基于S7-300PLC的紙張質量控制系統(tǒng)

1引言

　　目前，國內大型的造紙廠對紙張定量水分的控制系統(tǒng)的策略是進口關鍵單元，如定量水分傳感器和變送器、掃描架、控制器、關鍵的機械部件等，控制部分用國內的技術及裝置，組成完整的品控生產線，即滿足了控制要求，而且節(jié)省了半數(shù)的投資。在本項目控制系統(tǒng)中，選用工控計算機作為操作站和工程師站，選用西門子s7-300plc作為主站和從站，網絡通訊采用以太網和profibus現(xiàn)場總線?？刂撇呗圆捎弥悄茴A測控制。

2系統(tǒng)組成

　　掃描架帶動定量和水分變送器在線檢測，檢測信號在計算機內通過數(shù)字濾波計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，此過程是通過目標值和反饋控制系統(tǒng)來實現(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的o形掃描架系統(tǒng)掃描架和定量水分信號通過tcp/ip協(xié)議和os站交換數(shù)據。impact公司的掃描架系統(tǒng)可以方便的對定量水分控制進行擴充，如檢測和控制紙張的厚度、灰分、白度、平滑度、橫向分布等。此控制系統(tǒng)引進傳感器型號如下：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)場控制站）功能設計

　?。?） 與變送器、執(zhí)行器一起構成具有自動調節(jié)能力的控制站。

　?。?）對現(xiàn)場送來的信號進行處理轉換，變成計算機能處理的信號。

　　（3） 把輸出信號轉化成現(xiàn)場執(zhí)行器的控制信號。

　　（4）具有相應的擴展輸入/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）進行數(shù)據通訊的接口。

　?。?）具備一個主控制板，能執(zhí)行設定好的控制算法。

　?。?）通過profibus-dp現(xiàn)場總線實現(xiàn)與從站和os進行數(shù)據通信?？紤]到系統(tǒng)性能和性價比，可編程控制器采用西門子s7-300plc。其特點是：模塊化、易于擴展、通信穩(wěn)定、運行可靠。s7具有開放性的網絡結構適應于windows nt/2000和windows xp標準操作系統(tǒng)支持dde/opc，可通過以太網與企業(yè)上位信息管理系統(tǒng)連為一體。通過profibus-dp現(xiàn)場總線實現(xiàn)i/o與控制器功能處理分散，可進行遠程擴展，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性和可操作性?？梢酝ㄟ^計算機或觸摸屏設定各個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

　　根據控制系統(tǒng)的要求，采用s7-300系列的plc來進行組態(tài)。對于控制系統(tǒng)的plc，首先，由于控制系統(tǒng)的i/o點數(shù)（本系統(tǒng)為110個點）不多，程序量不大，通過經驗公式計算所需存儲器容量（存儲器容量（kb）=（1.1～1.25）×（di×10+do×5+ai/a0×100）/1024），根據存儲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；模擬信號輸入：所有的現(xiàn)場參數(shù)，由各自的變送器進行檢測，通過相應的變送器轉換為4～20ma的標準信號與plc系統(tǒng)的模擬量輸入通道連接。選用模塊為sm331/ai8（2塊）；開關量輸入：主要是一些控制按鈕、急停按鈕、限位開關、行程開關等，選用sm321di16（2塊）；模擬信號輸出4～20ma的調節(jié)信號通過d/a模塊輸出，完成各回路中的調節(jié)器的控制。閥門采用氣動調節(jié)閥，通過電氣閥門定位器接受4～20ma電流調節(jié)信號。選用模塊為sm332/ao8（2塊）；開關信號輸出：包括一些運行狀態(tài)顯示、報警等。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)運行可靠穩(wěn)定，在信號的采集和控制通道中充分采用系統(tǒng)隔離技術。所有現(xiàn)場傳感器信號通過隔離器或配電器進入plc的模擬信號采集通道，所有現(xiàn)場的開關信號及閥門的控制信號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入沖漿泵的紙漿濃度和流量，濃度通過濃度的自動控制系統(tǒng)來調節(jié)。

　　（2）上漿流量控制回路

　　將流量計和相應的控制閥安裝在沖漿泵的入口的管道上，實現(xiàn)對上漿流量的控制。根據一定的定量控制算法，改變流量設計值的大小。定量閥采用btg公司的，流量計采用橫河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，采用分段控制方式。分別對施膠前烘缸組（2缸）和施膠后烘缸組（6缸）壓力進行順序控制和定值控制，實現(xiàn)紙張水分的控制。

　?。?）定量水分測控系統(tǒng)

　　定量和水分儀的探頭安裝在o型掃描架上，隨掃描架的來回移動對紙張連續(xù)掃描檢測，檢測信號通過網絡傳輸給計算機進行處理。并在計算機屏幕上實時顯示定量水分橫向分布圖和和縱向趨勢圖。與此同時計算機通過檢測值和設定值之間的偏差根據一定的控制算法發(fā)出控制信號，分別調節(jié)定量閥和烘缸蒸汽閥，使定量水分保持相對穩(wěn)定。