基于S7-300PLC的纸张质量控制系统

1引言

　　目前，国内大型的造纸厂对纸张定量水分的控制系统的策略是进口关键单元，如定量水分传感器和变送器、扫描架、控制器、关键的机械部件等，控制部分用国内的技术及装置，组成完整的品控生产线，即满足了控制要求，而且节省了半数的投资。在本项目控制系统中，选用工控计算机作为操作站和工程师站，选用西门子s7-300plc作为主站和从站，网络通讯采用以太网和profibus现场总线。控制策略采用智能预测控制。

2系统组成

　　扫描架带动定量和水分变送器在线检测，检测信号在计算机内通过数字滤波计算出定量水分的平均值，用定量阀控制纸张的绝干定量，用烘缸蒸汽压力给定值控制纸业水分，此过程是通过目标值和反馈控制系统来实现的。系统主要组成部分如图1所示。

　　2.1 扫描架部分

　　扫描架选用impact公司的b/m传感器变送器及相应的o形扫描架系统扫描架和定量水分信号通过tcp/ip协议和os站交换数据。impact公司的扫描架系统可以方便的对定量水分控制进行扩充，如检测和控制纸张的厚度、灰分、白度、平滑度、横向分布等。此控制系统引进传感器型号如下：o型扫描架1880mm（1880mm advantage plus o-frame scanner）；单边扫描架1880mm（1880mm single sided frame）；定量传感器－钷147（basic weight sensor-pm147）；水分传感器-钨136（basic moisture sensor-w136）；轻触式厚度传感器（light touch air-bearing caliper senor）。

　　2.2 fcs（现场控制站）功能设计

　　（1） 与变送器、执行器一起构成具有自动调节能力的控制站。

　　（2）对现场送来的信号进行处理转换，变成计算机能处理的信号。

　　（3） 把输出信号转化成现场执行器的控制信号。

　　（4）具有相应的扩展输入/输出（i/o）模块，可完成输入/输出处理。

　　（5） 具有与监控操作站（os/oe）进行数据通讯的接口。

　　（6）具备一个主控制板，能执行设定好的控制算法。

　　（7）通过profibus-dp现场总线实现与从站和os进行数据通信。考虑到系统性能和性价比，可编程控制器采用西门子s7-300plc。其特点是：模块化、易于扩展、通信稳定、运行可靠。s7具有开放性的网络结构适应于windows nt/2000和windows xp标准操作系统支持dde/opc，可通过以太网与企业上位信息管理系统连为一体。通过profibus-dp现场总线实现i/o与控制器功能处理分散，可进行远程扩展，进一步提高了系统的可靠性和可操作性。可以通过计算机或触摸屏设定各个控制及连锁逻辑控制回路的控制周期及扫描周期。plc与os站的通讯接口模块采用cp340。

　　2.3硬件配置

　　根据控制系统的要求，采用s7-300系列的plc来进行组态。对于控制系统的plc，首先，由于控制系统的i/o点数（本系统为110个点）不多，程序量不大，通过经验公式计算所需存储器容量（存储器容量（kb）=（1.1～1.25）×（di×10+do×5+ai/a0×100）/1024），根据存储器容量大小选择主控模块为cpu314即可。

　　供电模块：10a的ps307；中央处理器（cpu）：选用cpu314；模拟信号输入：所有的现场参数，由各自的变送器进行检测，通过相应的变送器转换为4～20ma的标准信号与plc系统的模拟量输入通道连接。选用模块为sm331/ai8（2块）；开关量输入：主要是一些控制按钮、急停按钮、限位开关、行程开关等，选用sm321di16（2块）；模拟信号输出4～20ma的调节信号通过d/a模块输出，完成各回路中的调节器的控制。阀门采用气动调节阀，通过电气阀门定位器接受4～20ma电流调节信号。选用模块为sm332/ao8（2块）；开关信号输出：包括一些运行状态显示、报警等。选用模块为sm322/do32（1块）；通讯模块：选用r485接口的cp340（1块）。为了保证控制系统运行可靠稳定，在信号的采集和控制通道中充分采用系统隔离技术。所有现场传感器信号通过隔离器或配电器进入plc的模拟信号采集通道，所有现场的开关信号及阀门的控制信号采用中间继电器隔离。

　　2.4系统控制回路

　　（1） 上浆浓度控制回路

　　影响定量的只要因素是进入冲浆泵的纸浆浓度和流量，浓度通过浓度的自动控制系统来调节。

　　（2）上浆流量控制回路

　　将流量计和相应的控制阀安装在冲浆泵的入口的管道上，实现对上浆流量的控制。根据一定的定量控制算法，改变流量设计值的大小。定量阀采用btg公司的，流量计采用横河ae215mg-as2-pnj-ain/br/sct。

　　（3）蒸汽压力控制回路

　　本系统为三段供汽方式的8缸纸机，采用分段控制方式。分别对施胶前烘缸组（2缸）和施胶后烘缸组（6缸）压力进行顺序控制和定值控制，实现纸张水分的控制。

　　（4）定量水分测控系统

　　定量和水分仪的探头安装在o型扫描架上，随扫描架的来回移动对纸张连续扫描检测，检测信号通过网络传输给计算机进行处理。并在计算机屏幕上实时显示定量水分横向分布图和和纵向趋势图。与此同时计算机通过检测值和设定值之间的偏差根据一定的控制算法发出控制信号，分别调节定量阀和烘缸蒸汽阀，使定量水分保持相对稳定。