西门子S7系列PLC在甜菜制糖工业自动化中的应用分析与展望.docx

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1、西门子S7系列PLC在甜菜制糖工业自动化中的应用分析与展望西门子S7系列PLC在甜菜制糖工业自动化中的应用分析与展望是一家甜菜制糖企业，公司消费线上的关键工序都从德国引进了世界上最先进、自动化程度最高的糖机设备。经过几年的使用、维护、维修、保养，我公司逐步把握、消化并吸收的这些装备的先进技术性能，确保了公司日处理甜菜8000吨以上，各项经济技术指标居全国甜菜制糖行业首位的良好形势。这些糖机设备都采用了西门子S7系列的PLC控制系统，该系统运行稳定，数据可靠，加之优化的程序设计，强大的通讯功能，使其成为了制糖工业中单机自动化的主控装置。二、西门子PLC简介/b德国西门子公司是世界上研制PLC最早

2、的少数几个公司之一。欧洲第一台PLC是由该公司在1973年研制成功的，1975年推出了SIMATICS3系列PLC，1979年推出了SIMATICS5系列，20世纪末又推出了SIMATICS7系列的PLC。西门子公司目前最新的PLC产品是SIMATICM7、C7和S7三个系列。M7系列PLC是嵌入式的高档机，用于解决对时间要求非常高的的技术问题，它既可作为CPU，也可以作为功能模块使用，目前国内引进比拟少；C7系列PLC往往在一个单元中集成一个PLC和一个控制操纵面板OP，由于PLC和OP同是SIMATIC系列产品，因此，C7控制系统的扩展也很轻易，并可简便的在SIMATIC自动化网络中进展集

3、成；S7系列又分为S7-200、S7-300、S7-400几个子系列，分别为小型、中型和大型PLC，这个系列的PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通讯才能，功能更强，可靠性更高，因此，应用最广泛，遍布各行各业。三、西门子S7系列PLC的性能及特点西门子S7系列PLC更接近于现场要求：高可靠性，减少了中间接口，具有多中断、现场总线口、集成电位器、定时器、计数器、码盘接口等高级成功能，以及强大的网络功能：RS232485接口及多种现场总线标准、远程I/O，还可以作为DCS的下位站和PC机的下位机。同时支持多种编程语言，多种编程环境和可配套的集成软件。S7系列PLC系统构造如图1所示。img=S7

4、系列PLC系统构造chuandong/uploadpic/tech/2007/12/200712041408517746706.jpg/img图1S7系列PLC系统构造西门子S7-200PLC是小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或者连成网络都能实现复杂的控制功能。它可提供4个不同的根本型号与8种CPU可供选择使用，成为现代各种小型控制工程的理想控制器，并且可以特别方便地组成不同规模的控制器。其控制规模可以从几点到几百点。S7-200PLC可以方便地组成PLC-PLC网络和微机-PLC网络，进而完成规模更大的工程。

5、它的编程软件：STEP7-Micro/WIN32。该编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控。使得PLC的编程更加方便、快捷。可以讲，S7-200也可以完美地知足各种小规模控制系统的要求。西门子S7-300是模块化中小型PLC系统，能知足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进展广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200PLC比拟，S7-300PLC采用模块化构造，具备高速0.60.1s的指令运算速度；用浮点数运算比拟有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进展参数赋值；方便的人机界面效劳已经集成在S7-300操纵系统内，人机对话

6、的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面HMI从S7-300中获得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操纵系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件例如：超时，模块更换，等等；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300PLC设有操纵方式选择开关，操纵方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操纵方式，这样就可防止非法删除或者改写用户程序。具备强大的通讯功能，S7-300PLC可通过编程软件Step7的用户界面提供通讯组态功能，这使得组态非常轻易、简

7、单。S7-300PLC具有多种不同的通讯接口，并通太多种通讯处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通讯处理器用来连接点到点的通讯系统；多点接口MPI集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7/C7等自动化控制系统。西门子S7-400PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。它采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别功能逐步晋级的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或者晋级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统晋级和充分知足需要。四、西门子S7系列PLC在制糖工业

