一,、前言
中糧屯河伊犁糖業(yè)有限公司是一家甜菜制糖企業(yè)，公司生產(chǎn)線上的關(guān)鍵工序都從德國引進(jìn)了世界上最先進(jìn),、自動化程度最高的糖機(jī)設(shè)備,。經(jīng)過幾年的使用、維護(hù),、維修,、保養(yǎng)，我公司逐步掌握,、消化并吸收的這些裝備的先進(jìn)技術(shù)性能,，確保了公司日處理甜菜8000噸以上，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)居全國甜菜制糖行業(yè)首位的良好形勢,。這些糖機(jī)設(shè)備都采用了西門子S7系列的PLC控制系統(tǒng),，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠,，加之優(yōu)化的程序設(shè)計(jì),，強(qiáng)大的通訊功能，使其成為了制糖工業(yè)中單機(jī)自動化的主控裝置,。

二,、西門子PLC簡介
德國西門子公司是世界上研制PLC最早的少數(shù)幾個(gè)公司之一。歐洲第一臺PLC是由該公司在1973年研制成功的,，1975年推出了 SIMATIC S3系列PLC,，1979年推出了SIMATIC S5系列,，20世紀(jì)末又推出了SIMATIC S7系列的 PLC。

西門子公司目前最新的PLC產(chǎn)品是SIMATIC M7,、C7和S7三個(gè)系列,。M7系列PLC是嵌入式的高檔機(jī)，用于解決對時(shí)間要求非常高的的技術(shù)問題,，它既可作為CPU,，也可以作為功能模塊使用，目前國內(nèi)引進(jìn)比較少,；C7系列PLC往往在一個(gè)單元中集成一個(gè)PLC和一個(gè)控制操作面板（OP）,，由于PLC和OP同是SIMATIC系列產(chǎn)品，因此,，C7控制系統(tǒng)的擴(kuò)展也很容易,，并可簡便的在SIMATIC自動化網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行集成； S7系列又分為 S7-200,、S7-300,、S7-400幾個(gè)子系列，分別為小型,、中型和大型PLC,，這個(gè)系列的PLC體積小、速度快,、標(biāo)準(zhǔn)化,，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng),，可靠性更高,，因此，應(yīng)用最廣泛,，遍布各行各業(yè),。

三、西門子S7系列PLC的性能及特點(diǎn)
西門子S7系列PLC更接近于現(xiàn)場要求：高可靠性,，減少了中間接口,，具有多中斷、現(xiàn)場總線口,、集成電位器,、定時(shí)器、 計(jì)數(shù)器,、碼盤接口等高級成功能,，以及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能：RS232／485接口及多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)、遠(yuǎn)程I/O,，還可以作為DCS的下位站和PC機(jī)的下位機(jī),。同時(shí)支持多種編程語言,，多種編程環(huán)境和可配套的集成軟件。S7系列PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

西門子S7-200 PLC是小型化的PLC,，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測,、監(jiān)測及控制等,。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能,。它可提供4個(gè)不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用,，成為當(dāng)代各種小型控制工程的理想控制器，并且可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器,。其控制規(guī)模可以從幾點(diǎn)到幾百點(diǎn),。S7-200PLC可以方便地組成PLC-PLC網(wǎng)絡(luò)和微機(jī)-PLC網(wǎng)絡(luò),，從而完成規(guī)模更大的工程。它的編程軟件：STEP7-Micro/WIN32,。該編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下對PLC編程,、調(diào)試、監(jiān)控,。使得PLC的編程更加方便,、快捷?？梢哉f,，S7-200也可以完美地滿足各種小規(guī)模控制系統(tǒng)的要求,。

西門子S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng),，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng),。與 S7-200 PLC比較,，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6～0.1μs）的指令運(yùn)算速度,；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算,；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi),，人機(jī)對話的編程要求大大減少,。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù),。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送,；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常,、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換,，等等）,；多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密,，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改,；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出,，當(dāng)鑰匙拔出時(shí),，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序,。具備強(qiáng)大的通信功能,，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易,、簡單,。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng),；串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng),；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時(shí)連接編程器,、PC機(jī),、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7 /C7等自動化控制系統(tǒng)。

西門子S7-400 PLC是用于中,、高檔性能范圍的可編程序控制器,。它采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用,，同時(shí)可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU,，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng),。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級時(shí),，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(tǒng)升級和充分滿足需要,。

四,、西門子S7系列PLC在制糖工業(yè)自動化中的應(yīng)用
制糖工業(yè)是高度機(jī)械化、連續(xù)化的現(xiàn)代化生產(chǎn)工業(yè),，它的生產(chǎn)品就是我們通常說的食糖,。它的生產(chǎn)過程幾乎包括了所有主要的化工單元，是具有綜合化工單元生產(chǎn)過程的食品生產(chǎn)企業(yè),，而它的生產(chǎn)規(guī)模卻是其它食品生產(chǎn)加工企業(yè)無法與之相比的,，糖廠每天生產(chǎn)用的原料,、材料以及產(chǎn)品與副產(chǎn)品都是以千噸計(jì)算的。

