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计算机控制技术

第11章 计算机控制系统实例

? 本章的教学目的与要求

掌握各种过程通道的结构、原理、设计及使用方法。 ? 授课主要内容

? 硫化机计算机群控系统 ? 主要外语词汇

Sulfurate Machine:硫化机

? 重点、难点及对学生的要求

说明：带“***”表示要掌握的重点内容，带“**”表示要求理解的内容，带“*”表示要求了解的内容，带“☆”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容

? 硫化机计算机群控系统的软硬件设计***☆ ? 辅助教学情况

多媒体教学课件（POWERPOINT） ? 复习思考题

? 硫化机计算机群控系统的软硬件设计 ? 参考资料

刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义

计算机控制技术

硫化机计算机群控系统

内胎硫化是橡胶厂内胎生产的最后一个环节，硫化效果将直接影响内胎的产品质量和使用寿命。目前国内大部分生产厂家都是使用延时继电器来控制硫化时间， 由于硫化中所需的蒸汽压力和温度经常有较大的波动， 单纯按时间计算可能会产生过硫或欠硫现象， 直接影响了内胎的质量。因此， 设计一种利用先进计算机控制技术的硫化群控及管理系统， 不仅能提高企业的自动化水平， 也能降低硫化机控制装置的维护成本和硫化操作人员的劳动强度，提高硫化过程中工艺参数的显示和控制精度， 同时也避免了个别硫化操作人员为提高产量而出现的“偷时”现象(即操作人员缩短硫化时间， 未硫化完毕就开模) ， 使内胎的产品质量得到保证。

1.系统总体方案

内胎硫化过程共包括四个阶段: 合模、硫化、泄压、开模。由于所有硫化机的控制方式相同， 所以特别适合群控。在自动模式下， 当硫化操作人员装胎合模后， 由控制系统根据温度计算内胎的等效硫化时间并控制泄压阀、开模电机的动作。为克服温度波动的影响， 经过大量实验， 选用阿累尼乌斯(Arrhenius) 经验公式来计算等效硫化时间。

某橡胶制品有限公司硫化车间共有内胎硫化机96台，为便于整个生产过程的控制和管理拟采用计算机群控及管理系统。根据企业的现场情况，借鉴DCS (Distributed Control System ， 集散控制系统) 系统结构， 使用PLC作为直接控制级，完成现场的控制功能; 使用工业控制计算机作为管理和监视级。系统总体方案见图11.8。

PLC 通过温度采集模块采集现场的96 台硫化机温度信号，进行等效计算后，按设定型号的参数计算硫化机的硫化时间并对泄压阀、开模电机动作进行控制，完成内胎的整个硫化过程。采用串行通讯方式将PLC 传送上来的信号采集到工业控制计算机，在监控软件主界面对96 台硫化机的硫化温度和状态进行动态显示， 并自动记录相关过程数据，监控软件还具有参数设置、查询及报表打印等功能。由于计算机本身及其操作系统的不稳定性，工业控制计算机不参与控制， 即使工业控制计算机出现故障也不会影响PLC 的正常运行，从而也不会影响现场的控制，但是所有的现场参数将不能被监视和存储。

系统共有三种工作方式:自动等效硫化方式、自动定时硫化控制方式和机台原有的延时继电器手动控制方式。可以根据需要在现场利用操作台上的旋钮选择工作方式。

工业控制计算机采用研华P4 2.4G，作为控制级的PLC 共两套，采用三菱公司的FX2N 128MR。两套PLC的控制是独立的，分别通过串行口连接到工业控制计算机。

特殊模块FX2N-4AD用来采集现场的热电阻温度信号，并进行模数转换后送往PLC。热电阻采用PT100，热电阻经过温度变送器变成0-5V的电压信号。FX2n-4AD模块共有四路通道， 在任一时刻只能有4个温度信号进入PLC，为提高其使用效率，自行研制了模拟转换开关，模拟开关采用2片CD4501，可以完成16选1的模拟开关功能，利用PLC内部的编程指令控制模拟转换开关依次选通各个通道，循环将48台热电阻信号采集到PLC。

通讯模块FX2N-485BD(485信号)和通讯转换模块FX2N-485PC-IF(转换计算机的RS232信号和485BD的485信号)被用来实现PLC和工业控制计算机的串行通讯。

计算机控制技术

计算机 FX2N 485PCIF 打印机 FX2N 485BD FX2N 485BD FX2N 4AD PLC FX2N 128MR PLC FX2N 128MR FX2N 4AD 模拟开关 模拟 选通 信号 温度变送器 热电阻 开 关 量 输 入 输出 信 号 开 关 量 输 入 输出 信 号 模拟开关 模拟 选通 信号 温度变送器

热电阻 1#—48#硫化机 49#—96#硫化机

图11.8 内胎硫化计算机群控及管理系统总体方案 2.可编程控制器控制软件的设计

三菱公司FX2N 系列可编程控制器可以使用梯形图、指令表和SFC 三种编程方式， 指令多达156种，功能强大，编程非常方便。从内胎硫化的流程可知，硫化的控制属于过程、位置控制， 采用PLC 可方便的进行编程， 实现内胎硫化机的等效硫化时序。为提高运行速度、减少运行指令，在控制软件设计中采用了模块化编程，设计了多种通用子程序，如数

开始 据采样及处理子程序、等效硫化计算子程序、报警子程序等。

控制软件主程序流程简图见图11.9。

初始化 3.工控机管理软件设计

数据采集及处理子程序 1．工控机软件总体设计

自动 手动/自动 手动 逻辑动作子程序 （合模、泄压、开模等） 等效硫化计算子程序 或定时硫化 报警子程序 图11.9 控制软件主程序流程简图