8、自动化中的应用制糖工业是高度机械化、连续化的当代化消费工业，它的消费品就是我们通常讲的食糖。它的消费经过几乎包括了所有主要的化工单元，是具有综合化工单元消费经过的食品消费企业，而它的消费规模却是其它食品消费加工企业无法与之相比的，糖厂天天消费用的原料、材料以及产品与副产品都是以千吨计算的。德国于1802年在库内恩建成了世界上第一座甜菜糖厂，并创立了甜菜制糖工业。经过200多年的开展，随着制糖工业的科技要求及工艺指标要求越来越高，对制糖装备的要求也越来越高。我国由于制糖工业根底薄弱，技术投入缺乏，使消费技术程度及装备程度与兴旺国家相比，还有一定差距，十分是在规模化消费、装备开发和自动化程度方面差

9、距较大。由于制糖工业的消费线跨距较长，工序较多，控制点比拟分散，但又是一个连续的，互相关联的整体流水线，每个工序又有各自的特点，因此，目前小型S7200/300系列PLC的在这些工序的消费自动化中应用很多，并收到了非常好的效益。它的灵敏、可靠、耐高温、耐潮等特点正好适应了局部工序的现场环境。我公司有一台丹麦制造的DDS渗出器连续渗出器，使用了近20年，其仪表控制系统原件都已老化，并且无法购置，该系统故障率高，严重影响了消费的连续进展。后我公司对其控制系统进展了改造，选用S7-200PLC控制系统来控制油泵开度、工作压力及回油压力向四个液压马达供油，并保证四路马达的同步转速，及两根搅拢的同步转速

10、，顺序控制废粕轮和连续渗出器的启停。改造后的系统运行正常，几乎无故障停机，并且操纵非常简便。在碳酸法清净工艺的预灰、主灰等工序里，S7-300PLC应用到了比例加灰装置中，其要求是在渗出汁参加石灰以调节糖汁的PH值。该系统配置了1个操纵站，通过西门子MPI网连接，为以后网络扩展奠定根底，下位与S7-300PLC相连，现场的液位、流量、PH值、阀门开度等模拟量信号和其它开关量信号通过模块进入S7-300PLC控制器内运算、比拟后输出控制加灰泵，到达调节PH值的目的。该系统的投入大大进步了加灰的效率，还减轻了劳动力。在有些糖厂S7200/300系列PLC还应用到了蒸发罐、结晶罐单台及多台同时控制系

11、统中。而单台自动包装秤的PLC控制已经遍布各个加工厂了。我公司自上世纪90年代末至今先后从德国PUTSCH公司引进了用于切丝工序的TSM1800、TSM2200转鼓切丝机，用于清净工序的PKF140压滤机、HKF80过滤机，从BMA公司引进了用于别离工序的B1750间歇式别离机、K2300连续别离机，以及由西门子公司给我公司提供的结晶罐自动煮糖系统。这些装备的控制系统都是由西门子S7系列PLC组成的。PUTSCH公司的TSM2200转鼓切丝机是目前世界上最先进，加工才能最大的切丝设备，它的最大加工才能是日处理甜菜10000吨。该设备控制系统由S7-300PLC控制器、三台电机、两台变频器、一个

12、液压系统、和一些按钮、限位开关、指示灯等组成，完成主电机无级调速、自动定位更换刀框、自己保护等功能。它的控制点较多，构造比拟复杂，下列图2是该设备S7-300PLC控制单元的系统配置图。图中CPU通过输出模块控制变频器，再由变频器驱动电机，带动主轴旋转，并给CPU提供相关信号。当平安装置或硬件限位开关动作后，变频器都会停顿驱动电机。编码器用来反应位置、方向等信息给CPU，以便继续执行PLC内固化的应用程序，并到达自己保护的作用。PG/PC用来组态CPU功能及参数，对CPU来讲，我们可以使用用户程序直接执行程序系统的功能模块。TSM2200转鼓切丝机自动化程度高，故障率非常低，并有故障显示。操纵