德國于1802年在庫內(nèi)恩建成了世界上第一座甜菜糖廠,，并創(chuàng)建了甜菜制糖工業(yè),。經(jīng)過200多年的發(fā)展，隨著制糖工業(yè)的科技要求及工藝指標(biāo)要求越來越高,，對制糖裝備的要求也越來越高,。我國由于制糖工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)投入不足,，使生產(chǎn)技術(shù)水平及裝備水平與發(fā)達(dá)國家相比,，還有一定差距，特別是在規(guī)?；a(chǎn),、裝備開發(fā)和自動化水平方面差距較大。

由于制糖工業(yè)的生產(chǎn)線跨距較長,，工序較多,，控制點(diǎn)比較分散，但又是一個(gè)連續(xù)的,，相互關(guān)聯(lián)的整體流水線，每個(gè)工序又有各自的特點(diǎn),，因此,，目前小型 S7200/300系列PLC的在這些工序的生產(chǎn)自動化中應(yīng)用很多，并收到了非常好的效益,。它的靈活,、可靠、耐高溫,、耐潮等特點(diǎn)正好適應(yīng)了部分工序的現(xiàn)場環(huán)境,。

我公司有一臺丹麥制造的DDS滲出器連續(xù)滲出器，使用了近20年,，其儀表控制系統(tǒng)原件都已老化,，并且無法購買，該系統(tǒng)故障率高,，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行,。后我公司對其控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，選用S7-200PLC控制系統(tǒng)來控制油泵開度,、工作壓力及回油壓力向四個(gè)液壓馬達(dá)供油,，并保證四路馬達(dá)的同步轉(zhuǎn)速，及兩根攪攏的同步轉(zhuǎn)速,，順序控制廢粕輪和連續(xù)滲出器的啟停,。改造后的系統(tǒng)運(yùn)行正常,，幾乎無故障停機(jī)，并且操作非常簡便,。

在碳酸法清凈工藝的預(yù)灰,、主灰等工序里，S7-300PLC應(yīng)用到了比例加灰裝置中,，其要求是在滲出汁加入石灰以調(diào)節(jié)糖汁的PH值,。該系統(tǒng)配置了 1個(gè)操作站，通過西門子MPI網(wǎng)連接,，為以后網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展奠定基礎(chǔ),，下位與S7-300PLC相連，現(xiàn)場的液位,、流量,、PH值、閥門開度等模擬量信號和其它開關(guān)量信號通過模塊進(jìn)入S7-300PLC控制器內(nèi)運(yùn)算,、比較后輸出控制加灰泵,，達(dá)到調(diào)節(jié)PH值的目的。該系統(tǒng)的投入大大提高了加灰的效率,，還減輕了勞動力,。在有些糖廠S7200/300系列PLC還應(yīng)用到了蒸發(fā)罐、結(jié)晶罐單臺及多臺同時(shí)控制系統(tǒng)中,。而單臺自動包裝秤的PLC控制已經(jīng)遍布各個(gè)加工廠了,。

我公司自上世紀(jì)90年代末至今先后從德國PUTSCH公司引進(jìn)了用于切絲工序的TSM1800、TSM2200轉(zhuǎn)鼓切絲機(jī),，用于清凈工序的 PKF140壓濾機(jī),、HKF80過濾機(jī)，從BMA公司引進(jìn)了用于分離工序的B1750間歇式分離機(jī),、K2300連續(xù)分離機(jī),，以及由西門子公司給我公司提供的結(jié)晶罐自動煮糖系統(tǒng)。這些裝備的控制系統(tǒng)都是由西門子S7系列PLC組成的,。

PUTSCH公司的TSM2200轉(zhuǎn)鼓切絲機(jī)是目前世界上最先進(jìn),，加工能力最大的切絲設(shè)備，它的最大加工能力是日處理甜菜10000噸,。該設(shè)備控制系統(tǒng)由S7-300PLC控制器,、三臺電機(jī)、兩臺變頻器,、一個(gè)液壓系統(tǒng),、和一些按鈕、限位開關(guān)、指示燈等組成,，完成主電機(jī)無級調(diào)速,、自動定位更換刀框、自我保護(hù)等功能,。它的控制點(diǎn)較多,，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，下圖2是該設(shè)備S7-300PLC控制單元的系統(tǒng)配置圖,。圖中CPU通過輸出模塊控制變頻器,，再由變頻器驅(qū)動電機(jī)，帶動主軸旋轉(zhuǎn),，并給CPU提供相關(guān)信號,。當(dāng)安全裝置或者硬件限位開關(guān)動作后，變頻器都會停止驅(qū)動電機(jī),。編碼器用來反饋位置,、方向等信息給 CPU，以便繼續(xù)執(zhí)行PLC內(nèi)固化的應(yīng)用程序,，并達(dá)到自我保護(hù)的作用,。 PG/PC用來組態(tài)CPU功能及參數(shù)，對CPU來說,，我們可以使用用戶程序直接執(zhí)行程序系統(tǒng)的功能模塊,。TSM2200轉(zhuǎn)鼓切絲機(jī)自動化程度高，故障率非常低,，并有故障顯示,。操作簡單、維護(hù)方便,。為我公司帶來了非常大的經(jīng)濟(jì)效益。

