西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8诚信经营
一、前言
中粮屯河伊犁糖业有限公司是一家甜菜制糖企业，公司生产线上的关键工序都从德国引进了世界上先进、自动化程度高的糖机设备。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，使其成为了制糖产业中单机自动化的主控装置。
二、西门子PLC简介
德国西门子公司是世界上研制PLC早的少数几个公司之一。欧洲台PLC是由该公司在1973年研制成功的，1975年推出了SIMATIC S3系列PLC，1979年推出了SIMATIC S5系列，20世纪末又推出了SIMATIC S7系列的 PLC。
西门子公司目前新的PLC产品是SIMATIC M7、C7和S7三个系列。M7系列PLC是嵌进式的机，用于解决对时间要求非常高的的技术题目，它既可作为CPU，也可以作为功能模块使用，目前国内引进比较少；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，C7控制系统的扩展也很轻易，并可简便的在SIMATIC自动化网络中进行集成； 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，具有网络通讯能力，功能更强，可靠性更高，应用广泛，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、码盘接口等成功能，以及强大的网络功能：RS232／485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。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系统结构如图1所示。
图1 S7系列PLC系统结构
西门子S7-200 PLC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。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。它可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用，成为当代各种小型控制工程的理想控制器，并且可以十分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，从而完成规模更大的工程。它的编程软件：STEP7-Micro/WIN32。该编程软件可以方便地在bbbbbbs环境下对PLC编程、调试、监控。使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说，S7-200也可以完美地满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，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6～0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较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行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操纵系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，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，防止未经答应的复制和修改；S7-300 PLC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改写用户程序。具备强大的通讯功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通讯组态功能，这使得组态非常轻易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通讯接口，并通过多种通讯处理器来连接AS-I总线接口和产业以太网总线系统；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，用于连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。
西门子S7-400 PLC是用于中、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，可以选用多种级别（功能逐步升级）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升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。
四、西门子S7系列PLC在制糖产业自动化中的应用
制糖产业是高度机械化、连续化的现代化生产产业，它的生产品就是我们通常说的食糖。它的生产过程几乎包括了所有主要的化工单元，是具有综合化工单元生产过程的食品生产企业，而它的生产规模却是其它食品生产加工企业无法与之相比的，糖厂天天生产用的原料、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座甜菜糖厂，并创建了甜菜制糖产业。经过200多年的发展，随着制糖产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。我国由于制糖产业基础薄弱，技术投进不足，使生产技术水平及装备水平与发达国家相比，还有一定差距，特别是在规模化生产、装备开发和自动化水平方面差距较大。
由于制糖产业的生产线跨距较长，工序较多，控制点比较分散，但又是一个连续的，相互关联的整体流水线，每个工序又有各自的特点，目前小型S7200/300系列PLC的在这些工序的生产自动化中应用很多，并收到了非常好的效益。它的灵活、可靠、耐高温、耐潮等特点正好适应了部分工序的现场环境。
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，并且无法购买，该系统故障率高，严重影响了生产的连续进行。后我公司对其控制系统进行了改造，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，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，其要求是在渗出汁加进石灰以调节糖汁的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基础，下位与S7-300PLC相连，现场的液位、liuliang、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进S7-300PLC控制器内运算、比较后输出控制加灰泵，达到调节PH值的目的。该系统的投进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、结晶罐单台及多台控制系统中。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公司引进了用于分离工序的B1750间歇式分离机、K2300连续分离机，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先进，加工能力大的切丝设备，它的大加工能力是日处理甜菜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、自我保护等功能。它的控制点较多，结构比较复杂，下图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。当安全装置或者硬件限位开关动作后，变频器都会停止驱动电机。编码器用来反馈位置、方向等信息给CPU，以便继续执行PLC内固化的应用程序，并达到自我保护的作用。 PG/PC用来组态CPU功能及参数，对CPU来说，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。操纵简单、维护方便。为我公司带来了非常大的经济效益。
