1、前言
隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，一種基于工業(yè)自動(dòng)化控制要求而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備——可編程序控制器（Programmable Controller），目前己在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。由于這種控制器集成化程度高，兼?zhèn)淞擞?jì)算機(jī)的功能特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，控制指令豐富，抗干擾能力強(qiáng)，使用操作靈活方便，對(duì)使用環(huán)境無(wú)過(guò)高要求，而且實(shí)現(xiàn)了復(fù)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(yǔ)言采用工程技術(shù)人員所熟悉的梯形圖（近似于繼電器邏輯電路）進(jìn)行編制，易于實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制，而且硬件控制線路十分簡(jiǎn)單，學(xué)習(xí)和掌握也十分容易，因而可編程序控制器在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，飼料廠配料工序多采用微機(jī)控制系統(tǒng)（國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的控制機(jī)組大多采用微機(jī)和STD總線工控機(jī)，進(jìn)口控制機(jī)組以可編程序控制器為主）進(jìn)行控制，而原糧粉碎工段設(shè)備控制仍以手動(dòng)操作為主，少數(shù)用繼電器盤實(shí)現(xiàn)順序控制。采用繼電器盤進(jìn)行順序和時(shí)間控制，硬件線路復(fù)雜，可靠性不高，柜內(nèi)占用空間大，不便于線路修改及維護(hù)。而采用手動(dòng)控制極易產(chǎn)生誤操作，控制準(zhǔn)確性差，人為因素影響大，易增加不必要的設(shè)備啟、停次數(shù)，增加設(shè)備空載運(yùn)行時(shí)間，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞設(shè)備，因而很難保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品一致性，也增加了設(shè)備能耗、運(yùn)行噪音和產(chǎn)品成本。針對(duì)這一情況，我們開(kāi)發(fā)了可編程序控制器應(yīng)用于原糧粉碎工段自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了原糧粉碎工段控制的電氣自動(dòng)化。
2、粉碎工段工藝介紹
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝流程
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由物料提升機(jī)、水平輸送機(jī)、除塵器、粉碎機(jī)、物料分配器及粉料成品倉(cāng)等構(gòu)成。圖1表示出整個(gè)原糧粉碎工段的工藝結(jié)構(gòu)流程圖。整套系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)為連續(xù)工作制，要具有良好的設(shè)備保護(hù)能力。一旦出現(xiàn)設(shè)備故障而未及時(shí)得到保護(hù)，就不但可能使設(shè)備毀壞，而且使各種物料在輸送管路及加工設(shè)備中產(chǎn)生堵塞，給生產(chǎn)帶來(lái)不必要的工作量及麻煩。另外，粉碎機(jī)為大功率設(shè)備，一般功率為75KW以上，它的合理控制與保護(hù)，對(duì)系統(tǒng)降低耗能總量及設(shè)備運(yùn)行噪音起到關(guān)鍵的作用。
圖1 粉碎工段工藝結(jié)構(gòu)圖
2.2 系統(tǒng)設(shè)備控制工藝
下面介紹原糧粉碎工段控制系統(tǒng)的主要控制工藝流程特點(diǎn)：
