基于现场I／O的智能粉尘成形机控制系统设计

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智能粉尘成形机是集液压、机械、电控于-体的自动化控制设备，该设备将除尘设备收集的粉尘压缩成- 定尺寸规格的密实棒料，便于运输，避免运输过程中造成环境污染，降低运输成本。另-方面可做燃烧值很高的燃料，广泛应用于烟草、造纸和木材等行业除尘后的压制作业，以实现节能环保，具有较高的市驰值和社会价值。

1 工作原理1.1 系统结构智能粉尘成形机主要由液压动力系统、冲压成形系统、送料系统、密实度调节系统、冷却系统及电控系统组成，主要包含储料仓、螺旋喂料器、搅拌装置、送料螺杆、液压马达、双作用液压缸、冲压成形头、成形腔、压缩座等零部件，结构组成如图1所示。

图1 智能粉尘成形机系统组成1.2 工作原理智能粉尘成形机利用液压推力将成形腔内的粉尘冲压成形，为充分发挥液压缸的工作效率，使用双活塞杆形成双向冲压出料，通过对粉尘压实时间参数及液压缸压实压力的调整，来满足密实度控制、产量控制及冷却等功能的实现。

粉尘通过前级设备被送到成形机的储料仓内，经过-组双向螺旋搅拌棒搅拌，将松散的粉尘不断地输送到左右两个垂直料斗中，在液压马达驱动下通过送料螺杆将粉尘送入冲压成形腔，在双作用双活塞杆液压缸的作用下，通过成形冲头不断挤压压缩成形，形成- 定密实度的棒料。

液压系统为设备提供动力主要由压制成型油路、压钳夹紧油路和送料及冷却油路三个油路组成。三个油路相互独立，共用-个油箱，原理如图2所示。

电控系统采用-种集 PLC、分布式 I/O于-体的自动化网络集成系统完成系统的信号检测、控制，高效、可靠地完成设备所需的功能要求。

2 电控系统随着计算机软、硬件技术的快速发展，目前工业控制设备应用较多的有 PLC、DCS、FCS及现场总线(DP)收稿 日期 ：2013-04-01作者简介 ：张永红(1966-)，女，江西九江人，高级工程师，主要从事液压及 自动控制技术方面的研究与应用工作。

2013年第6期 液压与气动 85图2 液压系统原理图等技术，来满足工业柔性化生产的不同要求。上述技术各有特点，而现场总线技术打破了传统的控制系统的结构形式，其具有的系统开放性、现场设备的智能化与功能 自治性、经济性及现彻干扰能力强等特点，使得用其构建的系统结构简化，连线简单，大大提高了设备的可靠性和可维性，该项技术越来越得到广泛的应用。

根据智能粉尘成形机的运行特点，本系统选用s7-300 PLC(可编程控制器)和 ET200S远程分布式 I/，O构建-套基于 PROFIBUS.DP现场总线的自动化网络集成系统，以实现智能粉尘成形机的自动控制。根据设备功能及就近分配原则，将现场的部件划分为液压部件子站和执行部件子站两部分，与主电控系统相连构建-套完整的电控系统，电控系统原理框图见图3所示 。

Ethcruet图 3 电控 系统原理 图2.1 硬件组成1)主电控系统主电控系统由PLC、HMI(人机界面)、电源及-些低压电器元件组成。该部分提供系统所需的电源供给，同时通过 DP总线完成现场数据的采集和过程控制，实现系统工作模式选择、状态检测等功能，并通过Ethemet总线实现和上级主干网的通讯。

PLC作为粉尘成形系统的核心控制单元，选用 s7300系列产品，CPU选用 315-2PN/DP拈，该拈具有大容量程序存储器和 PROFIBUS.DP主从接口，带两路 PROFIBUS-DP口，-路工业以太网口功能，很好地满足了设备特点需求。

2)现场子站为减少现场设备的故障率及现秤线的工作量，选用 ET200S分布式 I/O子站实现送料系统、压钳系统、冲压成形系统等部件的控制。现场由液压部件和执行部件两个子站组成，分别通过 IM151.1通讯拈连接主电控系统 CPU拈的 DP口，完成相关电机的控制及模拟量、数字量输入输出点信号的采集。电机选型原则遵循功率≤7.5 kW 选用 ET200的电机拈直接启动。主泵电机选用性价比较高的施耐德公司生产的ATS48软启动器实现对大功率电机的控制，以减少电机启动时对电网的冲击。

(1)液压部件子站 控制要求：① 主泵、送料、压钳和风冷4台电机的控制及状态检测，除主泵电机功率为30 kW，其他电机功率均≤7.5 kW；② 主油缸电磁阀(左、右)、装料(左、右)和压钳电磁阀(左、右)的控制；③ 主回路油温检测；④ 主油路阻塞、送料油路阻塞、回油阻塞报警检测；⑤ 压力和液位检测及超压报警。

(2)拈配置原理 据统计 ，该子站需处理 24 V模拟量输人信号1路，开关量输入信号 11路，开关量输出信号 10路，3路电机控制。故选用 ET200S的2AI-RTD拈-块、8DI拈、8DO拈各2块、DS电机拈 3块。

3)执行部件子站86 液压与气动 2013年第6期(1)控制要求 ① 左、右搅拌电机、双向刮料电机及水冷 4台电机的控制及状态检测，水冷电机为AC220 V供电，其他电机为 AC380 V供电且功率均≤7.5 kW；② 加油电磁阀的控制；③ 左、右高低料位光电管及左、右喂料接近开关检测。

启动信号I 料仓供料电机 l ～ 停止左左夹钳阀动作 l 右夹钳阀动作定左位右装料阀动作 l 左装料阀动作润滑油阀动作二二二二][二 清除系统运行时间堕室 l图4 系统流程图(2)拈配置原理 据统计，该子站需处理开关量输入信号10路，开关量输出信号 1路，3路电机控制。故选用 ET200S的 8DI拈 2块，4DO拈 1块，DS电机拈3块。

2.2 系统组态本系统选用 STEP7V5.5及 WINCC FLEXIBLE完成系统和人机界面的组态和编程。在其友好的界面下进行组态和编程，完成所需的操作画面、控制画面及报警画面，为用户提供形象直观的操作环境，系统流程图见图4，画面见图5所示。

b、c1图 5 画面我们为系统设计了运行画面、单机调试及故障报警画面，用户可以通过这几幅画面对现场的设备进行调试、控制和监测，实现系统的自动控制和操作，同时故障报警画面使用户对设备的维修和故障处理变的简单、快捷，提高了系统的实时监控性。

3 结论本系统结合液压系统及相关控制产品实现整个废料成形的过程控制，系统稳定可靠，现场测试方便。该系统推向烟草市丑，因其 良好的运行性能得到了用户的肯定和好评，是-款值得向食品、木材等行业推广的环保产品。