BMA公司的分離機(jī)廣泛用于食品,、藥品等行業(yè),，國內(nèi)進(jìn)口的也非常多，種類也很多,。它們的控制系統(tǒng)大多選用S7-300PLC控制器,。在制糖行業(yè)中，大多選用的是該公司生產(chǎn)的G1250,、B1750等型號的間歇式分離機(jī)和K2300,、K2400等型號的連續(xù)分離機(jī)，分別用于一砂和二,、三砂分離,，它們的自動化程度高，工作效率高。

B1750型分離機(jī)全過程由程序控制,，工作過程中一般不需要人操作,。它也采用了S7-300PLC控制器及OP17操作面板，能隨意監(jiān)查,、修改工作過程中的各個(gè)技術(shù)參數(shù),，比如轉(zhuǎn)速、分離時(shí)間等參數(shù),，充分發(fā)揮設(shè)備能力,，保證產(chǎn)品質(zhì)量，并有良好的安全保護(hù)設(shè)施,。設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),，它能顯示故障點(diǎn)及原因，并可儲存?zhèn)洳?；同時(shí)使用2臺以上設(shè)備時(shí),，當(dāng)一臺分離機(jī)在降速過程中，它可以把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,，反饋補(bǔ)充給另一臺正在升速的分離機(jī),，起到穩(wěn)定電網(wǎng)，節(jié)約用電的作用,。

結(jié)晶罐自動化煮糖多年來一直是制糖行業(yè)研究的主要項(xiàng)目之一,，煮糖煮的好壞直接影響成品糖的質(zhì)量。BMA公司,、西門子公司及國內(nèi)一些廠家都研發(fā)了自己的自動煮糖控制系統(tǒng),。下圖3是西門子公司為我公司提供的一套由S7-300控制器組成的自動煮糖系統(tǒng)。

煮糖是用加熱蒸發(fā)水分,，繼續(xù)濃縮糖漿的方法,，使糖液達(dá)到一定的過飽和度而析出蔗糖晶體，并將其培養(yǎng)長大到一定大小,。它對管體內(nèi)的真空度,、溫度、液位,、錘度要求非常高,，并且伴隨著很多化學(xué)反應(yīng)，糖煮的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量,。西門子公司為我公司設(shè)計(jì)的由S7-300控制器組成的自動煮糖系統(tǒng)將過程分為了四個(gè)階段：入料蒸濃,、起晶、養(yǎng)晶,、最終濃縮,。S7-300控制器通過錘度、液位的實(shí)時(shí)信號來調(diào)節(jié)罐內(nèi)的真空度、溫度,、進(jìn)料量等參數(shù),，最終控制錘度、液位連續(xù),、逐步的升高,，使糖漿達(dá)到一定的過飽和度析出完整的蔗糖晶體。該系統(tǒng)由于是自動,、連續(xù)又是實(shí)時(shí)監(jiān)控,，因此較人工煮糖時(shí)間縮短，效率大大提高,，并且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,。

五、未來展望
制糖工業(yè)未來的發(fā)展將朝著規(guī)?；?、過程自動化控制、機(jī)械自動化方的向發(fā)展,。根據(jù)制糖生產(chǎn)線跨距較長,，工序較多，控制點(diǎn)比較分散的生產(chǎn)特點(diǎn),，其控制管理理念必將向著“分散控制,，集中管理”模式發(fā)展。DCS系統(tǒng),、總線控制系統(tǒng)將會大量應(yīng)用到制糖工業(yè)中來,。該系統(tǒng)基于PLC控制系統(tǒng)作為現(xiàn)場基礎(chǔ)控制器，著重強(qiáng)調(diào)整體的連續(xù)性,、安全性的概念,，主要特點(diǎn)為系統(tǒng)的離散性、靈活性,、快速性和開放性,。S7系列PLC的靈活、可靠,、耐高溫、耐潮等特點(diǎn)適應(yīng)制糖工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境,，而它的體積小,、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化,，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力,，功能強(qiáng)，可靠性高等特點(diǎn)非常適應(yīng)DCS系統(tǒng)、總線控制系統(tǒng),。下圖4為西門子公司最新設(shè)計(jì)的用于甜菜制糖行業(yè)的DCS過程自動化控制構(gòu)架圖,。從圖中可以看出全過程分為甜菜預(yù)處理、滲出,、清凈過濾,、蒸發(fā)、結(jié)晶分離五個(gè)部分,，整體分成了三級管理控制站,，即S7200/300PLC控制站（操作員站）、工程師站和最終的管理員站（經(jīng)理人管理站）,，其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),，也是最主要的現(xiàn)場控制站還是由太網(wǎng)聯(lián)接的第三段S7200/300系統(tǒng)。