一、前言
中糧屯河伊犁糖業有限公司是一家甜菜制糖企業，公司生產線上的關鍵工序都從德國引進了世界上最先進、自動化程度最高的糖機設備。經過幾年的使用、維護、維修、保養，我公司逐步掌握、消化并吸收的這些裝備的先進技術性能，確保了公司日處理甜菜8000噸以上，各項經濟技術指標居全國甜菜制糖行業首位的良好形勢。這些糖機設備都采用了西門子S7系列的PLC控制系統，該系統運行穩定，數據可靠，加之優化的程序設計，強大的通訊功能，使其成為了制糖工業中單機自動化的主控裝置。

二、西門子PLC簡介
德國西門子公司是世界上研制PLC最早的少數幾個公司之一。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世紀末又推出了SIMATIC S7系列的 PLC。

西門子公司目前最新的PLC產品是SIMATIC M7、C7和S7三個系列。M7系列PLC是嵌入式的高檔機，用于解決對時間要求非常高的的技術問題，它既可作為CPU，也可以作為功能模塊使用，目前國內引進比較少；C7系列PLC往往在一個單元中集成一個PLC和一個控制操作面板（OP），由于PLC和OP同是SIMATIC系列產品，因此，C7控制系統的擴展也很容易，并可簡便的在SIMATIC自動化網絡中進行集成； S7系列又分為 S7-200、S7-300、S7-400幾個子系列，分別為小型、中型和大型PLC，這個系列的PLC體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性更高，因此，應用最廣泛，遍布各行各業。

三、西門子S7系列PLC的性能及特點
西門子S7系列PLC更接近于現場要求：高可靠性，減少了中間接口，具有多中斷、現場總線口、集成電位器、定時器、 計數器、碼盤接口等高級成功能，以及強大的網絡功能：RS232／485接口及多種現場總線標準、遠程I/O，還可以作為DCS的下位站和PC機的下位機。同時支持多種編程語言，多種編程環境和可配套的集成軟件。S7系列PLC系統結構如圖1所示。

西門子S7-200 PLC是小型化的PLC，它適用于各行各業，各種場合中的自動檢測、監測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網絡都能實現復雜的控制功能。它可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用，成為當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模的控制器。其控制規模可以從幾點到幾百點。S7-200PLC可以方便地組成PLC-PLC網絡和微機-PLC網絡，從而完成規模更大的工程。它的編程軟件：STEP7-Micro/WIN32。該編程軟件可以方便地在Windows環境下對PLC編程、調試、監控。使得PLC的編程更加方便、快捷。可以說，S7-200也可以完美地滿足各種小規模控制系統的要求。

西門子S7-300是模塊化中小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統。與 S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結構，具備高速（0.6～0.1μs）的指令運算速度；用浮點數運算比較有效地實現了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數賦值；方便的人機界面服務已經集成在S7-300操作系統內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數據，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統自動地處理數據的傳送；CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改；S7-300 PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，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功能，這使得組態非常容易、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總線接口和工業以太網總線系統；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATIC S7/M7 /C7等自動化控制系統。

西門子S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。它采用模塊化無風扇的設計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據需要組合成不同的專用系統。當控制系統規模擴大或升級時，只要適當地增加一些模板，便能使系統升級和充分滿足需要。

四、西門子S7系列PLC在制糖工業自動化中的應用
制糖工業是高度機械化、連續化的現代化生產工業，它的生產品就是我們通常說的食糖。它的生產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過程的食品生產企業，而它的生產規模卻是其它食品生產加工企業無法與之相比的，糖廠每天生產用的原料、材料以及產品與副產品都是以千噸計算的。

德國于1802年在庫內恩建成了世界上第一座甜菜糖廠，并創建了甜菜制糖工業。經過200多年的發展，隨著制糖工業的科技要求及工藝指標要求越來越高，對制糖裝備的要求也越來越高。我國由于制糖工業基礎薄弱，技術投入不足，使生產技術水平及裝備水平與發達國家相比，還有一定差距，特別是在規模化生產、裝備開發和自動化水平方面差距較大。

由于制糖工業的生產線跨距較長，工序較多，控制點比較分散，但又是一個連續的，相互關聯的整體流水線，每個工序又有各自的特點，因此，目前小型 S7200/300系列PLC的在這些工序的生產自動化中應用很多，并收到了非常好的效益。它的靈活、可靠、耐高溫、耐潮等特點正好適應了部分工序的現場環境。

我公司有一臺丹麥制造的DDS滲出器連續滲出器，使用了近20年，其儀表控制系統原件都已老化，并且無法購買，該系統故障率高，嚴重影響了生產的連續進行。后我公司對其控制系統進行了改造，選用S7-200PLC控制系統來控制油泵開度、工作壓力及回油壓力向四個液壓馬達供油，并保證四路馬達的同步轉速，及兩根攪攏的同步轉速，順序控制廢粕輪和連續滲出器的啟停。改造后的系統運行正常，幾乎無故障停機，并且操作非常簡便。

