可編程序控制器實現在飼料廠原糧加工粉碎工段的自動化控制

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　　1、前言
　　隨著微電子技術的飛速發展，一種基于工業自動化控制要求而設計的控制設備——可編程序控制器(Programmable Controller)，目前己在工業自動化控制領域中得到廣泛應用。由于這種控制器集成化程度高，兼備了計算機的功能特點，其結構簡單緊湊，控制指令豐富，抗干擾能力強，使用操作靈活方便，對使用環境無過高要求，而且實現了復雜邏輯控制電路的智能化和軟件化，控制電路及控制程序修改十分方便。再加上程序語言采用工程技術人員所熟悉的梯形圖(近似于繼電器邏輯電路)進行編制，易于實現各種復雜的控制，而且硬件控制線路十分簡單，學習和掌握也十分容易，因而可編程序控制器在工業自動化控制領域具有廣闊的應用前景。
　　目前，飼料廠配料工序多采用微機控制系統(國內生產的控制機組大多采用微機和STD總線工控機，進口控制機組以可編程序控制器為主)進行控制，而原糧粉碎工段設備控制仍以手動操作為主，少數用繼電器盤實現順序控制。采用繼電器盤進行順序和時間控制，硬件線路復雜，可靠性不高，柜內占用空間大，不便于線路修改及維護。而采用手動控制極易產生誤操作，控制準確性差，人為因素影響大，易增加不必要的設備啟、停次數，增加設備空載運行時間，嚴重時甚至損壞設備，因而很難保證產品質量和產品一致性，也增加了設備能耗、運行噪音和產品成本。針對這一情況，我們開發了可編程序控制器應用于原糧粉碎工段自動控制系統，實現了原糧粉碎工段控制的電氣自動化。
　　2、粉碎工段工藝介紹
　　2.1 系統結構工藝流程
　　系統結構主要由物料提升機、水平輸送機、除塵器、粉碎機、物料分配器及粉料成品倉等構成。圖1表示出整個原糧粉碎工段的工藝結構流程圖。整套系統運行特點為連續工作制，要具有良好的設備保護能力。一旦出現設備故障而未及時得到保護，就不但可能使設備毀壞，而且使各種物料在輸送管路及加工設備中產生堵塞，給生產帶來不必要的工作量及麻煩。另外，粉碎機為大功率設備，一般功率為75KW以上，它的合理控制與保護，對系統降低耗能總量及設備運行噪音起到關鍵的作用。
　　　　圖1 粉碎工段工藝結構圖
　　2.2 系統設備控制工藝
　　下面介紹原糧粉碎工段控制系統的主要控制工藝流程特點：
　　其控制工藝對除塵器、提升機、輸送機、粉碎機及料斗電插門的啟、停順序和啟、停延遲時間都有較嚴格的控制要求。在原糧粉碎工段運行過程中，設備啟動順序為：除塵器→提升機→輸送機→粉碎機→開電插門;停止順序為：關電插門→粉碎機→輸送機→提升機→除塵器。而各設備間延時啟停時間的設定，要根據設備及物料的不同，經過現場多次反復測試及調整，才能得到理想的數值。在運行過程中某設備有過載現象時，要求能及時停止過載設備，然后按停止順序停相關工段的其他設備。此外，上述設備在手動操作時，通常需聯鎖啟停，以避免物料堆積。
　　粉碎機的控制要求啟動時采用合理的啟動方式，以保護電機及工廠供電電網的安全。我們利用了可編程序控制器豐富的內部定時器資源及其極高的定時精度的特點，對粉碎機的啟動控制采用了星-三角降壓啟動的控制方法。實踐的結果證明該控制方法不僅安全可靠、調整方便、降低了啟動能耗和噪音，而且也減少了電機啟動器的投資，為飼料廠帶來巨大的經濟效益。
　　3、可編程序控制器的選擇
　　輸出點數的確定：根據原糧粉碎工段系統的控制設備臺數及控制要求為粉碎機的正向及反向啟停、除塵器的啟停、提升機(兩個)的啟停、輸送機(兩個)的啟停、電插門的開關、物料分配器電磁閥(左分及右分)、設備故障保護及各設備的運行狀態指示及報警，總共輸出控制點為23個。
　　輸入點數的確定：輸入信號有程序啟動與停止、自動/手動選擇、設備聯鎖、設備的啟停信號、設備運行狀態檢測信號及設備過載檢測信號等，總共38個控制信號。
　　日立E系列提供一種40點輸入及24點輸出的可編程序控制器，型號為E-64HR，其結構為單機式結構，控制指令豐富、簡單易懂，十分符合本系統的控制要求。其次，日立E系列極高的可靠性能也是我們選擇它的一個重要原因。
　　4、控制流程圖及控制程序編制
　　要想完整準確地編制控制程序，首先要根據控制工藝流程繪制出控制流程圖。圖2為該系統的控制流程圖。可編程序控制器提供的移位寄存器功能指令，可以十分方便地實現設備的順序啟停。根據控制流程，我們可以將控制程序分為：程序指針控制程序、手動操作控制程序、自動操作控制程序和設備狀態檢測、顯示及故障報警程序。系統控制程序略。

