油品包裝自動生產線控製係統及其工業網絡的設計

長城潤滑油分公司是中國石化潤滑油公司下屬最大的專業潤滑油生產企業,隨著生產規模的不斷擴大,對油品包裝的速度和精度以及生產管理的信息化都提出了更高的要求。因此為了滿足這些需要,我們為新生產線的控製部分進行了全新的設計。現就其中有代表性的灌裝機控製係統和整條生產線工業網絡係統的設計情況介紹如下。

 

2 灌裝機控製係統的設計

 

2.1 工藝要求

 

為了能夠滿足多品種、高精度的快速生產,生產工藝上給我們提出了如下的要求:

 (1) 要在滿足灌裝精度高於0.5%的前提下能夠達到最快每分鍾80桶的灌裝速度;

 (2) 整條生產線能夠適應從1~5立升容積包裝的灌裝,並且可以單桶灌裝,使油品在切換時的損失降到最低;

 (3) 要具有較高的機動性、適應性,使設備換型的時間最短並且操作簡便;

 (4) 要求具有根據產品溫度來自動調整灌裝量的功能,操作自動化程度高;

 (5) 具有網絡功能,將生產線各台設備聯網後可進行集中監控,並且可以與生產管理係統進行連接,以提高生產及設備的管理效率;

 (6) 保證在油品灌裝過程中沒有泄漏和外濺的現象,符合HSE體係的環保要求。

 

2.2 控製係統的硬件組成 

 

(1) 為達到工藝上提出的要求,在與機械設計配合的基礎上,我們對電氣及自控方麵提出了如下的方案:

 

為了滿足灌裝精度和速度的要求,在灌裝部分,我們采用了以司服電機作為主電機的定容式灌裝設計,因為司服電機控製係統具有控製精度高、速度快、穩定和調整設定方便等特點。而在容器灌裝前後的輸送部分采用了直線式設計;傳送帶部分采用了變頻調速控製;並且設計了一套自動的滑動分桶器,與傳動帶配合來達到將灌裝後的半成品與空容器快速分開並將其帶離灌裝機的目的。

 

采用直線定容式灌裝的設計,最大限度的節省了產品換型時間,提高了生產機動性和工作效率。

 

根據不同產品的溫度特性通過PLC程序模塊的設計和選擇,可以完成自動調容的要求。

 

對於環保的要求,我們是通過軟件和硬件的設計共同完成的,硬件上我們采用了司服電機控製係統和變頻調速控製,與硬件相配合在軟件上我們設計了各種速度及灌裝過程中每個階段的加速度和減速度的分別調整,這樣我們就可以根據實際情況將設備調整到合適的狀態,杜絕濺油、冒油的現象。

 為了適應網絡控製的要求,我們采用了具有網絡功能,並且穩定性較好的西門子S7-300 PLC控製係統。

 

在操作方麵我采用每台設備可利用觸摸屏進行單獨操作,或者通過聯網的計算機係統進行集中控製和監控,操作界麵非常直觀,使操作更加簡便高效。

 

(2) 控製係統硬件配置圖

 控製係統硬件配置圖如圖1所示:

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(3) 控製係統主要組成部分的選型

 

PLC係統的選擇:係統采用了SIEMENS公司生產的S7-300係列PLC,由1個CPU315-2DP模塊、2個接口模塊IM365、模擬量輸入/輸出模塊SM335和模擬量輸出模塊SM332、2個高速計數模塊FM350、4個數字量輸入模塊SM321、3個數字量輸出模塊SM322組成了雙層機架的硬件組態結構。采用西門子的PLC係統是因為在CPU上同時集成了獨立的MPI和PROFIBUS-DP接口,不但可以方便的與人機設備相連,並且可以非常簡單的實現設備之間及設備與PC之間的聯網,具有強大的網絡功能;另外西門子的PLC S7-300係統還具有各種功能強大的模塊可以選擇,使用穩定。具有較高的性價比,非常適合在包裝機械上應用。

 

灌裝主電機及其控製係統:我們選擇了德國的SEW公司的MOVIDRIVE驅動器及帶編碼器反饋的電機係統,並采用電流矢量控製模式,通過豐富的參數設定來實現更高的控製精度和動態相應。輸送係統的變頻調速控製:我們采用了丹麥Danfoss公司的VLT5000型變頻器。因為他們都是相關領域內的國際知名的專業生產企業,產品技術領先,在惡劣的生產環境下能夠長期穩定的運行。

 

