1 引言
可编程控制器(PLC),是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品。具有要可靠性高，功能齐全，使用灵活方便等优点。
本文介绍的是应用可编程控制器(西门子S7-200系列PLC)、人机界面(西门子TP270触摸屏)来实现水下切粒设备的控制及操作。
2 工作流程
水下切粒设备由铸带头、切粒机、干燥机、振动筛组成。高
温熔体由铸带头挤出成丝股后，经过导向槽冷却，由前、后引料辊引入切割室，由滚切刀切成一定规格的切片，经输送管进入干燥机进行干燥后进入振动筛进行筛选，合格料进入料仓。如图1所示。
图1 水下切粒设备的工作流程
3 控制系统简介
作为水下切粒设备的控制中枢，水下切粒机电控系统负责整套水下切粒设备的正常运行，要能满足切粒规格及切粒产量变化的生产要求，另外还要具有多种联锁联控、故障自诊断、报警及与控制中心室进行通讯等功能。
系统的结构框图如图2所示，整个系统由三部分组成： (1)操作部分(触摸屏)：用于操作、设置更改工艺参数、显示设备运行状况、故障报警及自我诊断;(2)控制部分(PLC)：控制电机的运行、现场信号的采集分析及处理、与中央控制室的通讯;(3)执行部分(电机、变频器及电磁阀)和检测部分(各种传感器)。
图2 控制系统的结构框图
整个电控系统的逻辑控制过程，是以可编程控制器作为控制中枢，将各种监控元件的信号作为可编程控制器的输入信号，经过可编程控制器内部控制程序的运行，发出输出信号指令，送至各执行元件实现控制指令的完成。在本控制系统中，可编程控制器配有一个模拟量输入/输出模块和一个数字量扩展模块。因此可编程控制器共有32个开关量输入，16个开关量输出，4个模拟量输入和3个模拟量输出。在可编程控制器控制器与触摸屏之间采用PROFIBUS-DP通讯;可编程控制器控制器与变频器之间，通讯方式采用串行通讯，通讯中的数据传送结构为半双工，通过RS-485通讯电缆进行通讯。
人机界面为西门子公司的TP270触摸屏一台，该产品防护等级很高(前侧65)、能在危险产所使用(通过FM认证)等特点，很适合化纤行业恶劣的生产环境。该触摸屏配有专用的组态软件，可高效率地进行软件开发。
4 软件开发
4、1 软件编程的原则
(1) 按照标准化的原则对所有I/O信号及程序中使用的变量进行统一的编码。
(2) 按照结构化原则根据程序功能对程序进行分段。
(3) 按照模块化原则建立各种设备的控制程序。
4、2控制程序的编制
本系统的控制程序完全按照软件工程中“结构化、标准化、模块化”的原则进行编制。首先把PLC中所有的I/O信号及程序中要用的变量进行编码。为了提高程序的可读性和便于调试，所有的信号及变量按功能进行编码，例如，“切割室锁紧检测”表示切割室锁紧检测的接近开关的信号，对应PLC上的地址为数字量输入 “I0.1”;“引料速度信号输出”表示切粒机的引料速度输出给中控室，对应PLC上的地址为模拟量输出“AQW2”;等等。
其次编程时要将PLC所要实现的功能逐一列出，如下：
要具有对水下切粒设备各部分的启动运行及停机的控制功能，要能具备单控及联锁控制两种控制方式。
在速度的调节控制中，要具有手动和自动两种调速方式，切片长度可调，并要能生产出合格尺寸的切片。
切粒机电控系统的控制程序，要能对冷却水流量、引料速度、切粒机主电机电流等各种参数进行检测。
要具有人机通讯处理的功能，在可编程控制器及触摸屏之间进行通讯，完成对设备的控制，包括设备的启动、运行和停机，单控与联锁控制的选择等。同时，还要对设备的运行状态以及故障信息进行显示。
要能和化纤生产线总控制室的DCS进行通讯，及时地将切粒设备的运行状态及一些重要参数送至DCS。
根据切粒机电控系统所需具备的这些主要功能，对于系统控制程序的设计，从结构组成上分析，基本控制功能模块组成如图3所示，大致可分为以下几个部分：
主程序:调用各子程序及通讯数据的传递。
子程序：共有12段子程序，包括两段初始化子程序(用于初始化可编程控制器内的变量存储器(V)、内部位存储器(M)、用于计算对应切粒长度变化后的最大引料速度、初始化三个用于检测前、后引料辊及滚切刀速度的高速计数器);各设备的开停控制;切粒机速度控制;故障报警等。
中断程序：中断程序INT0用于前、后引料辊及滚切刀的速度计算(将定时计的脉冲数转换为模拟量信号及线速度)，其余三个中断程序分别用于三个高速计数器在当前值等于预置值时的中断。
图3 PLC控制程序的模块组成
4、3 触摸屏人机界面的组态
在计算机上进行编程，组态触摸屏的画面，首先定义变量表及区域指针，所使用的变量的地址必需和PLC程序中一致。然后定义报警消息及帮助。做完这些后可以开始组态画面，例如选择屏幕显示的按钮、指示灯和参数显示及设置。当程序组态和编写完成后，对程序的语法、地址范围等进行编译，并在计算机中进行模拟调试，然后下载至触摸屏中，通过PROFIBUS-DP总线插头与PLC通讯即可进行操作使用。
在本控制系统中，组态的触摸屏人机界面画面有5幅，包括单控操作界面、联锁操作界面、参数设置界面、屏蔽设置界面、警报显示界面。图4为单控操作界面。
图4 单控操作界面
在触摸屏组态程序设计时，必须对操作的安全可靠性加以考虑。在触摸屏的人机对话界面操作中，各控制按钮就显示在显示屏上，对设备的操作非常简便，相邻的操作按钮之间有一定的距离，防止误操作。
5 技术特色
本系统控制功能完善，具有单控、联控、联锁保护、通讯等功能，并具有切粒速度手动和自动调速功能，尤其是对于切粒尺寸的调节非常方便，能适应柔性的聚酯生产，适应性很大，具有故障自诊断功能，并采用触摸屏的人机操作界面操作和显示，操作简单方便，维修排故直观快捷，可操作性良好，性能上较为先进。
