油脂生產(chǎn)領(lǐng)域中工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)用范文

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摘要：根據(jù)油脂加工工藝要求，選取了基于WinCCV6．2的上位機(jī)和S7－300系列PLC控制器構(gòu)成的工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計分析和功能模擬。針對該控制系統(tǒng)在過程控制、實(shí)時監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄和查詢功能進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明：采用工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)大大提高了油脂生產(chǎn)過程中的自動化水平，實(shí)現(xiàn)了油脂生產(chǎn)過程的集成化和柔性化，對于保障油脂產(chǎn)品品質(zhì)和工業(yè)生產(chǎn)安全意義重大。

關(guān)鍵詞：油脂生產(chǎn)；工業(yè)計算機(jī)；自動控制；PLC

近年來，油脂市場需求不斷擴(kuò)大，油脂產(chǎn)品競爭日益激烈，技術(shù)也在不斷的發(fā)展，傳統(tǒng)以單一自動控制的技術(shù)手段已經(jīng)不能滿足大型油脂加工工廠的技術(shù)要求。當(dāng)前，基于大中型集散計算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）結(jié)合可編程控制器（PLC）的工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)在電力、石油、化工等領(lǐng)域獲得了廣泛推廣和應(yīng)用［1］。但油脂行業(yè)的生產(chǎn)管理依然還是以PLC控制系統(tǒng)為主［2］。采用工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)將分散的控制室集成到一個主控臺上進(jìn)行管理操作，實(shí)現(xiàn)了油脂生產(chǎn)過程的集成化和柔性化，在提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗的同時，改善了生產(chǎn)者的工作環(huán)節(jié)和勞動強(qiáng)度，對于保障油脂工業(yè)安全生產(chǎn)的意義重大［3］。因而，基于自動控制技術(shù)的工業(yè)計算機(jī)成為各油脂加工廠提高市場競爭力、降本增效的重要手段，并成為衡量現(xiàn)代化油脂企業(yè)的一個標(biāo)志。

1油脂生產(chǎn)工藝流程

現(xiàn)代油脂制取工藝一般包括：對油料除雜、去皮、破碎、分離、烘干等預(yù)處理，為油脂的制取提供滿足出油率要求的料坯；利用壓榨技術(shù)（一次壓榨法、二次壓榨法、預(yù)榨浸出法、冷榨法）得到毛油；對毛油進(jìn)一步精煉加工，得到符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的成品油。該制備過程中，若采用傳統(tǒng)的人工控制，或者基于單一局部的控制技術(shù)很難滿足現(xiàn)代化油脂大規(guī)模生產(chǎn)需求，如在油脂生產(chǎn)尾氣壓力、浸出器存料箱料位、毛油液位等關(guān)鍵點(diǎn)調(diào)節(jié)中［4］，利用操作經(jīng)驗或單循環(huán)回路控制技術(shù)很難達(dá)到工藝要求。而通過組態(tài)軟件設(shè)置PID智能自控模式，利用PLC主控器對關(guān)鍵點(diǎn)的全自動控制，能大大提高傳統(tǒng)單回路控制的關(guān)聯(lián)性和可靠性。

2工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)即利用工業(yè)控制軟件和上位機(jī)組態(tài)軟件，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計人員工業(yè)控制經(jīng)驗、系統(tǒng)軟件水平和現(xiàn)場操作人員實(shí)際工作經(jīng)驗來達(dá)到油脂生產(chǎn)的自動化管理和控制效果。整個油脂制取工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī)控制系統(tǒng)組成（見圖1），通過上位機(jī)接口向設(shè)備發(fā)出指令，利用PLC進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息和指令的采集和控制，在人機(jī)交互界面上動態(tài)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息。

2．1上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

油脂制取自控系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是用戶和計算機(jī)間的交互點(diǎn)。監(jiān)控人員通過交互性的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)視，一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)發(fā)出故障報警，滿足操作人員對系統(tǒng)的控制。同時，操作人員通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與PLC、系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行信息交流，向PLC、控制設(shè)備發(fā)出指令，PLC也可利用通信模塊將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息反饋給上位機(jī)，從而滿足監(jiān)視人員對現(xiàn)場工況的實(shí)時了解和數(shù)據(jù)查詢、歸檔。

2．2PLC控制器

油脂生產(chǎn)工藝現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣，存在較大干擾信號，為保證控制系統(tǒng)的可靠性和安全穩(wěn)定性，采用PLC作為整個油脂生產(chǎn)流程的核心控制部件。PLC執(zhí)行壓力、溫度、液位、流量等儀器設(shè)備現(xiàn)場信號的采集，閥門的啟閉，各電機(jī)設(shè)備啟停操作。現(xiàn)場采集的模擬／數(shù)字信號通過內(nèi)置通信模塊實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)交互，滿足對油脂生產(chǎn)的自動化控制。圖3為采取循環(huán)掃描工作方式的PLC流程圖，一次循環(huán)掃描將實(shí)現(xiàn)對輸入／輸出信號的采集和刷新。