操作界麵:西門子的觸摸屏TP170A

 設備控製網絡采用了西門子的PROFIBUS-DP 係統,將整條生產線的四台主要設備和工程師管理PC係統通過PROFIBUS電氣中繼器和無微處理器CP5611連接為一個完整的PROFIBUS網絡,實現了生產線的實時監控和動態管理。

 


2.3 控製係統的軟件設計

 

(1) 西門子模塊化編程介紹

 

西門子S7-300 PLC 采用SETP7編程軟件,SETP 7為程序設計提供了三種方法:線形化編程、模塊化編程、結構化編程。其中模塊化編程是把程序分成若幹個程序塊,每個程序塊含有一些設備和任務的邏輯指令。在組織塊(OB1)中的指令決定控製程序的模塊的執行。模塊化編程中的功能(FC)或功能塊(FB)控製著不同的過程任務,這些塊相當於主循環程序的子程序。這種編程方法非常易於幾個人同時編程,並且易於程序的調試和故障的查找。另外每次循環中不是所有的塊都執行,隻有需要時才調用相關的程序塊,CPU得到了更有效的利用。因此我們在軟件編程時采用了模塊化編程方法,將大的任務分解成相對獨立的小任務先分開進行編寫和檢測,最後統一下載調試,大大的提高了程序編製和調試的速度。

 

(2) 軟件編程步驟

 描述和分析控製過程的具體的任務,並分成多個簡單的小任務;

 繪製機械動作控製流程圖;

 對S7-300 PLC 進行硬件組態和PROFIBUS網絡的組態;

 為每個任務模塊分配輸入和輸出點;

 為每個任務模塊編製程序,並分別進行測試和修改,直到所有的任務模塊都完成;

 將集成後的程序輸入PLC進行離線和在線調試。

 

(3) 灌裝機動作控製流程圖

 程序流程框圖如圖2所示:

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圖2 程序流程框圖

 

(4) 組織塊OB1的主要程序介紹,如圖3所示。

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圖3 組織塊OB1的主要程序

 

3 生產線工業網絡係統的設計

 

3.1 網絡係統要達到的目的和實現的功能

 (1) 實現分散控製集中管理的目的;

 (2) 可以通過工程師PC工作站直接控製設備的操作和參數的修改;

 (3) 對整條生產線進行自我監控,將整條生產線的運行情況和故障情況進行實時的記錄和分類匯總,為合理安排設備的維修和保養工作提供了數據依據;

 (4) 可以和上一級的生產管理係統進行連接,達到提高生產管理效率的目的;

 (5) 對關鍵設備點的各種參數進行記錄,當超出正常工作範圍時報警,保證生產線的正常運行。

 

3.2網絡係統硬件的組成方案

 

為了實現設計要求的功能,我們采用了西門子的PROFIBUS網絡係統,具體的硬件結構設計如圖4所示: 

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3.3 網絡係統軟件的組成

 為了實現設計要求的功能,我們在軟件方麵進行了係統的設計,力求通過組態軟件的強大功能來進一步提高生產線對包裝形式的適應能力和進行生產品種調整時的反應速度,簡化生產人員的操作和調整難度。

 (1) PC工作站組態軟件的主畫麵

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 主畫麵如圖5所示:

(2) PC工作站組態軟件的其它畫麵

 組態軟件的二級畫麵主要包括灌裝壓蓋機、稱重機、封箱機、碼跺機等主要設備的相關統計數據的監控和操作畫麵,三級畫麵為各類參數設定值的選擇和修改畫麵。圖6-9為一些主要畫麵的示例。

 

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(3) PC工作站組態軟件的功能介紹

 

通過組態軟件我們第一實現了四台主要設備的技術參數的監控和統計工作,並且實現了與上一級生產管理的友好銜接,做到了整條生產線的運行狀況一目了然;二實現了對整條生產線的生產狀態和故障詳細信息的實時記錄,為進一步的統計和分析提供了第一手的數據資料;第三提供了很多運行控製參數的曲線圖形和的修改界麵,為生產人員隨時對生產線進行調整保證穩定的運行狀態提供了直觀的依據,並且操作起來非常方便。

 

4 結束語

 

通過長時間實際生產的檢驗,整個係統非常穩定,完全達到了生產部門對質量和數量的要求。通過工業網絡更加方便的實現了生產管理人員對生產情況的實時管理;通過整套係統的自我監控,將故障等信息進行了分類統計,更好地為維護人員有目的性的安排設備維修工作提供了完善的數據。大大提高了長城潤滑油公司油品生產的效率和能力。


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