高精度水下切粒机改进的PLC软件及核心计算介绍

江苏今创车辆有限公司　张立江



高精度水下切粒机改进的PLC软件及核心计算介绍

江苏今创车辆有限公司张立江

【摘要】文章以聚酯工艺切粒机技改为例，分析改进前后的PLC软件及计算公式，经实际证明：改进后切粒机系统的快速跟随性大大提高，动态精度从3%提高到0.5%。

【关键词】切粒机；PLC；软件模块；算法模型

1　生产过程主要控制原理

在聚酯工艺中，水下切粒机是聚酯切片生产中的最关键设备之一。我公司八万吨/年PET车间采用的是国际最先进的瑞士立达公司USG900H型水下切粒机，由直径90mm的下罗拉和直径170mm的上罗拉组成的喂入装置由一台变频器驱动，其转速可决定切片的长度。在现场操作盘上(也可由DCS遥控)可设定喂入罗拉的线速度，决定产量，也可在规定范围内设定切片的长度。当需改变产量时，可改变喂入罗拉的线速度，即改变罗拉变频器的输出电压(或速度设定值(HZ))。改变动刀线速度，即改变动刀的变频器的输出电压(或速度设定者(HZ))，就可改变切片长度。

2　改造的目的

提高罗拉和动刀的线速度可以提高切粒产量，但受到动刀齿数的限制，从8万吨提高到10万吨，现在的30齿必须改成40齿的动刀。但是，原来PLC采用的是老的S5系列，不支持非30齿的软件计算。因此，我们决定在这次扩产改造中，把PLC升级到西门子S7系列，适应技术进步的要求。

3　现有及新的PLC系统介绍

控制功能主要分为开关量输出控制及模拟量计算，输出控制。

开关量输出控制：主要由切片干燥器风机联锁控制，切粒机“开/停”联锁控制，伸缩板联锁控制，水流量联锁控制，联锁气缸控制，铸带监视控制，刮板动作联锁控制，其它信号联锁控制及故障识别处理模式。

这部分保证了切粒机工作的正确、正常及安全性。但下面模拟量计算，输出控制才是该系统智能的核心，而其中切片控制模式才是切粒机系统的精髓，因为它的运行使得罗拉、动刀变频器按照我们所要求的切片来控制电机的转速，从而得到高质量的切片尺寸及外观。我们下面系统软件设计研究正是围绕这一课题展开。

模拟量计算、输出控制：由切片控制程序(FB40)，模拟量输入/输出控制程序(FB41)，32位乘法程序，32位除法程序，同步闪存程序，系统启动程序，RLG(AE)功能块(模拟量输入转换)，RLG(AA)(模拟量输出转换)等功能块组成。

即当使用40齿时，须修改程序中三点：

a、在FB212中，将DB41改为DB42，即将30齿长度系数指针转向40齿指针；

b、在FB41中，Seginent8中，动刀速度量程上/下限修改为：

上限：OGR：KF+1390改为KF+1043

下限：UGR：KF+193改为KF+145

c、相应变频器上频率范围修改为：

动刀频率范围19.3Hz-139Hz改为14.5Hz-104.3Hz

因此，该软件系统对更改动刀齿数是非自动、不方便的。而我们改进的切粒机将克服该老系统软件缺陷，30/40齿算法将自动切换。

为了保证项目和系统的先进性，我们在扩产项目中，改进了电气控制，PLC采用SIEMENS-S7-300，所有信号通信采用PROFIBUS(包括与DCS，变频器，操作面板)，代表了当今先进的控制系统潮流。

4　模型建立，软件模块设计

4.1联锁及安全控制软件介绍

与老切粒机系统相似，主要控制由下列模块组成：

FC64：切片干燥器风机联锁控制

FC3：切粒机“开/停”联锁控制

FC12：联锁气缸控制

FC4：伸缩板联锁控制

FC18：刮板动作联锁控制

FC5：水流量联锁控制

FC7：铸监视控制

FC8：信号联锁控制

FB60：故障识别及报警

FC66：系统初试化

以上模块是切粒机重要控制功能块，它保证了切粒机正常及安全工作，限于篇幅关系，模块内部功能就不展开讨论。

4.2切粒机罗拉及动刀速度关系模型推导

变频器频率和电机转速之间关系：(推导过程略)

∴ F1=V*2*P1/(60*π*D)

F2=n1*KF*P2/(1000*60*π*D)

V：喂入铸带线速度

n1：罗拉电机转速

n2：动刀电机转速

F1：罗拉电机变频器频率给定

F2：动刀电机变频器频率给定

D：罗拉直径

Ne：电机转速

P：电机极对数

KF：切片长度系数

我们将所有有关罗拉及动刀速度计算，输入，输出组成总的功能块FB72，其内部由此6个子模块组成。

NETWORK1：罗拉电机速度检测模块

NETWORK2：由外部罗拉速度给定及反馈信号计算罗拉变频器给定值模块

NETWORK3：动刀电机检测模块NETWORK4：铸带速度检测模块

NETWORK5：罗拉及动刀电机速度超速输出模块

NETWORK6：罗拉及动刀电机频率公式计算及输出模块

4.3程序流程及源程序编制

因篇幅关系具体流程图不在此列出。

5　系统实际运行与测试

我们完成硬件安装、调试、软件修改及联调后，开车后一次投用成功。

实际试验各个设备速度数据与理论值非常接近，精度达到+-0.5%。

6　总结与展望

通过8万吨扩产项目控制中特别是“新一代切粒机系统改进及应用”，可以清晰地得出以下结论：

6.1软件强大的开放性

采用S7编制的新的30/40齿算法，成功解决了原程序中30 齿/40齿程序不能自动计算，切换等重大缺陷，而且保证了其它参数的变换，更改都不须更换程序，而能精确的使输出值跟随输入值变化。保证了整个系统的快速跟随性与动态精度，达到0.5%，大大优于原3%的精度误差。

6.2软件系统的可靠性

采用新的算法模式，利用S7软件平台的强大功能使大容量计算需要的中间变量大大减少，提高了整个软件算法的可靠性。

6.3极大的经济性

最小化的布线方式和最大化的网络拓扑使得系统的接线成本和维护成本大大降低。

因此，从以上项目中可以看出，采用新的算法模式及控制软件，以及采用PROFIBUS通讯技术等多种技术上的创新点，使得新一代切粒机控制系统无论是从产品适用性，还是各种动、静态性能指标都得到极大的提高。

张立江，1983年毕业于上海铁道大学机车电传动专业，高级工程师，从事机车电力传动和控制设计研发工作。

作者简介：