其控制工藝對(duì)除塵器、提升機(jī)、輸送機(jī)、粉碎機(jī)及料斗電插門的啟、停順序和啟、停延遲時(shí)間都有較嚴(yán)格的控制要求。在原糧粉碎工段運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備啟動(dòng)順序?yàn)椋撼龎m器→提升機(jī)→輸送機(jī)→粉碎機(jī)→開(kāi)電插門；停止順序?yàn)椋宏P(guān)電插門→粉碎機(jī)→輸送機(jī)→提升機(jī)→除塵器。而各設(shè)備間延時(shí)啟停時(shí)間的設(shè)定，要根據(jù)設(shè)備及物料的不同，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次反復(fù)測(cè)試及調(diào)整，才能得到理想的數(shù)值。在運(yùn)行過(guò)程中某設(shè)備有過(guò)載現(xiàn)象時(shí)，要求能及時(shí)停止過(guò)載設(shè)備，然后按停止順序停相關(guān)工段的其他設(shè)備。此外，上述設(shè)備在手動(dòng)操作時(shí)，通常需聯(lián)鎖啟停，以避免物料堆積。
粉碎機(jī)的控制要求啟動(dòng)時(shí)采用合理的啟動(dòng)方式，以保護(hù)電機(jī)及工廠供電電網(wǎng)的安全。我們利用了可編程序控制器豐富的內(nèi)部定時(shí)器資源及其極高的定時(shí)精度的特點(diǎn)，對(duì)粉碎機(jī)的啟動(dòng)控制采用了星-三角降壓?jiǎn)?dòng)的控制方法。實(shí)踐的結(jié)果證明該控制方法不僅安全可靠、調(diào)整方便、降低了啟動(dòng)能耗和噪音，而且也減少了電機(jī)啟動(dòng)器的投資，為飼料廠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
3、可編程序控制器的選擇
輸出點(diǎn)數(shù)的確定：根據(jù)原糧粉碎工段系統(tǒng)的控制設(shè)備臺(tái)數(shù)及控制要求為粉碎機(jī)的正向及反向啟停、除塵器的啟停、提升機(jī)（兩個(gè)）的啟停、輸送機(jī)（兩個(gè)）的啟停、電插門的開(kāi)關(guān)、物料分配器電磁閥（左分及右分）、設(shè)備故障保護(hù)及各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)指示及報(bào)警，總共輸出控制點(diǎn)為23個(gè)。
輸入點(diǎn)數(shù)的確定：輸入信號(hào)有程序啟動(dòng)與停止、自動(dòng)/手動(dòng)選擇、設(shè)備聯(lián)鎖、設(shè)備的啟停信號(hào)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)信號(hào)及設(shè)備過(guò)載檢測(cè)信號(hào)等，總共38個(gè)控制信號(hào)。
日立E系列提供一種40點(diǎn)輸入及24點(diǎn)輸出的可編程序控制器，型號(hào)為E-64HR，其結(jié)構(gòu)為單機(jī)式結(jié)構(gòu)，控制指令豐富、簡(jiǎn)單易懂，十分符合本系統(tǒng)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(gè)重要原因。
4、控制流程圖及控制程序編制
要想完整準(zhǔn)確地編制控制程序，首先要根據(jù)控制工藝流程繪制出控制流程圖。圖2為該系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)設(shè)備的順序啟停。根據(jù)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(dòng)操作控制程序、自動(dòng)操作控制程序和設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、顯示及故障報(bào)警程序。系統(tǒng)控制程序略。
圖2 程序控制流程圖
5、控制系統(tǒng)的主要功能
下面介紹該控制系統(tǒng)的主要功能：
多種控制功能可選 系統(tǒng)控制程序設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行模式。手動(dòng)控制時(shí)，又可選擇聯(lián)鎖或解鎖功能，選擇時(shí)通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)，選擇十分方便，不需在控制線路中加過(guò)多的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。
2．自動(dòng)啟、停過(guò)程的鎖定功能 當(dāng)啟動(dòng)自動(dòng)控制程序時(shí)，原糧粉碎工段相關(guān)設(shè)備按工藝要求依次延時(shí)啟動(dòng)。在設(shè)備尚未全部啟動(dòng)完畢前按下停止鈕，停止操作不起作用。系統(tǒng)處于啟動(dòng)鎖定狀態(tài)，直至設(shè)備全部啟動(dòng)。反之，停止時(shí)停止操作狀態(tài)也被鎖定。
3．手動(dòng)、自動(dòng)操作鎖定功能 手動(dòng)或自動(dòng)操作功能在啟動(dòng)前已被選定。一旦啟動(dòng)控制程序，當(dāng)前的操作狀態(tài)即被鎖定而無(wú)法更改，只有按下停止操作鈕，待全部設(shè)備停止后，所更改的操作狀態(tài)才有效。
