面粉厂电气控制系统如何升级

　　但是由于面粉加工业是传统行业，各个不同时期建造的面粉厂电气自动化水平差异较大，有20世纪90年代从国外引进的现在正在运行的自动化生产线，有20世纪在消化吸收国外引进自动化生产线基础上国内设计建造的自动化生产线，还有本世纪以来国内设计建造的众多自动化生产线，由于企业性质、生产规模和投资多寡不同，也造成电气自动化水平差异较大。这些面粉加工企业由于扩大生产规模或者工艺调整优化等原因，都要在原来电气控制系统的基础上进行升级改造。由于原有电气控制系统的情况各不相同，升级改造时采用的方案也千差万别。笔者对近年来参与改造的面粉厂电气控制系统升级改造的工程项目进行总结，对各种方案进行比较分析，希望对将要进行电气控制系统升级改造的面粉企业能够参考借鉴。

　　1年代久远，主要控制元件已停产的系统改造

　　这类系统多是20世纪90年代前后从国外引进生产线和在对国外引进生产线消化吸收基础上国内设计建造的自动化生产线，主要控制核心PLC已经停产，如西门子S5系列PLC、富士NJ系列PLC等，I/O模块等相关配件产品很难买到，甚至于连基本的硬件手册、编程手册都收集不到。对这类老旧系统不能采用增加同型号PLCI/O模块的方法实现改造，可采用2种方案。方案一：将原来的PLC系统淘汰，以一套新的PLC系统代替。该方案查线和接线工作量大，和原来部分旧仪表的通讯方式不兼容，会带来改造难度加大、改造周期长的弊端。而且由于采用一套新的PLC系统，也加大了设备的投资。方案二：原来的PLC控制系统保留，新增加一套PLC系统来控制由于工艺改造而增加的设备。由于原来的PLC系统保留，所以减少了更换PLC带来的查线和接线工作量。新增加的PLC仅需要较少的控制模块，减少了投资费用，改造周期缩短，是一种比较合适的改造方案。某面粉厂20世纪90年代后期建厂，PLC为富士1996年生产，CPU型号NJ-A8，输入和输出模块为X-16-1和Y16-R16。由于工艺的优化升级，增加了部分设备需要控制，采用方案二实现，增加了一个欧姆龙CJ2MPLC来控制增加的设备。系统控制图如图1所示。

　　2原控制系统不变，单独增加控制功能的系统改造

　　有些面粉企业在进行生产工艺调整时，只是增加了一部分相对独立的工艺部分，主体工艺部分并没有变化。如面粉企业增加配粉工段，增加麸皮熟化工段，或增加小包装打包工段等。对这类企业的控制系统改造也可以采用2种方案。方案一：在原有PLC控制系统的基础上增加I/O模块和原有控制系统构成一个规模更大的PLC控制系统。这种控制方案由于和原来的制粉工艺控制共用控制系统，成本相对较低，但由于要在原控制系统基础上增加I/O模块，原有控制系统就要停机改造，会对正常的面粉生产造成影响。同时控制点数太多，系统庞大，风险高度集中。方案二：原有控制系统不改动，新增控制工段单独构建一个PLC系统，新旧两个控制系统通过通信网络连接进行数据共享。这种控制方案由于要新增一个PLC控制系统成本较高，但可靠性高，控制灵活，对原有系统影响不大，不会造成停机、停产，是改造时首选方案。某面粉厂原制粉车间工艺没有配粉工段，生产标准粉，现要增加配粉工段，生产专用粉。控制系统升级改造采用方案二进行，原来控制系统PLC为S7-300，改造时新增一个S7-200PLC构成一个单独的配粉控制系统，S7-300和S7-200之间通过PROFIBUS总线互联交换信息，控制结构图如图2所示：

