基于S7-300PLC的紙張質(zhì)量控制系統(tǒng)

1引言

　　目前，國(guó)內(nèi)大型的造紙廠對(duì)紙張定量水分的控制系統(tǒng)的策略是進(jìn)口關(guān)鍵單元，如定量水分傳感器和變送器、掃描架、控制器、關(guān)鍵的機(jī)械部件等，控制部分用國(guó)內(nèi)的技術(shù)及裝置，組成完整的品控生產(chǎn)線，即滿足了控制要求，而且節(jié)省了半數(shù)的投資。在本項(xiàng)目控制系統(tǒng)中，選用工控計(jì)算機(jī)作為操作站和工程師站，選用西門(mén)子s7-300plc作為主站和從站，網(wǎng)絡(luò)通訊采用以太網(wǎng)和profibus現(xiàn)場(chǎng)總線?？刂撇呗圆捎弥悄茴A(yù)測(cè)控制。

2系統(tǒng)組成

　　掃描架帶動(dòng)定量和水分變送器在線檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)在計(jì)算機(jī)內(nèi)通過(guò)數(shù)字濾波計(jì)算出定量水分的平均值，用定量閥控制紙張的絕干定量，用烘缸蒸汽壓力給定值控制紙業(yè)水分，此過(guò)程是通過(guò)目標(biāo)值和反饋控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)主要組成部分如圖1所示。

　　2.1 掃描架部分

　　掃描架選用impact公司的b/m傳感器變送器及相應(yīng)的o形掃描架系統(tǒng)掃描架和定量水分信號(hào)通過(guò)tcp/ip協(xié)議和os站交換數(shù)據(jù)。impact公司的掃描架系統(tǒng)可以方便的對(duì)定量水分控制進(jìn)行擴(kuò)充，如檢測(cè)和控制紙張的厚度、灰分、白度、平滑度、橫向分布等。此控制系統(tǒng)引進(jìn)傳感器型號(hào)如下：o型掃描架1880mm（1880mm advantage plus o-frame scanner）；單邊掃描架1880mm（1880mm single sided frame）；定量傳感器－钷147（basic weight sensor-pm147）；水分傳感器-鎢136（basic moisture sensor-w136）；輕觸式厚度傳感器（light touch air-bearing caliper senor）。

　　2.2 fcs（現(xiàn)場(chǎng)控制站）功能設(shè)計(jì)

　?。?） 與變送器、執(zhí)行器一起構(gòu)成具有自動(dòng)調(diào)節(jié)能力的控制站。

　?。?）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換，變成計(jì)算機(jī)能處理的信號(hào)。

　?。?） 把輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器的控制信號(hào)。

　?。?）具有相應(yīng)的擴(kuò)展輸入/輸出（i/o）模塊，可完成輸入/輸出處理。

　?。?） 具有與監(jiān)控操作站（os/oe）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的接口。

　　（6）具備一個(gè)主控制板，能執(zhí)行設(shè)定好的控制算法。

　?。?）通過(guò)profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)與從站和os進(jìn)行數(shù)據(jù)通信?？紤]到系統(tǒng)性能和性價(jià)比，可編程控制器采用西門(mén)子s7-300plc。其特點(diǎn)是：模塊化、易于擴(kuò)展、通信穩(wěn)定、運(yùn)行可靠。s7具有開(kāi)放性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適應(yīng)于windows nt/2000和windows xp標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)支持dde/opc，可通過(guò)以太網(wǎng)與企業(yè)上位信息管理系統(tǒng)連為一體。通過(guò)profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)i/o與控制器功能處理分散，可進(jìn)行遠(yuǎn)程擴(kuò)展，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性和可操作性?？梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)或觸摸屏設(shè)定各個(gè)控制及連鎖邏輯控制回路的控制周期及掃描周期。plc與os站的通訊接口模塊采用cp340。

　　2.3硬件配置

　　根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，采用s7-300系列的plc來(lái)進(jìn)行組態(tài)。對(duì)于控制系統(tǒng)的plc，首先，由于控制系統(tǒng)的i/o點(diǎn)數(shù)（本系統(tǒng)為110個(gè)點(diǎn)）不多，程序量不大，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所需存儲(chǔ)器容量（存儲(chǔ)器容量（kb）=（1.1～1.25）×（di×10+do×5+ai/a0×100）/1024），根據(jù)存儲(chǔ)器容量大小選擇主控模塊為cpu314即可。

　　供電模塊：10a的ps307；中央處理器（cpu）：選用cpu314；模擬信號(hào)輸入：所有的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，由各自的變送器進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)相應(yīng)的變送器轉(zhuǎn)換為4～20ma的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與plc系統(tǒng)的模擬量輸入通道連接。選用模塊為sm331/ai8（2塊）；開(kāi)關(guān)量輸入：主要是一些控制按鈕、急停按鈕、限位開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)等，選用sm321di16（2塊）；模擬信號(hào)輸出4～20ma的調(diào)節(jié)信號(hào)通過(guò)d/a模塊輸出，完成各回路中的調(diào)節(jié)器的控制。閥門(mén)采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通過(guò)電氣閥門(mén)定位器接受4～20ma電流調(diào)節(jié)信號(hào)。選用模塊為sm332/ao8（2塊）；開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出：包括一些運(yùn)行狀態(tài)顯示、報(bào)警等。選用模塊為sm322/do32（1塊）；通訊模塊：選用r485接口的cp340（1塊）。為了保證控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，在信號(hào)的采集和控制通道中充分采用系統(tǒng)隔離技術(shù)。所有現(xiàn)場(chǎng)傳感器信號(hào)通過(guò)隔離器或配電器進(jìn)入plc的模擬信號(hào)采集通道，所有現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)及閥門(mén)的控制信號(hào)采用中間繼電器隔離。

　　2.4系統(tǒng)控制回路

　?。?） 上漿濃度控制回路

　　影響定量的只要因素是進(jìn)入沖漿泵的紙漿濃度和流量，濃度通過(guò)濃度的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)。

　?。?）上漿流量控制回路

　　將流量計(jì)和相應(yīng)的控制閥安裝在沖漿泵的入口的管道上，實(shí)現(xiàn)對(duì)上漿流量的控制。根據(jù)一定的定量控制算法，改變流量設(shè)計(jì)值的大小。定量閥采用btg公司的，流量計(jì)采用橫河ae215mg-as2-pnj-ain/br/sct。

　?。?）蒸汽壓力控制回路

　　本系統(tǒng)為三段供汽方式的8缸紙機(jī)，采用分段控制方式。分別對(duì)施膠前烘缸組（2缸）和施膠后烘缸組（6缸）壓力進(jìn)行順序控制和定值控制，實(shí)現(xiàn)紙張水分的控制。

　?。?）定量水分測(cè)控系統(tǒng)

　　定量和水分儀的探頭安裝在o型掃描架上，隨掃描架的來(lái)回移動(dòng)對(duì)紙張連續(xù)掃描檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。并在計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)顯示定量水分橫向分布圖和和縱向趨勢(shì)圖。與此同時(shí)計(jì)算機(jī)通過(guò)檢測(cè)值和設(shè)定值之間的偏差根據(jù)一定的控制算法發(fā)出控制信號(hào)，分別調(diào)節(jié)定量閥和烘缸蒸汽閥，使定量水分保持相對(duì)穩(wěn)定。