0 引言
吉化公司氯磺化聚乙烯自動送料系統(tǒng)采用以PLC、觸摸屏、稱重控制儀表等相結(jié)合的控制方式。該系統(tǒng)是由A、B兩套完全相同又相互獨(dú)立的子系統(tǒng)構(gòu)成，A、B兩套系統(tǒng)可以同時(shí)進(jìn)行送料工作，也可以單獨(dú)或循環(huán)等方式進(jìn)行送料工作。控制系統(tǒng)中主要是通過觸摸屏選擇系統(tǒng)的工作方式，再由PLC驅(qū)動各執(zhí)行部件完成各項(xiàng)命令，同時(shí)各部件的執(zhí)行情況實(shí)時(shí)反饋到PLC中，使整個系統(tǒng)形成閉環(huán)控制。
本系統(tǒng)根據(jù)用戶的要求選用60點(diǎn)歐姆龍CPM-2A主機(jī)和2個20點(diǎn)的擴(kuò)展模塊。所有需要PLC處理的輸入和輸出信號都是開關(guān)量信號，點(diǎn)數(shù)雖然比較多，但大部分是為了構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)而安裝的反饋信號、手動所需要的按鈕信號、報(bào)警信號。控制程序雖然比較簡
單，但卻比較繁瑣，要把各種可能發(fā)生的情況都要考慮到，才能使系統(tǒng)安全可靠地進(jìn)行工作。
觸摸屏選用的是6英寸羅升單色觸摸屏，畫面比較小，而手動和自動的按鈕比較多，報(bào)警信號的輸出點(diǎn)也很多，所以采用多頁畫面（46頁）層層嵌套、相互互鎖的方式編制觸摸屏的畫面程序。例如：打開機(jī)器后，觸摸屏首先顯示主畫面，主畫面中有A、B兩個子系統(tǒng)和總的報(bào)警系統(tǒng)3個按鈕；當(dāng)按“A”按鈕時(shí),就會進(jìn)入A系統(tǒng)的二級畫面，將出現(xiàn)自動、手動、返主頁3個按鈕；當(dāng)按“自動”按鈕進(jìn)入自動狀態(tài)的三級畫面，將出現(xiàn)起動、停止、返主頁和上一頁4個按鈕…… 當(dāng)系統(tǒng)有報(bào)警輸出時(shí)，觸摸屏能夠自動彈出發(fā)生報(bào)警的執(zhí)行部件畫面，畫面一直在閃爍，同時(shí)控制柜面板上的報(bào)警鈴響起，直到故障排除后才能恢復(fù)正常。
1 送料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖1是一套子系統(tǒng)的示意圖，另一套的與它完全相同。A、B兩套送料子系統(tǒng)均由以下幾個主要部分組成：
（1）前期儲料罐。罐內(nèi)裝有射頻導(dǎo)納物位開關(guān)，當(dāng)料位達(dá)到一定高度時(shí)（即射頻導(dǎo)納物位開關(guān)有信號送給PLC時(shí)），系統(tǒng)才可以進(jìn)行送料工作。儲料罐下面的出料口處有一個星型加料閥a，星型加料閥的運(yùn)行、停止及開、關(guān)到位，都有位置信號反饋。
（2）稱重料斗。它位于前期儲料罐下，有3個稱重傳感器安裝在料斗下進(jìn)行每次送料的稱重工作。稱重料斗下有一個星型加料閥b和一個氣動閘板門，星型加料閥b和氣動閘板門的運(yùn)行、停止及開、關(guān)到位，都有位置信號反饋。
（3）送料風(fēng)道。通過羅茨風(fēng)機(jī)形成的動力風(fēng)道將氯磺化聚乙烯原料輸送到反應(yīng)釜，羅茨風(fēng)機(jī)的起動、停止通過軟起動器控制。
（4）反應(yīng)釜。它的入口處有一個星型加料閥c和一個電動蝶閥，星型加料閥c和電動蝶閥的運(yùn)行、停止及開、關(guān)到位，都有位置信號反饋。
2 系統(tǒng)的工作方式
當(dāng)系統(tǒng)需要送料時(shí)，無論是自動狀態(tài)還是在手動狀態(tài)，系統(tǒng)的正確工作方式為：
當(dāng)物位開關(guān)有信號時(shí)，首先打開前期儲料罐下的星型加料閥a，使氯磺化聚乙烯原料靠重力自然進(jìn)入稱重料斗，當(dāng)稱重料斗內(nèi)的氯磺化聚乙烯原料達(dá)到設(shè)定的重量（1t）時(shí)，關(guān)閉前期儲料罐下的星型加料閥a，然后起動羅茨風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時(shí)，再打開稱重料斗下的氣動閘板門、星型加料閥b，幾秒延時(shí)后，再打開反應(yīng)釜上的星型加料閥c和電動蝶閥。此時(shí)進(jìn)入管道的氯磺化聚乙烯原料靠羅茨風(fēng)機(jī)形成的風(fēng)力進(jìn)入反應(yīng)釜。當(dāng)稱重料斗內(nèi)的氯磺化聚乙烯原料已經(jīng)全部進(jìn)入管道時(shí)（即稱重控制儀又回到0值輸出），關(guān)閉氣動閘板門、星型加料閥b。延時(shí)一段時(shí)間后關(guān)閉羅茨風(fēng)機(jī)，反應(yīng)釜上的電動蝶閥、星型加料閥c。此時(shí)一次送料工作完成。系統(tǒng)等待下次送料的命令。
A、B兩套系統(tǒng)的工作方式完全相同，起動哪一套系統(tǒng)工作由操作者控制。由于系統(tǒng)完成一次送料工作的時(shí)間比較短（不到5min），所以在程序中設(shè)計(jì)了幾種工作方式：A系統(tǒng)工作5次后，B系統(tǒng)再工作5次，依次往復(fù)循環(huán)；A、B系統(tǒng)順序工作，即A系統(tǒng)工作1次，B系統(tǒng)工作1次；只一個系統(tǒng)工作；同時(shí)工作。可以通過觸摸屏內(nèi)的一個窗口畫面進(jìn)行選擇。系統(tǒng)中的A、B兩套送料子系統(tǒng)都具有自動和手動兩種工作方式，自動和手動工作方式可以在觸摸屏上選擇，也可以通過遠(yuǎn)程按鈕開關(guān)來選擇，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制方式。
