摘 要：大型擠出造粒生產(chǎn)線的開放型集散控制系統(tǒng)，采用組態(tài)軟件進(jìn)行主機(jī)與分布式智能儀表間的遠(yuǎn)距離通訊和控制，對系統(tǒng)的工藝流程、硬件配置、軟件設(shè)計(jì)等進(jìn)詳細(xì)論述。
關(guān)鍵詞：PLC 集散控制 串行通信 組態(tài)軟件
隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，各種大型塑料機(jī)械不斷出現(xiàn)，技術(shù)上的竟?fàn)幨箶D出造粒生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)也更趨多樣、先進(jìn)和完善。本文介紹為某大型石化公司設(shè)計(jì)的國產(chǎn)單機(jī)產(chǎn)量萬噸級擠出造粒生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。
隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，各種大型塑料機(jī)械不斷出現(xiàn)，技術(shù)上的竟?fàn)幨箶D出造粒生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)也更趨多樣、先進(jìn)和完善。本文介紹為某大型石化公司設(shè)計(jì)的國產(chǎn)單機(jī)產(chǎn)量萬噸級擠出造粒生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。
1、工藝說明
工藝流程如圖1所示。
1.1 物料氣力輸送
各種物料的準(zhǔn)確傳送與分配是擠出造粒機(jī)組正常生產(chǎn)的重要保障。多種物料通過單根管線全封閉輸送，可以節(jié)省設(shè)備投資，減少占地空間，符合環(huán)保要求。該部分控制分為四個(gè)子系統(tǒng)。
1.1.1 B-101子系統(tǒng)
將A、B、C 三種物料分別從進(jìn)料斗R-101A/B/C輸送到原料料倉R-102A/B/C中。物料通過喂料器K-101A/B/C加入輸送管線，由風(fēng)機(jī)B-101通過兩個(gè)換向閥H-102A/B旁通與直通 的切換，向3個(gè)原料倉中輸送。物料在重力的作用下落至料倉，空氣從倉頂?shù)奈矚夥趴展芘懦?。各原料倉均設(shè)有料位計(jì)。在充裝物料過程中，當(dāng)物料達(dá)到料倉設(shè)定高位時(shí)，相應(yīng)的進(jìn)料喂料器立即停止進(jìn)料，延時(shí)10秒掃線，確保輸送管線中的物料吹掃干凈。然后根據(jù)其它原倉中的料位高低，自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)換向閥的換料向與喂料器的起停運(yùn)轉(zhuǎn)。
1.1.2 B-102子系統(tǒng)
物料從原料倉R-102A/B/C輸送到原料貯料斗R-103A/B/C
的工藝過程與1.1基本相同。
1.1.3 B-103子系統(tǒng)
擠出造粒機(jī)組生產(chǎn)的成品顆粒料由選料 機(jī)Z-103篩選出合格產(chǎn)品，經(jīng)喂料器K-103加入輸送管線，由風(fēng)機(jī)B-103通過換向閥H-104的切換輸送到靜態(tài)混合料倉R-104A/B中。
1.1.4 B-104子系統(tǒng)
成品物料經(jīng)靜態(tài)混合料倉R-104A/B的 均化干燥，由包裝輸送風(fēng)機(jī)B-104經(jīng)喂料器K-104A/B輸送到包裝料倉R-105中，由電子包裝機(jī)定量稱量、裝袋、封口后，經(jīng)運(yùn)輸皮帶輸送到成品庫。
1.2 擠出造粒機(jī)組
擠出造粒機(jī)組根據(jù)生產(chǎn)物料工藝要求， 將各節(jié)筒體分別加熱到相應(yīng)的溫度。各種物料按照配方，由電子計(jì)量秤精確計(jì)量，不斷地加 入擠出機(jī)加料斗中。喂料機(jī)將加料斗中的物料攪拌混合注入進(jìn)料口。主電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙螺桿反向 擠壓，使進(jìn)料口中的物料由雙螺桿的驅(qū)動(dòng)經(jīng)過 各節(jié)筒體并逐漸融化，充分反應(yīng)均勻混合至機(jī) 頭，由機(jī)頭模板處的旋轉(zhuǎn)切粒機(jī)將混合物料剪 切成顆粒，經(jīng)水冷、風(fēng)冷處理后的成品物料， 送入振動(dòng)選料機(jī)。該部分控制分為三個(gè)子系統(tǒng)。
1.2.1 電子計(jì)量子系統(tǒng)
正常生產(chǎn)中，A/B/C三種物料，按每臺(tái)秤設(shè)定的加料速率不斷地從稱量料斗R-A/B/C加入擠出機(jī)加料斗R-D中。電子秤控制器通過秤體上的重量傳感器檢測稱量料斗中物料重量的變化，來控制計(jì)量秤底部下料電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，以保證下料量的穩(wěn)定。當(dāng)秤量料斗中物料的重量低于控制器設(shè)定的進(jìn)料重量時(shí)，打開稱量料斗和原料貯料斗間的氣動(dòng)閥門，向稱量料斗中補(bǔ)料。當(dāng)稱量料斗中物料的重量高于電子 設(shè)定的補(bǔ)料重量時(shí)，關(guān)相應(yīng)的氣動(dòng)閥門，停止補(bǔ)料。電子計(jì)量系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性是生產(chǎn) 合格成品的重要保證。