在碳酸法清凈工藝的預灰、主灰等工序里，S7-300PLC應用到了比例加灰裝置中，其要求是在滲出汁加入石灰以調節糖汁的PH值。該系統配置了 1個操作站，通過西門子MPI網連接，為以后網絡擴展奠定基礎，下位與S7-300PLC相連，現場的液位、流量、PH值、閥門開度等模擬量信號和其它開關量信號通過模塊進入S7-300PLC控制器內運算、比較后輸出控制加灰泵，達到調節PH值的目的。該系統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還應用到了蒸發罐、結晶罐單臺及多臺同時控制系統中。而單臺自動包裝秤的PLC控制已經遍布各個加工廠了。

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

PUTSCH公司的TSM2200轉鼓切絲機是目前世界上最先進，加工能力最大的切絲設備，它的最大加工能力是日處理甜菜10000噸。該設備控制系統由S7-300PLC控制器、三臺電機、兩臺變頻器、一個液壓系統、和一些按鈕、限位開關、指示燈等組成，完成主電機無級調速、自動定位更換刀框、自我保護等功能。它的控制點較多，結構比較復雜，下圖2是該設備S7-300PLC控制單元的系統配置圖。圖中CPU通過輸出模塊控制變頻器，再由變頻器驅動電機，帶動主軸旋轉，并給CPU提供相關信號。當安全裝置或者硬件限位開關動作后，變頻器都會停止驅動電機。編碼器用來反饋位置、方向等信息給 CPU，以便繼續執行PLC內固化的應用程序，并達到自我保護的作用。 PG/PC用來組態CPU功能及參數，對CPU來說，我們可以使用用戶程序直接執行程序系統的功能模塊。TSM2200轉鼓切絲機自動化程度高，故障率非常低，并有故障顯示。操作簡單、維護方便。為我公司帶來了非常大的經濟效益。

BMA公司的分離機廣泛用于食品、藥品等行業，國內進口的也非常多，種類也很多。它們的控制系統大多選用S7-300PLC控制器。在制糖行業中，大多選用的是該公司生產的G1250、B1750等型號的間歇式分離機和K2300、K2400等型號的連續分離機，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，能隨意監查、修改工作過程中的各個技術參數，比如轉速、分離時間等參數，充分發揮設備能力，保證產品質量，并有良好的安全保護設施。設備出現故障時，它能顯示故障點及原因，并可儲存備查；同時使用2臺以上設備時，當一臺分離機在降速過程中，它可以把機械能轉化成電能，反饋補充給另一臺正在升速的分離機，起到穩定電網，節約用電的作用。

結晶罐自動化煮糖多年來一直是制糖行業研究的主要項目之一，煮糖煮的好壞直接影響成品糖的質量。BMA公司、西門子公司及國內一些廠家都研發了自己的自動煮糖控制系統。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。

煮糖是用加熱蒸發水分，繼續濃縮糖漿的方法，使糖液達到一定的過飽和度而析出蔗糖晶體，并將其培養長大到一定大小。它對管體內的真空度、溫度、液位、錘度要求非常高，并且伴隨著很多化學反應，糖煮的好壞直接影響產品質量。西門子公司為我公司設計的由S7-300控制器組成的自動煮糖系統將過程分為了四個階段：入料蒸濃、起晶、養晶、最終濃縮。S7-300控制器通過錘度、液位的實時信號來調節罐內的真空度、溫度、進料量等參數，最終控制錘度、液位連續、逐步的升高，使糖漿達到一定的過飽和度析出完整的蔗糖晶體。該系統由于是自動、連續又是實時監控，因此較人工煮糖時間縮短，效率大大提高，并且產品質量穩定。

五、未來展望
制糖工業未來的發展將朝著規模化、過程自動化控制、機械自動化方的向發展。根據制糖生產線跨距較長，工序較多，控制點比較分散的生產特點，其控制管理理念必將向著“分散控制，集中管理”模式發展。DCS系統、總線控制系統將會大量應用到制糖工業中來。該系統基于PLC控制系統作為現場基礎控制器，著重強調整體的連續性、安全性的概念，主要特點為系統的離散性、靈活性、快速性和開放性。S7系列PLC的靈活、可靠、耐高溫、耐潮等特點適應制糖工業現場環境，而它的體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能強，可靠性高等特點非常適應DCS系統、總線控制系統。下圖4為西門子公司最新設計的用于甜菜制糖行業的DCS過程自動化控制構架圖。從圖中可以看出全過程分為甜菜預處理、滲出、清凈過濾、蒸發、結晶分離五個部分，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（經理人管理站），其中最關鍵的環節，也是最主要的現場控制站還是由太網聯接的第三段S7200/300系統。