风压平衡器自动控制系统的设计与实现

风压平衡器自动控制系统的设计与实现摘要：本文介绍了西门子S7-200可编程序控制器在风压平衡器自动控制系统中的设计与实现。结合卷烟生产工艺，分析了在卷烟生产过程中应用风压平衡器的必要性。根据S7-200可编程序控制器的特点，详细介绍其在控制风压中运用的控制原理，软件及硬件的实现方法。设计完成的系统运行可靠、操作方便、具有很强的实用性。关键词：风压平衡器PID调节可编程序控制器步进电机传感器1.前言卷接机组的工艺风力主要应用于在卷烟过程中的烟丝提升与除尘及在卷烟接嘴过程中，将烟支及嘴棒通过风力产生的负压使烟支吸在接嘴转轮上，实现烟支与嘴棒的接合。工艺风力参数是按卷接机组数量来设计的，每台机组的风路支管是以并联的方式接入风力总管的。由于各卷接机组的工艺风力参数彼此有差异，因而各机组的风路支管压力应视机组工作状态来确定不同的压力值;或当有机组出现故障或因生产调度安排，要求某些机组关闭或更换卷烟牌号等原因，造成主观或客观上的停机，使处于正常工作的机组的风压发生变化，影响机组工作。一种可行的解决方案是：在每台卷接机组的风路支管上加装控制风压的风压平衡器。风压平衡器的风阀在一定范围内变化，调节风压，而不改变风量。因而采用风压平衡器可以使卷接机组支管上的风压保持稳定，卷接机组的烟丝提升与除尘和在卷烟接嘴过程处于最佳状态。由于可编程序控制器具有优越的性能、高度的可靠性，面向工业控制对象的特点，因而风压平衡器的控制系统中，采用可编程序控制器不失为一种合理选择。实践证明：基于可编程序控制器设计的风压控制系统，具有控制精度高、工作稳定、开发周期短等优点，满足了生产的要求。2.控制系统的硬件组成图1如图1所示，风压平衡器控制系统主要由可编程序控制器（S7-200CPU212）、模拟量输入模块（EM231）、人机接口设备（TD200）、现场总线适配卡（EM277）、行程开关、风压传感器、步进电机、步进电机驱动器、驱动器专用电源、特殊的风压平衡器调节风门等组成。中央处理器选用带晶体管输出型的CPU212，它具有脉冲输出、高速计数、掉电保护等功能，CPU模块自身内嵌8个数字输入电、6个数字数出点，与扩展功能模块采用专用的内部总线连接。输入量包括按钮开关数字量输入、到位检测开关数字量输入、卷接机组工作状态外部数字量输入等。数字输入参数决定了系统初始、状态转换、和结束的工作条件;数字量输出包括报警输出、步进电机的转向控制、步进电机的使能控制;脉冲输出采用脉宽调制（PWM）方式，用于控制步进电机转动和转速的快慢。步进电机通过螺纹丝杆传动方式带动风压平衡器中的特殊调节风门在一定范围内开闭，以调节风压。模拟量输入模块（EM231）是具有4个电流或电压差分输入的模拟量输入模块，本系统有两路风压模拟量输入，检测风压的传感器为4-20Ma电流型输出的，而EM231的测量量程为0-20Ma，因此系统采集的风压信号需经线性变换才能得到其真实值。模拟量输入是系统调节的依据。现场总线适配卡（EM277），可将S7-200CPU以子站方式接入PROFIBUS现场总线，与在总线上的主站通讯，由主站监控。事实上，卷接机组往往有许多台套，每台机组上的CPU212均可接入总线，以便设备状态监控及生产管理上。人机接口设备（TD200）用于监测单台工作状态和设定控制参数，它采用PPI通讯方式与CPU212交换数据，当有多个CPU212接入现场总线时，可在总线上接入采用MPI或DP方式的人机接口设备，取代TD200，实现单台HMI设备对所有CPU212的监控。3.控制系统的控制原理如图2所示，风压平衡器的控制系统采用带死区的PID控制算法。图中的p（k）为设定风压差r（k）与实际风压差y（k）图2偏差信号，它是PID调节的输入，满足以下条件：当│r（k）-y（k）│e时，p（k）=e（k）;当│r（k）-y（k）│=e时，p（k）=0;±e为死区范围;