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立的子系統(tǒng)構(gòu)成，A、B兩套系統(tǒng)可以同時進行送料工作，也可以單獨或循環(huán)等方式進行送料工作。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)行部件完成各項命令，同時各部件的執(zhí)行情況實時反饋到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點歐姆龍CPM-2A主機和2個20點的擴展模塊。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，報警信號的輸出點也很多，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)和總的報警系統(tǒng)3個按鈕；當按“A”按鈕時,就會進入A系統(tǒng)的二級畫面，將出現(xiàn)自動、手動、返主頁3個按鈕；當按“自動”按鈕進入自動狀態(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…… 當系統(tǒng)有報警輸出時，觸摸屏能夠自動彈出發(fā)生報警的執(zhí)行部件畫面，畫面一直在閃爍，同時控制柜面板上的報警鈴響起，直到故障排除后才能恢復正常。
1 送料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計
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)裝有射頻導納物位開關(guān)，當料位達到一定高度時（即射頻導納物位開關(guān)有信號送給PLC時），系統(tǒng)才可以進行送料工作。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和氣動閘板門的運行、停止及開、關(guān)到位，都有位置信號反饋。
（3）送料風道。通過羅茨風機形成的動力風道將氯磺化聚乙烯原料輸送到反應釜，羅茨風機的起動、停止通過軟起動器控制。
（4）反應釜。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
當系統(tǒng)需要送料時，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：
當物位開關(guān)有信號時，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入稱重料斗，當稱重料斗內(nèi)的氯磺化聚乙烯原料達到設定的重量（1t）時，關(guān)閉前期儲料罐下的星型加料閥a，然后起動羅茨風機，當風機達到正常運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速時，再打開稱重料斗下的氣動閘板門、星型加料閥b，幾秒延時后，再打開反應釜上的星型加料閥c和電動蝶閥。此時進入管道的氯磺化聚乙烯原料靠羅茨風機形成的風力進入反應釜。當稱重料斗內(nèi)的氯磺化聚乙烯原料已經(jīng)全部進入管道時（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。延時一段時間后關(guān)閉羅茨風機，反應釜上的電動蝶閥、星型加料閥c。此時一次送料工作完成。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間比較短（不到5min），所以在程序中設計了幾種工作方式：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；同時工作。可以通過觸摸屏內(nèi)的一個窗口畫面進行選擇。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，也可以通過遠程按鈕開關(guān)來選擇，從而實現(xiàn)遠程控制方式。
3 系統(tǒng)的控制方式設計
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，同時軟起動器的運行情況實時反饋回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，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（或遠程控制柜內(nèi)）。通過觸摸屏與PLC間的通信，由PLC實現(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)定的時間內(nèi)，執(zhí)行部件沒能完成任務（即各閥門沒有開、關(guān)到位，或風機沒有正常運轉(zhuǎn)），系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，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，同時系統(tǒng)無法進行下一步的工作，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，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行送料工作，此時只能等待。在觸摸屏上也給出原位信號指示，提示操作者此時系統(tǒng)是否處在原位狀態(tài)。當原位狀態(tài)滿足時，系統(tǒng)就會按照系統(tǒng)各部件的工作順序進行依次起動和停止。同時自動檢查各執(zhí)行部件的執(zhí)行情況，實時反饋給PLC，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制。一個子系統(tǒng)處于自動運行狀態(tài)時，另一個子系統(tǒng)可以是自動狀態(tài)運行，也可以是手動狀態(tài)運行，或不運行。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。首先要進行通信格式的設定：必須使兩者所設定的“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。通信格式設定見表1。
通信格式按要求設定好以后，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)投入正常運行，在現(xiàn)場調(diào)試中，也出現(xiàn)了一些設計中沒有考慮到的問題，雖然都是一些比較容易解決的，但它提示我們在設計工控系統(tǒng)時，還是應該首先取得現(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。同時在工作中不斷積累經(jīng)驗，為下一次設計提供寶貴的實踐知識。
作者創(chuàng)新點：本文是對現(xiàn)今化工廠普遍使用的實際工程進行的技術(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。軟件設計采用模塊化設計思想，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）
（深圳卓禾儀器：http://www.szlongxin.com）