1.2.2 溫度控制子系統(tǒng)
每節(jié)筒體底部裝有溫度檢測熱電偶，由溫控表控制每節(jié)筒體的溫度，包括加熱和冷卻。加熱介質(zhì)為電加熱鑄銅加熱器，冷卻介質(zhì)為去離子水。溫控表通過雙向PID調(diào)節(jié)，自動(dòng)跟蹤物料體系達(dá)到最佳控制效率。
2、控制系統(tǒng)配置
在物料氣力輸送中，旋轉(zhuǎn)閥的換向、喂料器的起停、料倉的切換等都是由料倉中料位的高低決定的，所以料位檢測必須準(zhǔn)確、可靠。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和實(shí)際狀況，原料倉R-102A/B/C和靜態(tài)混合料倉R-104A/B中的料 位計(jì)選用進(jìn)口射頻導(dǎo)納連續(xù)物位變送器，輸出4-20mA電流信號。其余各料倉的料位計(jì)選用 阻旋式開關(guān)料位計(jì)。
主驅(qū)動(dòng)電機(jī)為上海南洋電機(jī)廠600KW直流電機(jī)（定制），調(diào)速裝置選英國歐陸590系列1580A帶RS422通訊口的直流調(diào)速器。切 粒機(jī)的調(diào)速用三菱FRA700變頻器。溫控表為RKC 帶 RS485通訊口高精度表。切粒機(jī)水溫 檢測選研華ADAM-4011D模塊。動(dòng)態(tài)電子計(jì)量秤控制器選德國申克公司INTECONT Plus控制器。
研華工控機(jī)，三菱FX2N可編程控制器，輸入144點(diǎn)，輸出 48點(diǎn)。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)及PLC電源容量要求，PLC的基本單元選FX2N-64MR，1塊擴(kuò)展單元FX2N-32ER，6塊數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊FX2N-16EX，2塊4通道模擬量輸入模塊FX2N-4AD。工控機(jī)COM1口通過編程電纜SC09與PLC編程口相連； ADAM-4520A將COM2口由232轉(zhuǎn)換為485，與10塊溫控表通訊；由內(nèi)插在工控機(jī)底板PCI插槽上的CP114S多串口卡擴(kuò)展板的4個(gè)串口分別與主機(jī)590調(diào)速器、ADAM-4011D模塊、變頻器、電子計(jì)量秤控制器通訊。
3、控制軟件設(shè)計(jì)
（1）整個(gè)系統(tǒng)各控制環(huán)節(jié)存在嚴(yán)格邏輯互鎖關(guān)系，操作不當(dāng)可能導(dǎo)致故障或事故。
（2）根據(jù)用戶對配方、產(chǎn)量和自動(dòng)化程度的不同要求，配置經(jīng)常更改，涉及電機(jī)（輔機(jī)系統(tǒng)開關(guān)控制、主機(jī)系統(tǒng)交、直流調(diào)速與電流控制）、溫控、計(jì)量、筒體熔壓檢測及機(jī)組報(bào)警處理等內(nèi)容，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜。
（3）采用獨(dú)立溫控儀表控制每節(jié)筒體溫度，保證溫控精度在 ±1℃。
（4）在物料氣力輸送中，由于不同物料經(jīng)過同一輸送管線輸送，必須防止在輸送過程 中發(fā)生物料的混雜和跑料事故。
為此，控制軟件要求運(yùn)行穩(wěn)定、界面直觀、操作簡便、便于擴(kuò)展。因此，對工控機(jī)以WindowsXP操作系統(tǒng)為運(yùn)行平臺(tái)，采用北京亞控公司組態(tài)軟件kingview6.5為開發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。工控機(jī)通過與各智能儀表及控制器 的通訊，實(shí)現(xiàn)對工藝參數(shù)的設(shè)置、監(jiān)控與管理， 并根據(jù)各設(shè)備運(yùn)行與報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行互鎖保護(hù)。
由于生產(chǎn)線控制操作規(guī)程多，物料輸送及擠出造粒機(jī)組各部分存在復(fù)雜的邏輯互鎖關(guān)系，必須盡可能避免因操作失誤或參數(shù)設(shè)置不當(dāng)引起的設(shè)備損壞。例如：在冷機(jī)、料溫過低或油泵關(guān)閉的情況下強(qiáng)制起動(dòng)主電機(jī)，可能導(dǎo)致雙螺桿變形或扭斷，釀成嚴(yán)重事故。因此， 在軟件設(shè)計(jì)中對主要設(shè)備提供多重保護(hù)，內(nèi)容包括：物料輸送中換向閥、喂料器、料倉料位的邏輯檢查、機(jī)組電機(jī)啟停邏輯檢查、料溫檢查、熔壓超限、急停處理、電機(jī)過流保護(hù)、變頻和直流調(diào)速器報(bào)警處理等，同時(shí)該系統(tǒng)還具備選料、延時(shí)掃線、停電記憶等功能，這些極大地提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。
4、結(jié)束語
該集散控制系統(tǒng)自投運(yùn)以來，從未發(fā)生過物料混雜和跑料事故，機(jī)組設(shè)備運(yùn)行良好， 電子計(jì)量準(zhǔn)確，溫控精度高，組態(tài)靈活，人機(jī)界面友好，控制功能完善，取得了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。
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