2．3PLC與上位機(jī)通信系統(tǒng)

PLC與上位機(jī)以及PLC與執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測試儀表等的數(shù)據(jù)傳輸是保證信息傳輸和指令下達(dá)的關(guān)鍵。油脂生產(chǎn)中常見的通信方式有串行通信、現(xiàn)場總線、多主站通信、工業(yè)以太網(wǎng)等幾種類別［5］，本文針對SIMATICNETCP343－1通訊卡進(jìn)行功能分析。采用自備處理器的SIMATICNETCP343－1通訊卡，能有效緩解中央處理器的通訊任務(wù)［6］。CP343配備的RJ45接口能夠連接工業(yè)以太網(wǎng)，能同時獨(dú)立處理工業(yè)以太網(wǎng)上發(fā)生的數(shù)據(jù)擁堵情況，從而保證油脂生產(chǎn)過程中龐大的數(shù)據(jù)采集量和下達(dá)指令能得到及時響應(yīng)，滿足遠(yuǎn)距離、多用戶的訪問連接。集成S5在通訊方面的兼容器，在不需要編程器的條件下進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，滿足了油脂生產(chǎn)過程中復(fù)雜環(huán)境下設(shè)備維護(hù)更新的靈活性。

2．4PLC的I／O資源配置

PLC的I／O配置要滿足現(xiàn)場傳感器、一次儀表和現(xiàn)場控制設(shè)備相連接，便于數(shù)據(jù)信息的傳輸。根據(jù)油脂生產(chǎn)工藝特征和現(xiàn)場工況，現(xiàn)場信號包括對罐體液位、溫度、壓力檢測信號，電機(jī)、油泵啟停信號，電磁閥、流量閥、蒸汽閥的開度調(diào)節(jié)信號，蒸汽流量、溫度調(diào)節(jié)信號，變頻器頻率調(diào)節(jié)等，因此整個系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置多路數(shù)字量輸入／輸出信號和模擬量輸入／輸出信號。

2．5現(xiàn)場設(shè)備和儀表

現(xiàn)場采集設(shè)備和儀器主要是針對油料預(yù)處理、壓榨浸出、精煉等操作過程的溫度、壓力、料位和流量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，采集現(xiàn)場溫度、壓力、料位等模擬信號或數(shù)字信號，如壓力變送器、溫度變送器、速度變送器、雷達(dá)式料位器。系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電子元件，包括各類氣動、電動調(diào)節(jié)閥門，蝶閥、變頻器等，通過布置在設(shè)備上的儀器來采集變化的信號。

3系統(tǒng)的功能模擬

油脂生產(chǎn)中工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)控制對象包括了現(xiàn)場各類電機(jī)設(shè)備啟停，各類閥門啟閉；各儲存罐液位控制等。交互界面上顯示對象包括各儲存罐、管道、閥門的溫度、壓力、流量等元素。通過界面監(jiān)控各閥門開關(guān)、儲存罐參數(shù)的變化，并調(diào)取變量的歷史曲線等。交互系統(tǒng)畫面組成包括主操作界面、監(jiān)控界面、系統(tǒng)報警界面、數(shù)據(jù)瀏覽界面等。操作人員通過鼠標(biāo)和鍵盤執(zhí)行各項操作任務(wù)，并在不同畫面之間進(jìn)行切換，監(jiān)控各運(yùn)行程序的具體情況。組態(tài)軟件通過現(xiàn)場I／O設(shè)備獲得各系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工后以圖像形式在顯示終端顯示，另外，根據(jù)操作指令和組態(tài)要求將輸入指令傳輸?shù)綄?yīng)的I／O設(shè)備，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變運(yùn)行參數(shù)或運(yùn)行方式。對需要存儲的數(shù)據(jù)寫入到歷史數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)接收到歷史數(shù)據(jù)的查詢指令時，將從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取數(shù)據(jù)在終端顯示。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行觸動報警值時，系統(tǒng)以圖像、聲音的方式反饋給操作員，同時存取報警信息，以備缺陷的反饋?zhàn)粉櫋?/p>

3．1運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測及顯示利用控制系統(tǒng)

對設(shè)備實(shí)時運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，對脫溶機(jī)、提升機(jī)、負(fù)壓尾部風(fēng)機(jī)等重要設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常狀況，傳感器接收故障信號并通過控制器進(jìn)行處理，系統(tǒng)人機(jī)界面發(fā)出聲光報警，控制系統(tǒng)自動改變運(yùn)行方式或運(yùn)行參數(shù)調(diào)整來避免故障的擴(kuò)大，與此同時，通知現(xiàn)場人員迅速采取措施進(jìn)行調(diào)整。油料預(yù)處理階段，通過工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)來實(shí)時監(jiān)控油料儲存?zhèn)}。利用安裝在料倉底部的料位傳感器保證油料的正常供應(yīng)，確保油料的正常損耗率以及最大限度避免由于空倉而造成的效率降低問題。同時，監(jiān)控設(shè)備上的顯示屏顯示各電機(jī)、泵、閥門的運(yùn)行工況，便于操作員針對工況做出預(yù)判，避免可能存在的故障發(fā)生。