4.完善的自動(dòng)控制功能 在粉碎工段的自動(dòng)啟、停過(guò)程中，設(shè)有自動(dòng)開(kāi)電插門5秒（未全部打開(kāi)）和自動(dòng)關(guān)電插門10秒（保證電插門關(guān)死）的控制程序。當(dāng)啟動(dòng)自動(dòng)程序后，設(shè)備依次自動(dòng)啟動(dòng)，并最后完全打開(kāi)電插門；停止時(shí)，設(shè)備反序自動(dòng)停止后，再關(guān)電插門。在運(yùn)行過(guò)程中，可手動(dòng)啟、停粉碎機(jī)，并開(kāi)、關(guān)相應(yīng)電插門，當(dāng)粉碎機(jī)被停止后，按自動(dòng)停止順序停止粉碎工段相關(guān)的其他設(shè)備。在控制柜給電后，可由一對(duì)啟、停鈕控制輔料工序設(shè)備按工藝要求自動(dòng)依次延時(shí)啟、停，以適應(yīng)上料隨機(jī)性和繼續(xù)工作的要求。
5.設(shè)備過(guò)載自動(dòng)保護(hù)功能 當(dāng)有設(shè)備過(guò)載尚未恢復(fù)，則不能執(zhí)行自動(dòng)程序。在設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程中和啟動(dòng)完成后有過(guò)載，先停過(guò)載設(shè)備，再關(guān)電插門，然后按反序依次停其他設(shè)備；手動(dòng)操作時(shí)，單臺(tái)設(shè)備過(guò)載，單臺(tái)停。
6.故障報(bào)警及故障查詢功能 當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象時(shí)，控制屏上有一紅燈閃爍報(bào)警，并伴有蜂鳴聲，故障消除后，操作功能恢復(fù)，紅燈停止閃爍，故障設(shè)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(shù)可隨意調(diào)整 時(shí)間控制參數(shù)可根據(jù)設(shè)備具體功率和物料的容重進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整十分方便，時(shí)間精度達(dá)1／100秒。
6、結(jié)束語(yǔ)
飼料廠原糧粉碎工段采用可編程序控制器進(jìn)行控制，從設(shè)備投資來(lái)看，如有兩套粉碎機(jī)的系統(tǒng)中，可編程序控制器只需增加投資約4000元，1套粉碎機(jī)的系統(tǒng)約增加3500元。但由于可編程序控制器集控制、電源板、定時(shí)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(shè)計(jì)，可靠性極高，抗干擾能力極強(qiáng)，而且可省掉幾十個(gè)中間繼電器和十幾個(gè)時(shí)間繼電器，硬件上的自鎖和互鎖控制可由軟件實(shí)現(xiàn)，從而使控制線路大大簡(jiǎn)化，整個(gè)控制系統(tǒng)可靠性大大地得到了提高，實(shí)際凈增加投資很少，這是采用繼電器盤，甚至單板機(jī)控制無(wú)法與之相比的。從實(shí)際使用效果來(lái)看，不僅簡(jiǎn)化了操作過(guò)程，提高了控制可靠性和準(zhǔn)確性，而且降低了維修維護(hù)工作量，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。由于設(shè)備啟、停采用了精確的自動(dòng)控制，從而減少了設(shè)備空載時(shí)間和啟、停的次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率，降低了電力損耗，減少了設(shè)備損壞。改善了生產(chǎn)環(huán)境，增加了社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
可編程序控制器不僅可以實(shí)現(xiàn)各種開(kāi)關(guān)量控制、配上A／D及D／A模擬量模塊，還可以實(shí)現(xiàn)各種定量控制。如粉碎機(jī)控制系統(tǒng)加入電流檢測(cè)閉環(huán)控制，可實(shí)現(xiàn)粉碎系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)喂料量的更加完善的控制系統(tǒng)?？偠灾?，在飼料工業(yè)實(shí)現(xiàn)部分和全廠自動(dòng)化控制以及生產(chǎn)管理現(xiàn)代化的過(guò)程中，可編程序控制器將會(huì)以其優(yōu)越的功能，發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。