　　圖2 程序控制流程圖
　　5、控制系統的主要功能
　　下面介紹該控制系統的主要功能：
　　多種控制功能可選 系統控制程序設有手動和自動運行模式。手動控制時，又可選擇聯鎖或解鎖功能，選擇時通過選擇開關，選擇十分方便，不需在控制線路中加過多的轉換開關。
　　2.自動啟、停過程的鎖定功能 當啟動自動控制程序時，原糧粉碎工段相關設備按工藝要求依次延時啟動。在設備尚未全部啟動完畢前按下停止鈕，停止操作不起作用。系統處于啟動鎖定狀態，直至設備全部啟動。反之，停止時停止操作狀態也被鎖定。
　　3.手動、自動操作鎖定功能 手動或自動操作功能在啟動前已被選定。一旦啟動控制程序，當前的操作狀態即被鎖定而無法更改，只有按下停止操作鈕，待全部設備停止后，所更改的操作狀態才有效。
　　4.完善的自動控制功能 在粉碎工段的自動啟、停過程中，設有自動開電插門5秒(未全部打開)和自動關電插門10秒(保證電插門關死)的控制程序。當啟動自動程序后，設備依次自動啟動，并最后完全打開電插門;停止時，設備反序自動停止后，再關電插門。在運行過程中，可手動啟、停粉碎機，并開、關相應電插門，當粉碎機被停止后，按自動停止順序停止粉碎工段相關的其他設備。在控制柜給電后，可由一對啟、停鈕控制輔料工序設備按工藝要求自動依次延時啟、停，以適應上料隨機性和繼續工作的要求。
　　5.設備過載自動保護功能 當有設備過載尚未恢復，則不能執行自動程序。在設備自動啟動過程中和啟動完成后有過載，先停過載設備，再關電插門，然后按反序依次停其他設備;手動操作時，單臺設備過載，單臺停。
　　6.故障報警及故障查詢功能 當設備出現過載現象時，控制屏上有一紅燈閃爍報警，并伴有蜂鳴聲，故障消除后，操作功能恢復，紅燈停止閃爍，故障設備也可以直觀地從可編程序控制器的輸入顯示窗中查到。
　　7.控制參數可隨意調整 時間控制參數可根據設備具體功率和物料的容重進行調整，調整十分方便，時間精度達1/100秒。
　　6、結束語
　　飼料廠原糧粉碎工段采用可編程序控制器進行控制，從設備投資來看，如有兩套粉碎機的系統中，可編程序控制器只需增加投資約4000元，1套粉碎機的系統約增加3500元。但由于可編程序控制器集控制、電源板、定時器、輸入/輸出單元(輸出選繼電器輸出單元)于一體，采用整體設計，可靠性極高，抗干擾能力極強，而且可省掉幾十個中間繼電器和十幾個時間繼電器，硬件上的自鎖和互鎖控制可由軟件實現，從而使控制線路大大簡化，整個控制系統可靠性大大地得到了提高，實際凈增加投資很少，這是采用繼電器盤，甚至單板機控制無法與之相比的。從實際使用效果來看，不僅簡化了操作過程，提高了控制可靠性和準確性，而且降低了維修維護工作量，提高了產品質量。由于設備啟、停采用了精確的自動控制，從而減少了設備空載時間和啟、停的次數，提高了生產效率，降低了電力損耗，減少了設備損壞。改善了生產環境，增加了社會效益和經濟效益。
　　可編程序控制器不僅可以實現各種開關量控制、配上A/D及D/A模擬量模塊，還可以實現各種定量控制。如粉碎機控制系統加入電流檢測閉環控制，可實現粉碎系統自動調節喂料量的更加完善的控制系統。總而言之，在飼料工業實現部分和全廠自動化控制以及生產管理現代化的過程中，可編程序控制器將會以其優越的功能，發揮越來越重要的作用。


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