WinAC在千层酥生产线自动化系统中的应用

摘要
WinAC是SIEMENS最新推出的基于PC的工业自动化控制系统，兼具PC强大的计算功能、数据处理能力和PLC逻辑测控与运行可靠性特点。本文介绍了WinAC在千层酥自动化生产线中的成功应用及其独具的特点

关键词：千层酥 烘炉 基于PC自动化 分布式控制系统 过程控制系统

一、概述
千层酥生产线总长度约200米，主要由如下单元组成：
1、叠层起酥机


叠酥机是生产饼干的第一道重要工序，可根据厂房的不同来选择立式或卧式，其包括七道轧辊，三次轧制，配备撒酥机。要求自动化控制系统满足如下要求： 传动控制采用矢量型变频器调速，线速度同步，工作稳定性高。
轧辊间隙采用数字化闭环调整系统控制，操作简单、方便、快捷、高效。
人机界面操控，能与其它成型主机的相关部分实现联动控制，操作简单方便。
叠层次数、宽度在范围内任意调节。
叠层宽度560-1000MM
叠层次数4-12层
压片厚度0.1-10MM
2、送料机
送料机将搅拌好的韧性饼干胚料进行初步轧制后输送到后一工序的双轧轧面机，电控系统要求能够同步调速控制，手动调节与自动运行控制。
3、双轧轧面机
该设备是将叠酥机或送料机输送来的面胚进行多次轧制，使面胚由厚变薄，电控系统要求： 轧辊采用变频调速控制,速度同步，性能稳定. 精确控制面皮厚度，采用智能数字表设定与显示
4、烘炉
有热风循环烘炉、远红外线烘炉、导热油炉等。饼干烘烤炉是饼干生产线的重要组成部份，由电器控制系统、热风循环系统、加热系统、排烟系统、炉网输送装置、炉网自动检测张紧装置等组成，要求自动化控制系统达到如下功能： 生产线工作状态的实时监测
温度坐标、升温曲线等显示。
温度调节系统参数在线修正
历史工作状态记录保存。
温度控制精度高、操作方便、工作稳定、高效可靠、
热风循环系统采用自动控制热风量，闭环控制，可选择自然与强制性排烟等自动功能
燃气炉欠压、超压、漏气、超温等多种安全保护功能 5、成型机
成型机由多台轧面机与传动单元组成，相互之间无机械传动联锁。无张力检测单元，要求整条生产线通过电器控制线速度同步运行，控制难度较大。对自动化系统的功能要求较高。

二、控制系统特点
综上所述，千层酥生产线控制系统是一个集运动控制与过程控制的综合自动化控制系统，归纳起来应有如下特点：
分布式：生产线总长度约200米，控制点多而且分散，因此选用分布式测控系统最为适宜，分布式测控系统具有布线量少，抗干扰能力强，扩展维护方便，运行安全可靠，故障风险降到最低的优点。
总线网：全线采用现场总线网络控制，排除大量模拟信号的干扰因素，实现精确的速度协调控制与高精度温度测控，检测与控制协调一致。
大量配方存贮：一条生产线可生产上百种产品，因此有大量的配方存贮与调用，普通的PLC控制器由于受内存的影响，很难做到大量配方的存贮与调用，因此基于PC自动化是本系统的首选方案。
集中管理：分布式控制，集中式管理是现代过程控制系统的特点，本系统配备完善的人机界面操作系统，全面的系统监控与异常报警功能
运动控制：速度同步也是本控制系统的关键，采用矢量型变频器，通过网络主令控制，达到全线速度的协调与统一。

三、基于 PC 的自动化---WinAC
WinAC是SIEMENS公司最新推出的基于PC的自动化控制系统，WinAC具有PLC的功能但又不同于普通的PLC控制器，其具有强大的计算功能、数据处理能力和PLC无法比拟的计算速度，更兼顾了PLC的运行可靠性特点。其海量内存贮器特别适合于大数据量计算、大量配方存贮与管理。其计算功能与PC机相同，可靠性与功能更可与PLC-S7-400系统比美，是千层酥成型机与烘炉机械设备控制系统最理想的选择：
先进性
WinAC是基于标准的Windows操作平台下的PLC控制器，梯形图编程，因此有独立而严格的时序控制。特别满足对于高速、精确、复杂计算及严格时间要求的控制任务。 WinAC支持标准的Windows NT 下的OPC、Active X 和 DCOM 技术。控制和通讯内核与标准的Windows NT任务的通讯由其内置的代理服务器完成，因此相比普通的PLC控制器功能更强大。
应用程序开发环境
SIEMENS统一的组态软件STEP 7 是 WinAC控制器 的标准开发平台，包括通信组态、编程、测试和启动以及系统文件的编制，对于熟悉STEP7的工程师，不需占用额外的培训时间。
开放式接口
WinAC提供标准的OPC控件接口及Active X 控件接口,对于我们的应用提供了极大的方便。
OPC（过程控制 OLE）是一种通过Windows NT应用程序自动存取数据的国际标准，也是WinAC的标准特性。 使用 OPC 服务器可以访问控制驱动程序中的过程数据; Active X 控件接口，不用编程直接从 OLE 标准应用程序访问过程数据。 这种功能使得我们可以在软件开发中借助于高级语言 Visual Basic进行更复杂的应用开发。

