监控西门子S7—300在挤压机监控系统中运用

摘要：挤压机是聚烯烃生产过程中的重要设备之一，也是装置中最贵的设备，其作用是将细小的粉料产品熔融造粒，使聚合物性能稳定，便于贮存和运输。本文采用西门子S7系列plc以及成熟的Profibus及Profinet系统总线，以双机软冗余的方式实现了对于挤压机的监控。
关键词：西门子S7；挤压机系统；监控系统
1001-828X（2013）05-0-02
挤压机是聚烯烃生产过程中的重要设备之一，也是装置中最贵的设备，其作用是将细小的粉料产品熔融造粒，使聚合物性能稳定，便于贮存和运输。在挤压机的上游是聚合物粉料的气流输送系统，下游是聚合物颗粒产品的气流输送系统。聚合物和添加剂连续计量加入挤压机，在挤压机内经双螺杆的强力捏合，聚合物和添加剂塑化、熔融，从机头挤出，在切粒室内水下切成颗粒，以备后继使用。
本文采用西门子S7系列PLC以及成熟的Profibus及Profinet系统总线，以双机软冗余的方式实现了对于挤压机的监控。

一、挤压机的主要构造

挤压机主要由传动系统、挤压系统、加热冷却系统、控制系统以及其他辅助设施等组成。挤压机实物图如图1所示：

1.传动系统

挤压机传动系统主要由：开车电机、开车电机减速器、齿轮离合器、主电机、摩擦离合器、主减速器等组成。
开车电机也称盘车电机，辅助启动主电机或保护主电机。开车电机减速器的作用是将开车电机的转速降低。齿轮离合器其原理是当其输入侧转速大于输出侧时，则输出侧随输入侧同步的转动，而当输入侧转速低于输出侧转速时，则输出侧转，而输入侧不转，从而达到分离的效果。主电机是挤压机的主要动力源，它通过减速器带动两根螺杆同向旋转，当开车电机达到额定转速或额定转矩后，主电机自动启动。摩擦离合器装在主电机与减速器之间，工作时靠离合器摩擦片和压板之间的摩擦力传递扭矩。主减速器其作用是减速、分速、变速和传递转矩，以保证两螺杆同向、同步转动。

2.挤压系统

挤压机挤压系统主要由螺杆、筒体、节流阀、开车阀、换网系统、水下切粒机等组成。
挤压机的螺杆采用的是同向啮合型、自清理式双螺杆，是挤压机的主要做功元件。筒体和螺杆共同组成了挤压机的挤压部分，完成对聚烯烃粉料的加料、混炼和输送等过程。在挤压机螺杆段之后的筒体上安装有节流阀，通过调节节流阀，来控制挤出机的排量大小，改变树脂挤出压力、停留时间，从而改变物流的熔融程度。换网系统安装在连接板和造粒模头机腔之间，它的作用是过滤出混入熔融树脂内的杂质，以便在造粒时不至于“打刀或垫刀”。水下切粒机将从挤压机模板上的模孔内挤出的柱形树脂切成粒状。

3.加热冷却系统

当塑料加热到要求的挤压成型温度时，在一定程度上与塑料在螺杆中受到的摩擦热有关，如果热量不足，可以由外部加热来补偿。反之，如果螺杆摩擦热过多，则必须设置冷却装置。这样，传动和加热——冷却系统共同作用于塑料，完成对挤压工艺控制的要求。机筒的加热和冷却，一般都是分段控制的，每段长度为4～5D（螺杆直径），最低为两段，机头和口模是单独控制的。
（1）加热系统。挤压机的加热形式一般有三种：蒸汽加热、液体加热和电加热。常见的电加热有两种：电阻加热和工频感应加热。常用的电控制的方法有三种：一是变压器控制：由挤压机操作者用手调整变压器（或变阻器）直到物料通过机筒所吸收的热量和加热速度平衡，并在温度计指示温度达到稳定为止。二是自动控制：随着热电偶指示的温度，将加热开关开或关，使温度上升或下降。当挤压机的产量需要改变时，控制系统便自动调整输入热量。三是比例控制：这种控制方法是在指示温度（控制温度）和实际温度有一定差值时，依靠比例控制器自动逐渐调整电源能量来达到。
（2）冷却系统。挤压机的机筒冷却也像加热器那样分段控制，冷却的介质可以用水或空气，空气冷却比水冷却来得缓和，但设备笨重，容易损伤机筒表面。水冷却的缺点是，在冷却系统中容易填满水的沉淀物，温度也难以控制。挤压机中两种介质都可采用，一般机筒冷却采用鼓风机分段冷却比较好，加料口一般采用水冷却。

二、挤压机控制系统简介

挤压机控制系统采用现场操作盘和PLC控制柜的方式。现场操作盘主要是各种操作按钮、指示灯以及部分盘装显示仪表，用于操作员的现场操作控制；PLC控制柜完成所有数字量与模拟量处理。另外，模拟量在进入PLC之前，先通过盘装二次表来集中显示。PLC系统完成温度、压力、流量、转矩、电流等信号的控制和显示，联锁阈值的设定，筒体温度的加热和冷却控制，趋势记录等。

1.监控系统硬件方案

鉴于挤压机监控系统的重要性及甲方要求，该计算机监控系统方案采用了基于西门子公司S7-300 plc的软冗余方案。在软冗余方案中PLC CPU模块成双使用，当主处理器出现故障时，通过事先在CPU模块程序中编制监控程序和数据交换处理程序实现数据同步，完成控制的自动切换。

2.软冗余系统硬件组成

基于西门子公司S7-300 PLC的软冗余方案一般必须具备下列模块及设备：
（1）CPU模块选用CPU315-2DP型号，可实现软件冗余，但无硬件冗余的功能。
（2）PLC的CPU模块间采用PROFIBUS协议通讯，选用CP342-5 PROFIBUS通讯模块。与上位监控主机采用Ethernet协议通讯，选用CP 343-1通讯模块。
（3）ET200M是在工业现场经常使用的PROFIBUS DP分布式从站，ET200M分站主要由电源、IM153系列接口模块、适于ET200M的所有I/O 模块、导轨等组成。S7-300系列PLC的软冗余方案必须要带有ET200M分站，并且有特殊要求：

摘自：本科生毕业论文www.udooo.com