基于PROFIBUS總線的食品生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)
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第二級(jí)為控制程序過程處理站，它由西門子 S7 - 400系列的CPU416 - 2DP，CP443 - 1和 CP443-5組成。它是控制系統(tǒng)的核心，一方面通過現(xiàn)場(chǎng)總線采集的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，根據(jù)控制程序，流程和配方對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行控制，對(duì)于 PIOFIBUS - DP子網(wǎng)2中的智能從站，過程處理站只負(fù)責(zé)工藝參數(shù)控制指令的收集和發(fā)布。另一方面，過程處理站將所有和有關(guān)數(shù)據(jù)通過SIMATIC NET通訊處理器CP443 - 1接人工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)(OSM，10M／100Mbps)連接到操作管理站計(jì)算機(jī)。
第三級(jí)為監(jiān)控操作管理站。監(jiān)控操作管理站計(jì)算機(jī)位于中央控制室，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)果凍生產(chǎn)廠的煮料車間控制設(shè)備，調(diào)香車間控制設(shè)備和消毒烘干控制設(shè)備的監(jiān)控，操作員站和管理員站各安裝 SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)卡(CPl613)接入 OSM，通訊速率達(dá)1OOMbps。
3 控制系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)
3．1 監(jiān)控與管理系統(tǒng)軟件
計(jì)算機(jī)監(jiān)控和管理系統(tǒng)軟件的特點(diǎn)是，負(fù)責(zé)接收從過程處理站(CPU416 - 2DP)送來的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和過程狀態(tài)，生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，提供顯示畫面和操作畫面，操作人員通過它對(duì)整個(gè)果凍食品廠煮料車間，調(diào)香車間，消毒烘干車間各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和操作，以及參數(shù)整定，系統(tǒng)功能組態(tài)，工藝參數(shù)的更改等工作。Wonderware公司的HMI組態(tài)軟件In touch8．0提供了強(qiáng)大的功能，數(shù)據(jù)采集和更新速度快，支持標(biāo)準(zhǔn)DDE，fast DDE，netDDE，OPC，Won derware SuitLink等設(shè)備通訊協(xié)議。本系統(tǒng)采用兩套Intouch8．0組態(tài)軟件運(yùn)行于兩臺(tái)西門子工控機(jī)上，組成計(jì)算機(jī)監(jiān)控和管理系統(tǒng)的雙機(jī)冗余系統(tǒng)。
監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件的主要功能：
自動(dòng)控制功能：根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，產(chǎn)品生產(chǎn)配方設(shè)定各工藝過程控制參數(shù)，如對(duì)煮料罐和調(diào)香罐的溫度控制，管路中果凍流體的流向控制；消毒池，冷卻池和烘干室溫度控制；消毒時(shí)間控制，冷卻時(shí)間控制，烘干時(shí)間控制；對(duì)各個(gè)機(jī)械手的控制等。
監(jiān)視功能：形象動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)地在屏幕上顯示各車間的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，各工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)流程圖。
管理功能：煮料罐和調(diào)香罐溫度實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)圖，報(bào)警報(bào)表生成；消毒池和冷卻池溫度實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)圖，報(bào)警報(bào)表生成；烘干室溫度實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)圖，報(bào)警報(bào)表生成等。
系統(tǒng)安全：根據(jù)生產(chǎn)需要，設(shè)定操作訪問權(quán)限，有效防止錯(cuò)誤操作。系統(tǒng)具有聲光報(bào)警時(shí)顯示終端發(fā)出聲音，提醒值班人員，并有報(bào)警消息和畫面，以便值班人員作出相應(yīng)的處理。
3．2 煮料和調(diào)香過程控制
煮料車間和調(diào)香車間要控制的設(shè)備很多，單是需控制的氣動(dòng)蝶閥有近千個(gè)，攪拌電機(jī)48個(gè)，蒸汽比例閥48個(gè)，還有管道泵等，但每一套煮料系統(tǒng)和調(diào)香系統(tǒng)都是相對(duì)獨(dú)立的。煮料和調(diào)香工藝過程中最主要的工藝參數(shù)是罐內(nèi)的溫度，共有48路溫度需要控制，采用48路參數(shù)自調(diào)整模糊控制器對(duì)
所有煮料罐和調(diào)香罐的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制，所有程序都在控制程序過程處理站CPU416 - 2DP中。
3．3 消毒烘干過程控制
消毒烘干車間主要對(duì)灌裝后的塑杯果凍進(jìn)行殺菌，消毒冷卻成形，以及烘干處理。共有生產(chǎn)線12條，每條線由一個(gè)S7 - 200的CPU226加上相應(yīng)I／O模塊來控制，并配有單色觸摸屏MT509L用于現(xiàn)場(chǎng)操作。每條線的消毒池溫度，冷卻池溫度，烘干室溫度控制分別由三個(gè)參數(shù)自調(diào)整模糊控制器完成。消毒時(shí)間，冷卻時(shí)間和烘干時(shí)間則由 CPU226通過D／A模塊控制變頻器調(diào)速來實(shí)現(xiàn)。所有控制的工藝參數(shù)既可以通過中央控制室計(jì)算機(jī)設(shè)定，也可以在本地的觸摸屏上設(shè)定。
4 參數(shù)自調(diào)整模糊控制設(shè)計(jì)
果凍食品生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)中最重要是溫度工藝參數(shù)的控制，共有83個(gè)控制回路。采用下面提出的參數(shù)自調(diào)整模糊控制器算法來實(shí)現(xiàn)對(duì)各點(diǎn)的溫度控制。
設(shè)E為誤差輸入變量e的模糊變量，EC為誤差變化輸入變量ec的模糊變量，U為控制輸出變量u的模糊變量，且E=Ke*e，EC=Kec*ec，U=Ku*u，其中Ke，Kec，Ku為模糊量化因子。
設(shè)模糊變量E，EC和U的論域同為[ - 12， - 11，．．．， - 1，0，1，．．．，11，12，]
則模糊控制器算法為：
U=a1*E+(1 - a1)*EC
E=±1，±2，±3 0U=a2*E+(1 - a2)*EC
E=±4，±5，±6，±7，±8 0U=a3*E+(1 - a3)*EC
E=±9，±10，±11，±12 0上述算法在S7 - 200 CPU 226和S7 - 400 CPU 416中實(shí)現(xiàn)比較容易。為方便調(diào)試，可在觸摸屏上設(shè)定模糊控制器參數(shù)，不過要設(shè)定參數(shù)修改權(quán)限，防止其它人修改模糊控制器參數(shù)。
5 結(jié)論
果凍食品生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)工程采用國(guó)外先進(jìn)的HMI組態(tài)軟件作計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面，西門子的 S7 - 400CPU作控制程序過程處理站，ET200M模塊作為現(xiàn)場(chǎng)I／O子站，CPU226和EM277作為智能從站，結(jié)合以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成三級(jí)架構(gòu)。控制系統(tǒng)運(yùn)行速度高，數(shù)據(jù)交換速度快，可靠性和容錯(cuò)能力強(qiáng)。該系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過一年的運(yùn)行，它不僅具有功能強(qiáng)，可靠和穩(wěn)定的特點(diǎn)，還具有良好的可擴(kuò)展性和維護(hù)性，提高了果凍食品生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
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評(píng)論