1 引言
長城潤滑油分公司是中國石化潤滑油公司下屬最大的專業(yè)潤滑油生產(chǎn)企業(yè)，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，對油品包裝的速度和精度以及生產(chǎn)管理的信息化都提出了更高的要求。因此為了滿足這些需要，我們?yōu)樾律a(chǎn)線的控制部分進行了全新的設計?，F(xiàn)就其中有代表性的灌裝機控制系統(tǒng)和整條生產(chǎn)線工業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計情況介紹如下。
2 灌裝機控制系統(tǒng)的設計
2.1 工藝要求
為了能夠滿足多品種、高精度的快速生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝上給我們提出了如下的要求:
(1) 要在滿足灌裝精度高于0.5%的前提下能夠達到最快每分鐘80桶的灌裝速度;
(2) 整條生產(chǎn)線能夠適應從1~5立升容積包裝的灌裝，并且可以單桶灌裝，使油品在切換時的損失降到最低;
(3) 要具有較高的機動性、適應性，使設備換型的時間最短并且操作簡便;
(4) 要求具有根據(jù)產(chǎn)品溫度來自動調(diào)整灌裝量的功能，操作自動化程度高;
(5) 具有網(wǎng)絡功能，將生產(chǎn)線各臺設備聯(lián)網(wǎng)后可進行集中監(jiān)控，并且可以與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行連接，以提高生產(chǎn)及設備的管理效率;
(6) 保證在油品灌裝過程中沒有泄漏和外濺的現(xiàn)象，符合HSE體系的環(huán)保要求。
2.2 控制系統(tǒng)的硬件組成
(1) 為達到工藝上提出的要求，在與機械設計配合的基礎上，我們對電氣及自控方面提出了如下的方案:
為了滿足灌裝精度和速度的要求，在灌裝部分，我們采用了以司服電機作為主電機的定容式灌裝設計，因為司服電機控制系統(tǒng)具有控制精度高、速度快、穩(wěn)定和調(diào)整設定方便等特點。而在容器灌裝前后的輸送部分采用了直線式設計;傳送帶部分采用了變頻調(diào)速控制;并且設計了一套自動的滑動分桶器，與傳動帶配合來達到將灌裝后的半成品與空容器快速分開并將其帶離灌裝機的目的。
采用直線定容式灌裝的設計，最大限度的節(jié)省了產(chǎn)品換型時間，提高了生產(chǎn)機動性和工作效率。
根據(jù)不同產(chǎn)品的溫度特性通過PLC程序模塊的設計和選擇，可以完成自動調(diào)容的要求。
對于環(huán)保的要求，我們是通過軟件和硬件的設計共同完成的，硬件上我們采用了司服電機控制系統(tǒng)和變頻調(diào)速控制，與硬件相配合在軟件上我們設計了各種速度及灌裝過程中每個階段的加速度和減速度的分別調(diào)整，這樣我們就可以根據(jù)實際情況將設備調(diào)整到合適的狀態(tài)，杜絕濺油、冒油的現(xiàn)象。
為了適應網(wǎng)絡控制的要求，我們采用了具有網(wǎng)絡功能，并且穩(wěn)定性較好的西門子S7-300 PLC控制系統(tǒng)。
在操作方面我采用每臺設備可利用觸摸屏進行單獨操作，或者通過聯(lián)網(wǎng)的計算機系統(tǒng)進行集中控制和監(jiān)控，操作界面非常直觀，使操作更加簡便高效。
(2) 控制系統(tǒng)硬件配置圖
控制系統(tǒng)硬件配置圖如圖1所示:
(3) 控制系統(tǒng)主要組成部分的選型
PLC系統(tǒng)的選擇:系統(tǒng)采用了SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-300系列PLC，由1個CPU315-2DP模塊、2個接口模塊IM365、模擬量輸入／輸出模塊SM335和模擬量輸出模塊SM332、2個高速計數(shù)模塊FM350、4個數(shù)字量輸入模塊SM321、3個數(shù)字量輸出模塊SM322組成了雙層機架的硬件組態(tài)結構。采用西門子的PLC系統(tǒng)是因為在CPU上同時集成了獨立的MPI和PROFIBUS-DP接口，不但可以方便的與人機設備相連，并且可以非常簡單的實現(xiàn)設備之間及設備與PC之間的聯(lián)網(wǎng)，具有強大的網(wǎng)絡功能;另外西門子的PLC S7-300系統(tǒng)還具有各種功能強大的模塊可以選擇，使用穩(wěn)定。具有較高的性價比，非常適合在包裝機械上應用。
灌裝主電機及其控制系統(tǒng):我們選擇了德國的SEW公司的MOVIDRIVE驅(qū)動器及帶編碼器反饋的電機系統(tǒng)，并采用電流矢量控制模式，通過豐富的參數(shù)設定來實現(xiàn)更高的控制精度和動態(tài)相應。輸送系統(tǒng)的變頻調(diào)速控制:我們采用了丹麥Danfoss公司的VLT5000型變頻器。因為他們都是相關領域內(nèi)的國際知名的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品技術領先，在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下能夠長期穩(wěn)定的運行。
操作界面:西門子的觸摸屏TP170A