3 系統(tǒng)的控制方式設(shè)計(jì)
系統(tǒng)是以PLC為控制核心，觸摸屏與PLC間是通過通信方式進(jìn)行交換信息；稱重傳感器將模擬信號傳送給稱重控制儀表，再通過稱重控制儀表對傳感器送來的信號進(jìn)行分析和處理后以開關(guān)量的形式送入PLC中；軟起動器的起動和停止也是通過PLC控制，同時(shí)軟起動器的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)反饋回PLC中。圖2為一套系統(tǒng)的控制框圖，兩套子系統(tǒng)完全一樣。
3.1 手動工作方式
手動工作時(shí)，可以通過各執(zhí)行部件的起動和停止按鈕來控制各部件的起動和停止，這些按鈕均在觸摸屏上（或遠(yuǎn)程控制柜內(nèi)）。通過觸摸屏與PLC間的通信，由PLC實(shí)現(xiàn)所需要的動作，動作是否完成，由各執(zhí)行部件的開、關(guān)是否到位的位置信號反饋到PLC中。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，執(zhí)行部件沒能完成任務(wù)（即各閥門沒有開、關(guān)到位，或風(fēng)機(jī)沒有正常運(yùn)轉(zhuǎn)），系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號，提示操作人員系統(tǒng)出現(xiàn)故障，并在觸摸屏上顯示出現(xiàn)故障的地點(diǎn)，同時(shí)系統(tǒng)無法進(jìn)行下一步的工作，直到故障排除。如果A系統(tǒng)發(fā)生故障，不影響B(tài)系統(tǒng)的正常工作。
3.2 自動工作方式
自動工作時(shí)，系統(tǒng)首先檢查各執(zhí)行部件是否都處在原位狀態(tài)。即星型加料閥、電動蝶閥、氣動閘板門是否關(guān)到位；射頻導(dǎo)納物位開關(guān)是否有信號；稱重傳感器是否0輸出等。如果某個原位信號沒有，那么系統(tǒng)將無法自動運(yùn)行，必須切換到手動狀態(tài)，使沒有處在原位的執(zhí)行部件回歸到原位狀態(tài)。射頻導(dǎo)納物位開關(guān)如果沒有信號，說明前期儲料罐內(nèi)沒有足夠的氯磺化聚乙烯原料可以進(jìn)行送料工作，此時(shí)只能等待。在觸摸屏上也給出原位信號指示，提示操作者此時(shí)系統(tǒng)是否處在原位狀態(tài)。當(dāng)原位狀態(tài)滿足時(shí)，系統(tǒng)就會按照系統(tǒng)各部件的工作順序進(jìn)行依次起動和停止。同時(shí)自動檢查各執(zhí)行部件的執(zhí)行情況，實(shí)時(shí)反饋給PLC，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。一個子系統(tǒng)處于自動運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，另一個子系統(tǒng)可以是自動狀態(tài)運(yùn)行，也可以是手動狀態(tài)運(yùn)行，或不運(yùn)行。程序流程圖見圖3所示。
4 觸摸屏與PLC間的通信
只有觸摸屏與PLC之間能夠通信，才能使系統(tǒng)正常工作。首先要進(jìn)行通信格式的設(shè)定：必須使兩者所設(shè)定的“通信格式”、“站號”、“傳輸速度”、“資料格式”等全部相同，然后再按正確的連線方式連接通信電纜。通信格式設(shè)定見表1。
通信格式按要求設(shè)定好以后，通過RS-232通信電纜將觸摸屏與PLC之間連接起來，具體的連接方式如圖4所示。
5 結(jié)語
此套系統(tǒng)已經(jīng)投入正常運(yùn)行，在現(xiàn)場調(diào)試中，也出現(xiàn)了一些設(shè)計(jì)中沒有考慮到的問題，雖然都是一些比較容易解決的，但它提示我們在設(shè)計(jì)工控系統(tǒng)時(shí)，還是應(yīng)該首先取得現(xiàn)場的第一手材料，對整個系統(tǒng)中的各個執(zhí)行部件的工作環(huán)境和工作特性要完全了解。同時(shí)在工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，為下一次設(shè)計(jì)提供寶貴的實(shí)踐知識。
作者創(chuàng)新點(diǎn)：本文是對現(xiàn)今化工廠普遍使用的實(shí)際工程進(jìn)行的技術(shù)改造，采用了小型PLC作為控制核心，并根據(jù)現(xiàn)場的特殊性，選擇了觸摸屏與按鈕并行的操作方式，使工作人員更加方便、快捷的完成控制。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，程序結(jié)構(gòu)清晰。系統(tǒng)成本較低，并使系統(tǒng)性能更加完善、可靠。
（作者簡介：鄭文波（1965-），副教授，主要從事工業(yè)控制、光電檢測等方面的研究。
收稿日期：2009-10-16）
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