基于WinAC的橡胶连续硫化机组的控制系统设计

橡套电线电缆是我国煤炭、矿产、铁路、海底通信等传输的主干线，其生产工艺极其复杂，最为关键的一个工艺便是将混炼好的生橡胶挤制在电线电缆上，作为电线电缆的绝缘或外护套（俗称挤橡工艺）。这一工艺需要在一定的温度和压力下，经过一定的时间硫化，因此，在这一工艺中温度、压力、时间这三个工艺参数需要根据工艺特性实时控制。以往，电线电缆生产厂家挡车师傅们主要根据以往经验加以控制，硫化效果往往欠佳，导致电线电缆存在欠硫或过硫等质量问题，极大影响了其使用寿命。为了提高其工艺执行率，我们采用SIEMENS公司的S7-300型PLC、分布式测控模块ET－200M以及基于PC的测控系统WinAC为山东韩誉电线电缆股份公司（中韩合资）根据该电线电缆生产工艺的特点，对整个硫化过程实施实时监控，对各段的温度、盐浴压力进行PID调节，使生产的电线电缆的合格率大幅上升，并实现了少人值守、工人劳动强度大幅度下降，深受工厂喜爱，该套系统后又在山西某电缆厂投入运行，效果较好。本文主要从系统结构、温控策略、系统可靠性设计等方面对橡套电缆挤橡工艺温控系统阐述。

2 系统体系结构

图1：系统结构示意图

系统采用德国西门子S7-300 PLC可编程控制器、分布式I/OET200M和工控机（装载WinAC和PROFIBUS－DP适配卡CP5611）构成DCS系统，系统结构框图见1所示。PROFIBUS－DP 作为设备控制层网络平台；WinCC、MPI网作为监控层的人机接口及系统维护（网络编程、人机接口备用站）平台；以太网作为数据管理、生产及设备管理层的网络平台。
其中四台S7-300PLC可编程控制器作为下位来实现所有信号的采集、运算、调节，分别为：温度控制、牵引控制、压力控制以及辅助控制现地单元，S7－300的特点是：模块化、无排风结构、易于实现分布、运行可靠、性价比高。工控机主要安装WinAC适配器以及机组状态监视、工艺数据存取、机组系统控制、与车间级的工艺控制服务器和生产计划服务器相连，以便与厂级的MIS系统无缝连接。其中CP5611卡为 S7－300型PLC与工控机的通讯接口卡。同时，为便于与车间级以及厂级的MIS系统相连，在WinAC控制器（工业控制计算机）内安装了D－LINK的网卡，通过Ethernet与车间级的工艺控制服务器、生产计划服务器以及车间服务器相连。
在生产线上，需要控制的参数与量为：

· 牵引电机：包括牵引前电机、牵引后电机、张力控制电机以及六台熔岩电机泵。其中牵引前电机、牵引后电机、张力控制电机由牵引控制PLC的D/A模块为MicroMaster420变频器提供模拟输入信号，然后由变频器控制三相异步电机的运行，同时由继电器输入/输出模块控制各台电机的起与停。

· 温度控制：电缆连续盐浴硫化机组共要监测32点温度信号，同时还要控制10台工业电炉为无机物加温并使之熔化。硫化管上安装由热电偶以及温度变送器，将1800～2200℃的温度信号转换为标准的0～10V信号，备PLC的AI模块采集，同时利用继电器输出启动无触点功率模块开关，使电炉通电升温，同时实时监测熔盐温度，构成一温度闭环控制系统，其中电炉的电流采用PID控制方法。

· 压力控制：橡胶经过橡胶挤出机组机制在电缆上后，经过牵引前电机、后电机以及张力控制电机的配合，进入熔岩硫化管内，硫化管内的熔岩的多寡决定了其压力的大小。管壁上安装了20各压力传感器和变送器，其输出信号供压力控制PLC的AI模块采集。

· 在连续硫化机组中，还有许多的数字计量表和电气开关状态需要实时采集和控制，因此，这些量的采集与控制由辅助控制PLC完成。

· 电控柜中需要实时监测单元信号、柜内温度信号（防止个别继电器短路而引起着火）、湿度信号、烟雾度等信号，因此采用SIEMENS的新型分布式I/O产品ET－200M作为机柜现地监控单元。

四个现地控制单元的基本配置与模块为：
· 电源模块：PS307－lK，120／230VAC， 24VDC／10A；
· CPU318—2：512K字节I／0可扩展至l024点。可设定第2个Profibus—DP接口。它完成运行状态参数的实时监测监测，实时进行逻辑判断，CPU318有4种操作选择：RUN—P、RUN、STOP和MRES运行方式；
· 模拟量输入模块：SM331(8路输入)。它把温度、压力变送器输出的模拟量转换为数字信号，并将数字信号送到PLC的控制单元，供PLC做出状态参数的逻辑判断；
· 数字量输入模块：SM321。16路输入2个，32路输入1个，完成电机运行状态监测和PLC电机分批自启动系统运行、调试状态监侧，电机运行状态信号通过电机操作回路中的接触器辅助接点接至该模块；
· 数字量输出模块：SM322(输出8路)。接受PLC控制单元的指令，完成