設備控制網(wǎng)絡采用了西門子的PROFIBUS-DP 系統(tǒng)，將整條生產(chǎn)線的四臺主要設備和工程師管理PC系統(tǒng)通過PROFIBUS電氣中繼器和無微處理器CP5611連接為一個完整的PROFIBUS網(wǎng)絡，實現(xiàn)了生產(chǎn)線的實時監(jiān)控和動態(tài)管理。
2.3 控制系統(tǒng)的軟件設計
(1) 西門子模塊化編程介紹
西門子S7-300 PLC 采用SETP7編程軟件，SETP 7為程序設計提供了三種方法:線形化編程、模塊化編程、結構化編程。其中模塊化編程是把程序分成若干個程序塊，每個程序塊含有一些設備和任務的邏輯指令。在組織塊(OB1)中的指令決定控制程序的模塊的執(zhí)行。模塊化編程中的功能(FC)或功能塊(FB)控制著不同的過程任務，這些塊相當于主循環(huán)程序的子程序。這種編程方法非常易于幾個人同時編程，并且易于程序的調(diào)試和故障的查找。另外每次循環(huán)中不是所有的塊都執(zhí)行，只有需要時才調(diào)用相關的程序塊，CPU得到了更有效的利用。因此我們在軟件編程時采用了模塊化編程方法，將大的任務分解成相對獨立的小任務先分開進行編寫和檢測，最后統(tǒng)一下載調(diào)試，大大的提高了程序編制和調(diào)試的速度。
(2) 軟件編程步驟
描述和分析控制過程的具體的任務，并分成多個簡單的小任務;
繪制機械動作控制流程圖;
對S7-300 PLC 進行硬件組態(tài)和PROFIBUS網(wǎng)絡的組態(tài);
為每個任務模塊分配輸入和輸出點;
為每個任務模塊編制程序，并分別進行測試和修改，直到所有的任務模塊都完成;
將集成后的程序輸入PLC進行離線和在線調(diào)試。
(3) 灌裝機動作控制流程圖
程序流程框圖如圖2所示:
圖2 程序流程框圖
(4) 組織塊OB1的主要程序介紹，如圖3所示。
圖3 組織塊OB1的主要程序
3 生產(chǎn)線工業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計
3.1 網(wǎng)絡系統(tǒng)要達到的目的和實現(xiàn)的功能
(1) 實現(xiàn)分散控制集中管理的目的;
(2) 可以通過工程師PC工作站直接控制設備的操作和參數(shù)的修改;
(3) 對整條生產(chǎn)線進行自我監(jiān)控，將整條生產(chǎn)線的運行情況和故障情況進行實時的記錄和分類匯總，為合理安排設備的維修和保養(yǎng)工作提供了數(shù)據(jù)依據(jù);
(4) 可以和上一級的生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行連接，達到提高生產(chǎn)管理效率的目的;
(5) 對關鍵設備點的各種參數(shù)進行記錄，當超出正常工作范圍時報警，保證生產(chǎn)線的正常運行。
3.2網(wǎng)絡系統(tǒng)硬件的組成方案
為了實現(xiàn)設計要求的功能，我們采用了西門子的PROFIBUS網(wǎng)絡系統(tǒng)，具體的硬件結構設計如圖4所示:
3.3 網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件的組成
為了實現(xiàn)設計要求的功能，我們在軟件方面進行了系統(tǒng)的設計，力求通過組態(tài)軟件的強大功能來進一步提高生產(chǎn)線對包裝形式的適應能力和進行生產(chǎn)品種調(diào)整時的反應速度，簡化生產(chǎn)人員的操作和調(diào)整難度。
(1) PC工作站組態(tài)軟件的主畫面
主畫面如圖5所示:
(2) PC工作站組態(tài)軟件的其它畫面
組態(tài)軟件的二級畫面主要包括灌裝壓蓋機、稱重機、封箱機、碼跺機等主要設備的相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)的監(jiān)控和操作畫面，三級畫面為各類參數(shù)設定值的選擇和修改畫面。圖6-9為一些主要畫面的示例。
(3) PC工作站組態(tài)軟件的功能介紹
通過組態(tài)軟件我們第一實現(xiàn)了四臺主要設備的技術參數(shù)的監(jiān)控和統(tǒng)計工作，并且實現(xiàn)了與上一級生產(chǎn)管理的友好銜接，做到了整條生產(chǎn)線的運行狀況一目了然;二實現(xiàn)了對整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)狀態(tài)和故障詳細信息的實時記錄，為進一步的統(tǒng)計和分析提供了第一手的數(shù)據(jù)資料;第三提供了很多運行控制參數(shù)的曲線圖形和的修改界面，為生產(chǎn)人員隨時對生產(chǎn)線進行調(diào)整保證穩(wěn)定的運行狀態(tài)提供了直觀的依據(jù)，并且操作起來非常方便。
4 結束語
通過長時間實際生產(chǎn)的檢驗，整個系統(tǒng)非常穩(wěn)定，完全達到了生產(chǎn)部門對質(zhì)量和數(shù)量的要求。通過工業(yè)網(wǎng)絡更加方便的實現(xiàn)了生產(chǎn)管理人員對生產(chǎn)情況的實時管理;通過整套系統(tǒng)的自我監(jiān)控，將故障等信息進行了分類統(tǒng)計，更好地為維護人員有目的性的安排設備維修工作提供了完善的數(shù)據(jù)。大大提高了長城潤滑油公司油品生產(chǎn)的效率和能力。
