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(duì)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(guó)產(chǎn)單機(jī)產(chǎn)量萬(wàn)噸級(jí)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(guó)產(chǎn)單機(jī)產(chǎn)量萬(wàn)噸級(jí)擠出造粒生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。
1、工藝說(shuō)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(guò)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(cāng)R-102A/B/C中。物料通過(guò)喂料器K-101A/B/C加入輸送管線，由風(fēng)機(jī)B-101通過(guò)兩個(gè)換向閥H-102A/B旁通與直通 的切換，向3個(gè)原料倉(cāng)中輸送。物料在重力的作用下落至料倉(cāng)，空氣從倉(cāng)頂?shù)奈矚夥趴展芘懦觥８髟蟼}(cāng)均設(shè)有料位計(jì)。在充裝物料過(guò)程中，當(dāng)物料達(dá)到料倉(cāng)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(cāng)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(cāng)R-102A/B/C輸送到原料貯料斗R-103A/B/C
的工藝過(guò)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(guò)換向閥H-104的切換輸送到靜態(tài)混合料倉(cāng)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(cāng)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(cāng)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(kù)。
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(guò) 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(guò)秤體上的重量傳感器檢測(cè)稱量料斗中物料重量的變化，來(lái)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(cè)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(guò)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(cāng)的切換等都是由料倉(cāng)中料位的高低決定的，所以料位檢測(cè)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(cāng)R-102A/B/C和靜態(tài)混合料倉(cāng)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(hào)。其余各料倉(cāng)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(guó)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(cè)選研華ADAM-4011D模塊。動(dòng)態(tài)電子計(jì)量秤控制器選德國(guó)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(guò)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(duì)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(cè)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(guò)同一輸送管線輸送，必須防止在輸送過(guò)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(jiǎn)便、便于擴(kuò)展。因此，對(duì)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(guò)與各智能儀表及控制器 的通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)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(duì)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(cāng)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(guò)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(yǔ)
該集散控制系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)，從未發(fā)生過(guò)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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