　　3升级完善数据管理功能的系统改造

　　面粉生产企业的生产监控系统大多都是应用组态软件开发的，但组态软件在报表处理方面能力有限，只能进行简单的数据处理，而且对历史数据不能进行灵活的查询，这样仅用组态软件中自带的报表功能模块构建出的报表系统，功能过于简单，满足不了面粉生产企业对生产数据处理日益复杂的要求。这就要求有数据管理功能强大的数据管理系统替代原来功能简单的数据管理系统。面粉生产数据管理系统主要完成打包秤、工艺秤参数设置、生产实时信息显示、历史生产数据统计与查询(包括日报表、月报表、年报表)等功能。主要是采集打包秤、工艺秤、电度表的实时信息，并进行分析、处理。对这类系统进行改造时，不用改动原来的PLC控制系统，只把需要采集数据的打包机、流量秤、电度表等设备连接成一个单独的RS-485通讯网络，单独配置一台工控机来处理采集上来的数据。数据管理软件可采用VisualBasic或VisualC++等高级语言来编程实现，采集到的数据存储在SQL或Access数据库中进行处理。图3为采用VisualBasic开发的生产数据管理系统。

　　4部分设备改变控制方式的系统改造

　　面粉厂中的部分设备功率较大(高压风机、空压机等)，在建厂时没有从节能降耗角度考虑控制方式，采用常规的星-三角或自耦变压器等降压启动方式。但随着节能降耗意识的增强，这些厂家在逐步地考虑用节能效果明显的变频器控制来取代星-三角或自耦变压器等降压启动方式。对于这种情况，控制系统的控制点数不需要增加，软件程序也不需要改变，只把MCC柜中的电机控制电路改造一下就可以实现了。三相异步电动机变频器控制原理图如图4所示。

　　5手动控制系统的系统改造

　　在广大农村地区还有一些200t/d以下，规模较小，当时由于劳动力成本比较低廉，采用在各楼层手动开机的面粉厂。由于近年来人力成本的高涨，也有改成自动化控制，节约人力成本的迫切愿望。对这类面粉厂从节约投资成本角度考虑，一般不愿意更换MCC柜中的空气开关和接触器等低压电器元器件。这时要对MCC柜中的控制电路做一下改造，以适应PLC控制系统的需要。需要改造的地方主要包括：增加接触器中的常开辅助触点，作为PLC中的设备运行检测、指示。要把启动、停止按钮改换成三位钮子开关，以完成控制系统的远程、停止和现场手动功能。如果接触器的线圈电压是380V的，还要加一个继电器，通过继电器的触点来通断380V电压。

　　6建成时间不长，需要增加控制设备的系统改造

　　有些面粉厂建成时间不长，由于工艺优化改造或者提高产量等原因也需要增加控制点数。由于是较新系统，相关元器件市场上很容易采购到，所以这类系统的改造较简单，只需在原来控制系统基础上增加相应的I/O模块就可以达到目的。

　　7总结

　　面粉厂原有控制系统实际情况千差万别，控制系统改造方案也没有固定套路可以遵循，笔者参与改造过的工程项目数量也很有限，总结也不很全面。希望这些改造方案能对需要控制系统升级改造的面粉厂家起到借鉴作用。

　　参考文献：

　　[1]邓遵义，高雪琴，王中营，等.面粉厂配粉控制系统研究[J].粮食与饲料工业，2011(12)：23-25.

　　[2]李利民,刘顺喜.面粉生产控制系统S5-S7升级改造[J].面粉通讯，2007(3)：31-32.

　　[3]任有志，姜丹，赵攀，等.基于MODBUS协议的面粉厂控制系统改造分析和实现[J].粮油食品科技,2013(6):22-24.

　　阅读期刊：电气自动化

　　《电气自动化》(双月刊)创刊于1979年，由上海电气自动化设计研究所有限公司、上海市自动化学会主办。刊载电气自动化方面的科学研究和应用技术论文，设有控制理论应用、电气传动和自动控制、微电脑应用、模糊控制、网络与通信技术、现场总线技术、仿真技术、PLC应用、实用电路、软开关及电源技术、计算机网络与通信、现总线控制、可编程控制器应用、故障诊断与容错控制、综述、数据库设计、智能控制技术、CAD/CAM、经验交流等栏目。读者为自动电子动手术、计算机应用等专业的科研技术人员及大专院校的师生。