控制系统的软件设计

对S7-400、S7-300系列可编程序控制器的编程采用SIMATIC MANGER STEP7 集成开发环境实现，STEP7是运行在 WINDOWS操作系统平台下的编程开发环境。通过STEP7编程软件，使用梯形图和语句表等形式进行编程，编译好的程序可下载到可编程序控制器PLC中运行，也可在线监控程序运行状态，完成程序调试。

用户程序由系统块和用户块组成。用户块分成组织块、功能块、功能和数据块。系统块调用组织块，组织块调用实现不同用途的功能和功能块。用户数据存放在数据块中，支持掉电保护。用户块的设计如下所述。

3.1 组织块（OB）

（1）S7-400系列：OB1，OB32，OB35，OB81-87，OB100，OB101，OB102，OB121/122。

（2）S7-300系列：OB1，OB35，OB82，OB85-87，OB100，OB121/122。

3.2 功能（FC）

包括：顺序控制功能、特殊功能控制功能、电机参数控制功能、过程控制功能、与HMI通讯功能、功能子程序、以太网通讯功能。

3.3 功能块（FB）

包括：计量功能块、自动控制功能块、 PID去皮功能块、秤标定功能块、连锁逻辑控制块、网络通讯处理功能块、报警功能块。

3.4 数据块（DB）

包括：特殊功能控制数据块、电机参数数据块、过程控制数据块、与HMI通讯数据块、以太网通讯数据块、DP网络通讯、DP网络诊断。

4 结语

该混丝掺配控制系统使用PLC替代传统的继电控制逻辑，在保证整个系统安全性的基础上，同时提高了核子皮带秤的计量控制精度，从而保证了烟丝品质。endprint

摘 要：本文介绍了卷烟厂制丝生产线混丝掺配工艺段PLC控制系统的设备组成、控制流程、流量控制与调节。阐述了该系统的硬件设置以及软件设计。

关键词：制丝生产 混丝掺配 PLC 应用

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0031-01

混丝掺配是卷烟厂制丝车间制丝工艺的核心生产工序之一。卷烟烟丝成分有叶丝、梗丝、膨胀丝、薄片丝、残丝五种，每种卷烟产品这五种成分的含量都不同，在设计时就明确规定了这5种成分的掺配比例。掺配精度将直接影响成品烟丝的各项工艺指标和成品卷烟的品质。掺配控制系统有五台核子秤，分别为叶丝秤、梗丝秤、膨胀丝秤、薄片丝秤、残丝秤。叶丝秤是计量主秤，其他四台核子秤是辅秤。在掺配过程中4个辅称分别根据不同卷烟牌号设定的工艺指标和主秤的流量来决定是否需要加入和加入的量。

1 混丝掺配工艺段

1.1 混丝掺配工艺段PLC控制系统的设备组成

混丝掺配工艺段控制系统由中央监控计算机、可编程序控制器PLC（主站）、子站、变频器、水分仪、核子秤及相关的网络组成。图1所示为混丝掺配工艺段设备组成。

1.2 混丝掺配工艺段控制流程

烟丝生产之前，中控上位机预先设置好各掺配秤的掺配比例，通过网络传送至掺配段的PLC。本段的PLC负责精确计量、控制核子秤称量过程，实时输出信号到变频器，调节核子秤的电机转速，进而控制掺配精度；同时负责检测系统故障并显示、报警。核子秤主要接收本段PLC发出的启停、掺配比例等信号，并将状态数据如：累计重量、瞬时流量等经由现场总线传回给本段PLC。每台核子秤通过接收到的工艺段PLC的设定配比信号，来调节自身电机的转速，以控制其瞬时流量。若瞬时流量与设定流量有偏差，则秤内PLC比较设定值与实际值的偏差，经PID调节改变输出，控制变频器调节皮带秤的速度，实现流量跟踪，进而达到实时控制掺配精度。

2 PLC控制系统的硬件设置

2.1 可编程控制器的选择

（1）从混丝掺配系统的输入/输出信号数量以及工艺要求、软件容量、运行速度等方面考虑，主控柜可编程控制器选用SIMATIC S7-400。SIMATIC S7-400是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。采用模块化设计，性能范围宽广的不同模板可灵活组合，扩展十分方便。（2）五台核子秤可编程序控制器均选用SIMATIC S7-300，S7-300是模块化的中小型PLC系统，它能满足中等性能要求的应用。具备易于实现分布，易于用户掌握等特点，是各种从小规模到中等性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。

2.2 变频器的确定

系统变频器选用VLT 2800系列，它是目前市场上最小巧的多功能变频器之一，它各项性能优越，操作方便灵活，能满足大部分工控场合的需求。同时具有常用工业现场总线使用的可选通讯接口模块，便于系统功能扩展。掺配控制系统中5台核子秤的电机均采用0.75 kW的三相交流电机，选用变频器的输出功率范围为0.37～1.5 kW。

3 PLC控制系统的软件设计

对S7-400、S7-300系列可编程序控制器的编程采用SIMATIC MANGER STEP7 集成开发环境实现，STEP7是运行在 WINDOWS操作系统平台下的编程开发环境。通过STEP7编程软件，使用梯形图和语句表等形式进行编程，编译好的程序可下载到可编程序控制器PLC中运行，也可在线监控程序运行状态，完成程序调试。

用户程序由系统块和用户块组成。用户块分成组织块、功能块、功能和数据块。系统块调用组织块，组织块调用实现不同用途的功能和功能块。用户数据存放在数据块中，支持掉电保护。用户块的设计如下所述。

3.1 组织块（OB）

（1）S7-400系列：OB1，OB32，OB35，OB81-87，OB100，OB101，OB102，OB121/122。

（2）S7-300系列：OB1，OB35，OB82，OB85-87，OB100，OB121/122。

3.2 功能（FC）

包括：顺序控制功能、特殊功能控制功能、电机参数控制功能、过程控制功能、与HMI通讯功能、功能子程序、以太网通讯功能。

3.3 功能块（FB）

包括：计量功能块、自动控制功能块、 PID去皮功能块、秤标定功能块、连锁逻辑控制块、网络通讯处理功能块、报警功能块。

3.4 数据块（DB）

包括：特殊功能控制数据块、电机参数数据块、过程控制数据块、与HMI通讯数据块、以太网通讯数据块、DP网络通讯、DP网络诊断。

4 结语

该混丝掺配控制系统使用PLC替代传统的继电控制逻辑，在保证整个系统安全性的基础上，同时提高了核子皮带秤的计量控制精度，从而保证了烟丝品质。endprint