3．2運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整

通過PLC主控制器設(shè)定溫度控制范圍，對參數(shù)報警值和報警記錄設(shè)定；對系統(tǒng)壓力、真空度控制值和變化曲線設(shè)定，對參數(shù)變化范圍和報警值進(jìn)行設(shè)定；對系統(tǒng)流量值進(jìn)行設(shè)定并監(jiān)控等。油脂制取過程中浸出器內(nèi)部需維持一定的負(fù)壓避免溶劑揮發(fā)而出現(xiàn)事故，要求浸出器存料箱和落料斗料位維持一定高度；為滿足工藝要求，提高脫溶效果，要求蒸脫機(jī)料層穩(wěn)定在一定高度范圍；為保證第二蒸發(fā)器的溫度值，避免溫度過高或過低而造成的翻罐或不利于混合油蒸發(fā)的問題。利用工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)控制浸出器負(fù)壓、蒸脫機(jī)料位、蒸發(fā)器溫度，有效解決了人工控制存在的誤差，滿足了工藝要求。通過布置在設(shè)備上的測量容器負(fù)壓、料位、蒸發(fā)溫度，經(jīng)過信號處理傳輸?shù)娇刂破鳎刂破鞲鶕?jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)對信號進(jìn)行比較分析后，向電氣執(zhí)行元件發(fā)出指令調(diào)整運(yùn)行方式，保證運(yùn)行參數(shù)在設(shè)定范圍內(nèi)。

3．3歷史數(shù)據(jù)的查詢系統(tǒng)

實(shí)時顯示和記錄現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，并提供設(shè)定時段的數(shù)據(jù)報表打印功能。各設(shè)備的瞬時負(fù)荷值、設(shè)備故障時間、報警響應(yīng)、故障參數(shù)的時間報表，生產(chǎn)過程的壓力、流量、蒸發(fā)量等狀況報表，結(jié)合人機(jī)交互界面提供選定參數(shù)的歷史曲線，生產(chǎn)打印報表［6］。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存入各類參數(shù)信息，以便后續(xù)統(tǒng)計分析。工業(yè)計算機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崟r反映設(shè)備和工藝的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并及時將數(shù)據(jù)信息自動保存。一旦發(fā)生故障，操作員可通過應(yīng)用界面調(diào)取相應(yīng)時間點(diǎn)的參數(shù)信息，對故障進(jìn)行分析和調(diào)整，保證安全生產(chǎn)需求和工藝品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，相較于傳統(tǒng)的人工摘錄記事本的文本記錄方式，采用計算機(jī)自動控制系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)記錄和故障分析工具，提高了實(shí)時監(jiān)測效率，且避免了人工記錄和時間的制約。

3．4傳動裝置的啟停控制

根據(jù)油脂制取工藝，在組態(tài)軟件的支持下，通過交互界面實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的啟停控制，并對設(shè)備過流、過載、空載、故障停車控制處理，結(jié)合設(shè)定的邏輯控制單元和報警設(shè)置對生產(chǎn)過程進(jìn)行全面跟蹤監(jiān)控，滿足工藝需求。在浸出工藝中，負(fù)壓蒸發(fā)中的尾氣風(fēng)機(jī)對真空度的要求非常高，尾氣風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高，則容易帶出溶劑，轉(zhuǎn)速過慢，則真空度下降，壓力可能轉(zhuǎn)為正值，影響安全生產(chǎn)。采用人工控制難度較大，而通過工業(yè)計算機(jī)控制則能很好解決。利用安裝在尾氣風(fēng)機(jī)上的壓力變送器獲得相應(yīng)的真空度信號和壓力值，控制器對接收到的信號對比分析，向變頻器發(fā)出指令，改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證尾氣風(fēng)機(jī)壓力和真空度保持在微小負(fù)壓范圍。

4結(jié)束語

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，油脂加工行業(yè)所面臨的市場競爭也愈發(fā)激烈，具備先進(jìn)的加工工藝、優(yōu)良的設(shè)備配給，卓越的自控系統(tǒng)將是油脂加工企業(yè)實(shí)現(xiàn)大噸位高度集成生產(chǎn)鏈的追求目標(biāo)，基于PLC可編程控制器結(jié)合大中型集散計算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS）的工業(yè)計算機(jī)控制系統(tǒng)，對油脂生產(chǎn)加工全過程進(jìn)行工藝監(jiān)控和信息管理，符合現(xiàn)代化油脂加工廠家的自動化控制理念，也是提高油脂生產(chǎn)品質(zhì)的必然趨勢。

作者：徐毅 單位：西北政法大學(xué)