西门子系统在离心机上的应用

2013-06-01凌明

机电工程技术 2013年9期

关键词：离心机西门子报文

凌明

（广州广重企业集团，广东广州 510010）

0 引言

我国作为重要的食糖生产国和消费国，糖料种植在农业经济中占有重要地位，仅次于粮食、油料、棉花，居第四位。因而制糖工业在国民经济中占有重要的地位，同时制糖工业也是高度机械化、连续化的现代化生产工业。

制糖的基本步骤一般分为：原料→提汁→澄清→蒸发→煮糖与结晶→分蜜→干燥→筛分→包装→储藏。

下面分析制糖步骤中的分蜜工序。所谓分蜜工序，即将结晶后的糖膏送入离心机，使晶粒与母液分离。借助于离心机快速旋转时产生的离心力的作用，将糖蜜甩出去，而蔗糖晶体则因筛网的阻挡而留在筛篮里，进入到下一工序。

分离出的糖蜜可作为下一级糖膏的原料，继续煮炼到最末一级称为废蜜，即副产品，废蜜可用来制酒精。

1 上悬式离心机

XJZ1320/N 上悬式大型机械卸料过滤离心机是分蜜工序所需设备，它利用强大的离心力将进入筛篮中的悬浮液进行固液分离。被分离滤液由外壳收集从底部排出，固体颗粒在滤网的阻隔下留在筛篮中。转豉里设有固定在外壳上的水、汽管，可根据工艺需要对物料进行水、汽洗涤，分离后的固体颗粒由刮刀从筛篮上刮下来，经筛篮卸料口由外壳下部排出机外。

良好的机械性能及优秀的控制系统使得上悬式离心机在生产自动化及处理能力上有着不可比拟的优势。

2 控制系统

上悬式离心机的检测装置包括：物料探测器、接近开关、行程开关、位置开关，所采集的检测信号传送给PLC。执行机构包括：刮刀、罩、刹车、探料等均采用电磁气阀实现控制；洗网、洗料、洗刀、洗阀工序均采用电磁水阀实现控制；降水洗管采用的是电磁蒸汽阀实现控制。

控制系统系统结构图如图1所示。

本系统选用西门子的S7-200 系列中的CPU226 型号，I/O 点为24 入16 出；加装I/O 扩展模块，I/O 点为8 入8 出；带有两个RS485 通讯口。使用STEP7-MicroWIN 编程软件通过电脑进行CPU226的编程设计[1]。

图1 系统结构图

2.1 USS通讯的设计

采用标准的PROFIBUS 电缆和接头连接CPU226 和变频器；CPU226 作为主站，变频器的整流/回馈单元和逆变单元分别作为从站1 和从站2。

CPU226 的Port0，符合欧洲标准EN50170 中PROFIBUS 标准的RS-485 兼容的9-针D 型连接器。引脚的分配如表1所示[1]。

表1 PLCRS485端口引脚分配

基本单元上的9 针SUB D 插座作为RS485 接口。引脚的分配如表2所示[2]。

CPU226 与Masterdrive 采取自由口通信方式，使用USS 协议，对变频器进行参数的读取及修改。

2.1.1 USS协议的报文结构

USS协议的报文结构如表3所示。

表2 变频器RS485端口引脚分配

表3 报文结构

STX：开始信息

LGE：协议报文长度

ADR：从站号地址

1，2…n：报文字符串

BCC：块校验和

2.1.2 USS协议的程序结构

MAIN：主程序（循环）

SBR0：初始化程序，首次扫描时设置自由通信口的参数

SBR1：计算BCC的程序

SBR2：发送信息程序，初始化发送定时器

INT0：发送结束中断处理程序，打开接收器

INT1：发送超时中断处理程序，再次发送，最多试发3次

INT2：接收字符的中断程序，结束后进行有效性校验

INT3：接收超时中断处理程序，再次接收，最多试发3次

MAIN主程序每循环一个周期，通信程序运行一次，读取变频器中的参数进行缓冲，并在HMI上显示；同时可通过HMI 操作修改变频器的参数，并传输到变频器。

2.1.3 变频器参数设置

对变频器的接口参数进行设置：

P700：串行接口的总线地址

P701：USS协议下输入串行口的波特率

P702：USS协议下输入串行口的PKW个数

P703：USS协议下输入串行口的PZD个数

P704：监控时间。

2.2 变频调速

CPU226通过检测变频器的运行状态及故障信号，根据生产工艺对变频器的频率进行调节，进而实现对变频电机的速度控制，转速分别为卸料转速、进料转速、中间转速、最高转速。调速周期如图2所示。

图2 离心机的调速周期

由于一个调速周期时间较短，且惯性较大，选用西门子的装机装柜型装置SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control，包括整流/回馈单元和逆变单元。正常运行时在电动状态向变频电机提供电源，当降速时可处在制动状态将能量回馈到电网，节约了能源[2]。

2.3 人机界面

目前HMI 技术成熟和PLC的通信连接可靠，能大幅度减少操作面板的操作元件和臃冗的电气连线；同时HMI 编程方便，便于修改；又能实现友好的人机互动，可实现机器工作状况的显示、参数的设定及报表的输出。

选用西门子的TP270，和CPU226 通过MPI 方式连接，使用专用的SIMATIC Protool 软件进行TP270 的设计作为机器的操作面板[3-4]。设计的画面包括：控制方式选择画面、手动/半自动控制画面、自动/手动控制画面、参数设定画面、工作状况显示画面、综合信息画面、操作指南画面、维护指南画面等。操作工人能通过TP270 了解如何进行机器的操作及维护，和掌握机器的运行状况，并进行适当的参数调节。