摘 要：大型挤出造粒生产线的开放型集散控制系统，采用组态软件进行主机与分布式智能仪表间的远距离通讯和控制，对系统的工艺流程、硬件配置、软件设计等进详细论述。
关键词：PLC 集散控制 串行通信 组态软件
随着塑料工业的飞速发展，各种大型塑料机械不断出现，技术上的竟争使挤出造粒生产线的控制系统也更趋多样、先进和完善。本文介绍为某大型石化公司设计的国产单机产量万吨级挤出造粒生产线控制系统。
随着塑料工业的飞速发展，各种大型塑料机械不断出现，技术上的竟争使挤出造粒生产线的控制系统也更趋多样、先进和完善。本文介绍为某大型石化公司设计的国产单机产量万吨级挤出造粒生产线控制系统。
1、工艺说明
工艺流程如图1所示。
1.1 物料气力输送
各种物料的准确传送与分配是挤出造粒机组正常生产的重要保障。多种物料通过单根管线全封闭输送，可以节省设备投资，减少占地空间，符合环保要求。该部分控制分为四个子系统。
1.1.1 B-101子系统
将A、B、C 三种物料分别从进料斗R-101A/B/C输送到原料料仓R-102A/B/C中。物料通过喂料器K-101A/B/C加入输送管线，由风机B-101通过两个换向阀H-102A/B旁通与直通 的切换，向3个原料仓中输送。物料在重力的作用下落至料仓，空气从仓顶的尾气放空管排出。各原料仓均设有料位计。在充装物料过程中，当物料达到料仓设定高位时，相应的进料喂料器立即停止进料，延时10秒扫线，确保输送管线中的物料吹扫干净。然后根据其它原仓中的料位高低，自动执行相应换向阀的换料向与喂料器的起停运转。
1.1.2 B-102子系统
物料从原料仓R-102A/B/C输送到原料贮料斗R-103A/B/C
的工艺过程与1.1基本相同。
1.1.3 B-103子系统
挤出造粒机组生产的成品颗粒料由选料 机Z-103筛选出合格产品，经喂料器K-103加入输送管线，由风机B-103通过换向阀H-104的切换输送到静态混合料仓R-104A/B中。
1.1.4 B-104子系统
成品物料经静态混合料仓R-104A/B的 均化干燥，由包装输送风机B-104经喂料器K-104A/B输送到包装料仓R-105中，由电子包装机定量称量、装袋、封口后，经运输皮带输送到成品库。
1.2 挤出造粒机组
挤出造粒机组根据生产物料工艺要求， 将各节筒体分别加热到相应的温度。各种物料按照配方，由电子计量秤精确计量，不断地加 入挤出机加料斗中。喂料机将加料斗中的物料搅拌混合注入进料口。主电机驱动双螺杆反向 挤压，使进料口中的物料由双螺杆的驱动经过 各节筒体并逐渐融化，充分反应均匀混合至机 头，由机头模板处的旋转切粒机将混合物料剪 切成颗粒，经水冷、风冷处理后的成品物料， 送入振动选料机。该部分控制分为三个子系统。
1.2.1 电子计量子系统
正常生产中，A/B/C三种物料，按每台秤设定的加料速率不断地从称量料斗R-A/B/C加入挤出机加料斗R-D中。电子秤控制器通过秤体上的重量传感器检测称量料斗中物料重量的变化，来控制计量秤底部下料电机转速的快慢，以保证下料量的稳定。当秤量料斗中物料的重量低于控制器设定的进料重量时，打开称量料斗和原料贮料斗间的气动阀门，向称量料斗中补料。当称量料斗中物料的重量高于电子 设定的补料重量时，关相应的气动阀门，停止补料。电子计量系统的精度和稳定性是生产 合格成品的重要保证。
1.2.2 温度控制子系统
每节筒体底部装有温度检测热电偶，由温控表控制每节筒体的温度，包括加热和冷却。加热介质为电加热铸铜加热器，冷却介质为去离子水。温控表通过双向PID调节，自动跟踪物料体系达到最佳控制效率。
2、控制系统配置
在物料气力输送中，旋转阀的换向、喂料器的起停、料仓的切换等都是由料仓中料位的高低决定的，所以料位检测必须准确、可靠。根据生产工艺要求和实际状况，原料仓R-102A/B/C和静态混合料仓R-104A/B中的料 位计选用进口射频导纳连续物位变送器，输出4-20mA电流信号。其余各料仓的料位计选用 阻旋式开关料位计。
主驱动电机为上海南洋电机厂600KW直流电机（定制），调速装置选英国欧陆590系列1580A带RS422通讯口的直流调速器。切 粒机的调速用三菱FRA700变频器。温控表为RKC 带 RS485通讯口高精度表。切粒机水温 检测选研华ADAM-4011D模块。动态电子计量秤控制器选德国申克公司INTECONT Plus控制器。
研华工控机，三菱FX2N可编程控制器，输入144点，输出 48点。根据I/O点数及PLC电源容量要求，PLC的基本单元选FX2N-64MR，1块扩展单元FX2N-32ER，6块数字量输入扩展模块FX2N-16EX，2块4通道模拟量输入模块FX2N-4AD。工控机COM1口通过编程电缆SC09与PLC编程口相连； ADAM-4520A将COM2口由232转换为485，与10块温控表通讯；由内插在工控机底板PCI插槽上的CP114S多串口卡扩展板的4个串口分别与主机590调速器、ADAM-4011D模块、变频器、电子计量秤控制器通讯。
3、控制软件设计
（1）整个系统各控制环节存在严格逻辑互锁关系，操作不当可能导致故障或事故。
（2）根据用户对配方、产量和自动化程度的不同要求，配置经常更改，涉及电机（辅机系统开关控制、主机系统交、直流调速与电流控制）、温控、计量、筒体熔压检测及机组报警处理等内容，控制系统设计复杂。
（3）采用独立温控仪表控制每节筒体温度，保证温控精度在 ±1℃。
（4）在物料气力输送中，由于不同物料经过同一输送管线输送，必须防止在输送过程 中发生物料的混杂和跑料事故。
为此，控制软件要求运行稳定、界面直观、操作简便、便于扩展。因此，对工控机以WindowsXP操作系统为运行平台，采用北京亚控公司组态软件kingview6.5为开发环境进行软件设计。工控机通过与各智能仪表及控制器 的通讯，实现对工艺参数的设置、监控与管理， 并根据各设备运行与报警状态进行互锁保护。
由于生产线控制操作规程多，物料输送及挤出造粒机组各部分存在复杂的逻辑互锁关系，必须尽可能避免因操作失误或参数设置不当引起的设备损坏。例如：在冷机、料温过低或油泵关闭的情况下强制起动主电机，可能导致双螺杆变形或扭断，酿成严重事故。因此， 在软件设计中对主要设备提供多重保护，内容包括：物料输送中换向阀、喂料器、料仓料位的逻辑检查、机组电机启停逻辑检查、料温检查、熔压超限、急停处理、电机过流保护、变频和直流调速器报警处理等，同时该系统还具备选料、延时扫线、停电记忆等功能，这些极大地提高了系统的灵活性和可靠性。
4、结束语
该集散控制系统自投运以来，从未发生过物料混杂和跑料事故，机组设备运行良好， 电子计量准确，温控精度高，组态灵活，人机界面友好，控制功能完善，取得了良好的社会与经济效益。
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