13、简单、维护方便。为我公司带来了非常大的经济效益。img=TSM2200转鼓切丝机控制单元的系统配置图chuandong/uploadpic/tech/2007/12/2007120414092457298R.jpg/img图2TSM2200转鼓切丝机控制单元的系统配置图BMA公司的别离机广泛用于食品、药品等行业，国内进口的也非常多，种类也很多。它们的控制系统大多项选择用S7-300PLC控制器。在制糖行业中，大多项选择用的是该公司消费的G1250、B1750等型号的间歇式别离机和K2300、K2400等型号的连续别离机，分别用于一砂和二、三砂别离，它们的自动化程度高，工作效率高。B1750型别

14、离机全经过由程序控制，工作经过中一般不需要人操纵。它也采用了S7-300PLC控制器及OP17操纵面板，能随意监查、修改工作经过中的各个技术参数，比方转速、别离时间等参数，充分发挥设备才能，保证产品质量，并有良好的平安保护设施。设备出现故障时，它能显示故障点及原因，并可储存备查；同时使用2台以上设备时，当一台别离机在降速经过中，它可以把机械能转化成电能，反应补充给另一台正在升速的别离机，起到稳定电网，节约用电的作用。结晶罐自动化煮糖多年来一直是制糖行业研究的主要工程之一，煮糖煮的好坏直接影响成品糖的质量。BMA公司、西门子公司及国内一些厂家都研发了自己的自动煮糖控制系统。下列图3是西门子公司为

15、我公司提供的一套由S7-300控制器组成的自动煮糖系统。img=S7-300控制器组成的自动煮糖系统chuandong/uploadpic/tech/2007/12/2007120414094384956T.jpg/img图3S7-300控制器组成的自动煮糖系统煮糖是用加热蒸发水分，继续浓缩糖浆的方法，使糖液到达一定的过饱和度而析出蔗糖晶体，并将其培养长大到一定大小。它对管体内的真空度、温度、液位、锤度要求非常高，并且伴随着很多化学反响，糖煮的好坏直接影响产品质量。西门子公司为我公司设计的由S7-300控制器组成的自动煮糖系统将经过分为了四个阶段：入料蒸浓、起晶、养晶、最终浓缩。S7-300控

16、制器通过锤度、液位的实时信号来调节罐内的真空度、温度、进料量等参数，最终控制锤度、液位连续、逐步的升高，使糖浆到达一定的过饱和度析出完好的蔗糖晶体。该系统由于是自动、连续又是实时监控，因此较人工煮糖时间缩短，效率大大进步，并且产品质量稳定。五、将来展望制糖工业将来的开展将朝着规模化、经过自动化控制、机械自动化方的向开展。根据制糖消费线跨距较长，工序较多，控制点比拟分散的消费特点，其控制治理理念必将向着“分散控制，集中治理形式开展。DCS系统、总线控制系统将会大量应用到制糖工业中来。该系统基于PLC控制系统作为现场根底控制器，着重强调整体的连续性、平安性的概念，主要特点为系统的离散性、灵敏性、快

17、速性和开放性。S7系列PLC的灵敏、可靠、耐高温、耐潮等特点适应制糖工业现场环境，而它的体积小、速度快、标准化，具有网络通讯才能，功能强，可靠性高等特点非常适应DCS系统、总线控制系统。下列图4为西门子公司最新设计的用于甜菜制糖行业的DCS经过自动化控制构架图。从图中可以看出全经过分为甜菜预处理、渗出、清净过滤、蒸发、结晶别离五个局部，整体分成了三级治理控制站，即S7200/300PLC控制站操纵员站、工程师站和最终的治理员站经理人治理站，其中最关键的环节，也是最主要的现场控制站还是由太网联接的第三段S7200/300系统。img=S7-300控制器组成的自动煮糖系统chuandong/uploadpic/tech/2007/12/2007120414100972563V.jpg/img图4S7-300控制器组成的自动煮糖系统0