系统组态界面

计算功能
WinAC提供强大的计算功能，与工业过程数据之间建立起一条工作数据链路。使得上位计算机能够实时处理过程数据，完成复杂的测量控制与故障分析计算，并能够在Visual Basic中创建自己的 HMI 前端或在大家熟知的 Excel 中做统计分析。在过程控制和 PC 应用程序之间管理数据信息流量。允许高效、简便地访问并能显示和修改过程数据。对于数据处理量大，要求内存高的过程控制系统，一般的PLC控制器难以胜任的工作，用WinAC则可以轻松解决，这是我们选用WinAC的理由，也是SIEMENS给我们提供了一个合适而且经济的解决方案。

四、系统原理结构


全系统成型机共有18台机组，每台机组配备一台TD-200和CPU224控制器，用于本机运行速度、面皮厚度的测控及参数显示与给定设定，其中9台轧面机的PLC兼控面皮厚度，实现面皮厚度闭环控制。18台PLC与18台变频器分布于生产全线，全部控制设备配备了-DP通讯接口板，通过一条高可靠的PROFIBUS-DP现场总线组网，实现统一的网络结构，分布式的控制系统，方便的就地控制与操作。
除每台机组可以单独设定参数并监控运行数据外，成型机控制区设有一台触摸式人机界面，通过PROFIBUS-DP网络负责对成型区全部设备的实时监控。在烘炉区设一台15寸的屏式计算机，通过PROFIBUS-DP对全生产线的设备进行人机操作与监控、人机对话、数据存贮、报表打印、生产管理。
全生产线的主控制器是中央控制器WinAC, 担负着生产线的主控、PROFIBUS-DP网络管理及网络服务器的任务，控制系统的软件核心、配方数据库均由WinAC控制器完成。为避免报表、打印、人为操作对控制系统产生无法预测的影响，本系统采用了在软件WinAC控制系统基础上研制的硬件控制器--WBC416, 除保存了基于PC自动化完整的优点与特点外，更有设计坚固、可扩展性强、坚固的外壳设计，电子硬盘，无风扇结构的特点。整体的结构设计针对抗振动、抗冲击的高防护等级。集成的接口： USB、10/100M以太网接口、PROFIBUS-DP/MPI工业现场总线系统铸就了其主控制器的地位，也保证了系统的高档与完美。

轧面机面皮厚度控制系统
面皮厚度测控系统由光栅传感器、PLC、步进电机组成闭环实时监控系统
面皮厚度通过KA-300光栅检测，检测精度为0.02mm
厚度反馈值由PLC处理后进行PID计算并控制步进马达，形成闭环控制系统，消除机械累积误差。
闭环控制系统能够实时在线校正厚度。提高产品质量。
五相步进马达，步角0.72度，输出频率9KHz,
V=1.95 A=0.75 N.M=0.45(4.5公斤力)


烘炉温度控制系统
烘炉温度分为8个区，每区温度都是一个闭环测控系统，并配备有智能算法，控制精度可达到正负1度.
专用的热电偶模块进行温度采集，面温与底温分别控制。
控制可控硅调功器，从而控制温度.
SCR调功器的输入信号为0—10V, 输出功率可连续调节，三相平衡式调功器，共8个调功器。
温区烟囱根据配方调节开度，进行流量控制。
自动检测钢带打滑，并自动调整。
智能闭环控制算法,自适应参数整定功能
中控站可进行温度设定与温度监视。



五、测控系统实现的功能
中文动态人机操作界面，设备运行状态动态显示，电气参数、工艺参数、实时显示，具备实时曲线显示、历史曲线显示、大型动态标准数据库，提供年报表、月报表、日报表和随机打印报表的功能；
通过中央监控站可监测与控制现场设备的开/停，干预生产过程；
弹出菜单方式进行参数设置、更改：包括速度设定、温度设定、厚度设定、订单更改、订单参数设置，并能下传至现场控制器（PLC单元），更改工艺参数和控制过程；
配方参数设置：可根据生产需要设置上百种配方，使一线多能成为现实。
美观的立体动态设备图形和工艺运行图界面；
自动运行、电脑远程控制运行；
内置数据库，能进行各类年报表、月报表和日报表及 即时报表，方便的打印与输出功能；
三级口令保护，只有授权的人员可以相应操作；
报警提示与报警记录数据库；
精确的厚度设定与厚度控制；
全线速度同步与速度跟踪，整机同步联控等功能。
温度设定、显示、报警与控制；
烟道阀门开度调