图2 TSM2200转鼓切丝机控制单元的系统配置图
BMA公司的分离机广泛用于食品、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选用S7-300PLC控制器。在制糖行业中，大多选用的是该公司生产的G1250、B1750等型号的间歇式分离机和K2300、K2400等型号的连续分离机，分别用于一砂和二、三砂分离，它们的自动化程度高，工作效率高。
B1750型分离机全过程由程序控制，工作过程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、修改工作过程中的各个技术参数，比如转速、分离时间等参数，充分发挥设备能力，保证产品质量，并有良好的安全保护设施。设备出现故障时，它能显示故障点及原因，并可储存备查；使用2台以上设备时，当一台分离机在降速过程中，它可以把机械能转化成电能，反馈补充给另一台正在升速的分离机，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项目之一，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。下图3是西门子公司为我公司提供的一套由S7-300控制器组成的自动煮糖系统。
图3 S7-300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，使糖液达到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应，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过程分为了四个阶段：进料蒸浓、起晶、养晶、浓缩。S7-300控制器通过锤度、液位的实时信号来调节罐内的真空度、温度、进料量等参数，控制锤度、液位连续、逐步的升高，使糖浆达到一定的过饱和度析出完整的蔗糖晶体。该系统由于是自动、连续又是实时监控，较人工煮糖时间缩短，效率大大进步，并且产品质量稳定。
五、未来展看
制糖产业未来的发展将朝着规模化、过程自动化控制、机械自动化方的向发展。根据制糖生产线跨距较长，工序较多，控制点比较分散的生产特点，其控制治理理念必将向着“分散控制，集中治理”模式发展。DCS系统、总线控制系统将会大量应用到制糖产业中来。该系统基于PLC控制系统作为现场基础控制器，着重夸大整体的连续性、安全性的概念，主要特点为系统的离散性、灵活性、快速性和开放性。S7系列PLC的灵活、可靠、耐高温、耐潮等特点适应制糖产业现场环境，而它的体积小、速度快、标准化，具有网络通讯能力，功能强，可靠性高等特点非常适应DCS系统、总线控制系统。下图4为西门子公司新设计的用于甜菜制糖行业的DCS过程自动化控制构架图。从图中可以看出全过程分为甜菜预处理、渗出、清净过滤、蒸发、结晶分离五个部分，整体分成了三级治理控制站，即S7200/300PLC控制站（操纵员站）、工程师站和的治理员站（经理人治理站），其中关键的环节，也是主要的现场控制站还是由太网联接的第三段S7200/300系统。
图4 S7-300控制器组成的自动煮糖系统
1、项目背景
打叶复烤工艺和设备从国外引进以来已有近二十多年的历史，我国科技人员对设备的研究消化已经基本成熟，但在工艺研究上还处于延用状态，国内有针对性的自主研发较少。我国烟叶收购过程中采取扎把，扎把多用低等级烟叶，把头及易掺有塑料、尼龙、金属、动物毛发等多种非烟草杂质。打叶复烤作为卷烟企业制丝车间的工段，加工后产品的纯净度，片烟及烟梗的质量，对卷烟产品内在质量产生直接的影响。为满足卷烟工业发展需要，tisheng复烤片烟的品质、净化烟叶纯度，抓住卷烟生产过程的源头，对烟叶中等级较差、含杂质较多的把头进行单独处理，为此根据我国烟叶原料的特性，提出切除把头后进行叶、梗分类加工的工艺改进，提出切下把头，分类加工，均匀物料，合理打分，剔除杂物的烟梗单独打叶的新工艺－把叶分离打梗线。本项目在原有工艺的基础上进行改进，并充分利用原有设备。
2、本系统控制对象
新增翻箱喂料机1台、振动筛沙机1台、皮带输送机1台、打叶机2台、级间输送机2台、风分器2台、落料器4台、叶收集皮带机2台、风机4台、振动筛分机1台、振动输送机1台，共21台设备25台电机。
原有设备皮带输送机3台、进筒振槽1台、润叶筒1台、选叶台1台、汇总皮带机1台，共7台设备11台电机。
3、设计方案
3.1工艺流程
本系统翻箱喂料机将烟框中的烟梗（烟把头）通过机械装置翻转倒入储料装置，通过储料装置底带输送到后续设备。
润梗机的作用是将前方送来的烟梗加温加湿，使烟把头达到一定的水份和温度，以便于后续处理，减少烟叶的造碎。
振动筛砂机将烟梗中的灰尘、沙石等杂质筛除，选梗台将前方送来的物料人工精细挑选，去除杂质及霉烂不合物料，tigao原料的纯度。
一打、二打打梗机将烟梗带有的叶片从烟梗上撕裂下来，一分、二分风分器把经过打梗机处理从烟梗剥离出来的叶片与烟梗头通过风力分选出来。
3.2 控制目标
打梗线电控系统将原有改造设备和新增设备溶入一个系统单独控制，此系统共控制36台电机。其中翻箱喂料机底带电机1台、润叶筒滚筒电机1台、打叶机2台、风机2台共6台电机由变频器启动，变频器选用Danfoss公司VLT2800、FC301带PROFBUS网卡；2台风机由于正常状态下满负荷运行，采取接触器Y/△启动；其余28台电机全部由接触器直接启动。总装机功率为217.1KW。
梗打线PLC选用SIEMENS公司S7-300-2DP带PROFBUS接口PLC。
3.3 低压配电
动力部分采用交流380V电源，经总电源开关下端由母线排进行动力电源分配；控制部分PLC、中间继电器和检测器件采用直流24VDC供电、接触器采用交流220V供电。
3.4 电机回路
电机回路均由空气开关、隔离开关和接触器（变频器）构成。
3.5控制回路
每台电机控制回路由空气开关辅助触点、隔离开关常闭触点启动触点、变频器故障点进入PLC参与控制。
3.6 控制模式
3.6.1电气上可实现“单机/自动”功能选择，当选择“单机”功能时，可分别对每台设备进行单独启/停操作；当选择“自动”功能时，打梗线线和整条打叶生产线联锁，实现自动运行。
3.6.2电控柜门板上安装有SIEMES公司MP270触摸屏，可对梗打线设备的运行状态、报警状态、工艺参数等进行监控、操作和修改。
3.6.3变频器带有通信网卡，PLC、触摸屏和变频器通过总线方式连成网络，通过触摸屏可对变频器的运行参数、状态进行监控和操作。
3.6.4打梗线电控外围系统包括36个隔离开关组成。隔离开关带有启动触点，就近安装在设备机身上，对其所控制范围内设备的操作和控制。
3.6.5控柜顶部装有警灯和警铃，可对开机预警和故障进行声光提示。
4、结论
通过对传统工艺的改进，把叶分离加工，克服了原有工艺解把率不高，烟叶造碎打的问题，项目实施后，解把率达到90％以上，tigao打叶效果，增加出片率。解决传统工艺烟叶润叶过程中水份、温度不均匀问题，使叶含梗、梗含叶、碎片率及质量得到很好的控制，大大tigao了生产能力。