PLC控制系統(tǒng)在塑料擠壓造粒設(shè)備改造中的應(yīng)用

• 2018-09-08

本文通過(guò)講述PLC控制系統(tǒng)在塑料擠壓造粒設(shè)備改造中的成功應(yīng)用，概述了該設(shè)備的工藝運(yùn)行特點(diǎn)，闡述在設(shè)備運(yùn)行中對(duì)混煉機(jī)、喂料機(jī)、熔融泵及切粒機(jī)等主要部件的聯(lián)鎖控制及對(duì)相關(guān)回路的PID控制，介紹了控制系統(tǒng)總體方案，硬件構(gòu)成設(shè)計(jì)及系統(tǒng)軟件的組成和功能特點(diǎn)。

聚乙烯塑料生產(chǎn)中，擠壓造粒設(shè)備的控制系統(tǒng)是保障設(shè)備正常運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。各生產(chǎn)線的設(shè)備中大多是采用純硬件搭接的控制系統(tǒng)或配套DCS控制系統(tǒng)。依據(jù)擠壓造粒設(shè)備的控制特點(diǎn)，在近期新建國(guó)產(chǎn)擠壓造粒設(shè)備中，采用PLC控制系統(tǒng)代替了原來(lái)由繼電器搭接的陳舊古老的控制系統(tǒng)。改造后的PLC控制系統(tǒng)具有功能強(qiáng)勁、性能穩(wěn)定、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

改造前，由于進(jìn)料的不穩(wěn)定性及產(chǎn)品牌號(hào)改變的經(jīng)常性，手動(dòng)操作很難使產(chǎn)品達(dá)到較理想的水平，且經(jīng)常出現(xiàn)堵料、防爆膜由于壓力過(guò)高損壞及其它機(jī)械故障等。采用PLC控制系統(tǒng)控制后，改善了設(shè)備運(yùn)行的可靠性及連續(xù)穩(wěn)定性，使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到較高水平。

1 設(shè)備工藝特點(diǎn)及控制要求

1.1 設(shè)備工藝特點(diǎn)

塑料生產(chǎn)線設(shè)備工藝流程主要包括混煉機(jī)、喂料機(jī)、熔融泵和切粒機(jī)4個(gè)部分，過(guò)程見(jiàn)圖1。

圖1 設(shè)備工藝流程

混煉機(jī)功能是將不同原料成分進(jìn)行混合，并塑煉成一種稠狀流體—熔體塑料；喂料機(jī)用于吸納從混煉機(jī)流出的熔體塑料，并將其均勻地傳送到熔融泵入口進(jìn)行迅速地升壓擠出。經(jīng)過(guò)塑煉處理過(guò)的熔體塑料，在高壓下被擠過(guò)模板成條絲狀；在切粒機(jī)中被均勻地切割，最后形成標(biāo)準(zhǔn)的顆粒產(chǎn)品，通過(guò)顆粒水冷卻輸送到后系統(tǒng)工序。擠壓機(jī)的自動(dòng)控制流程如圖2所示。

圖2 擠壓機(jī)子自動(dòng)控制流程

圖中，FT-2425為混煉機(jī)入料流量，量程為0～15T/h；
PT-2426為喂料機(jī)出口壓力，量程為0～10MPa；
PT-2427為熔融泵出口壓力，量程為0～50MPa。

1.2 控制要求

1.2.1 主要回路控制

擠壓機(jī)主要需要3個(gè)控制環(huán)節(jié)：喂料機(jī)控制回路、熔融泵控制回路和切粒機(jī)控制回路。

(1) 喂料機(jī)控制回路。在混煉機(jī)的入口設(shè)有一電子秤，可檢測(cè)入料動(dòng)態(tài)流量，其變化用于控制喂料機(jī)的吃料速度。

(2) 熔融泵控制回路。該回路采用串級(jí)控制，即熔融泵工作速度由喂料機(jī)的轉(zhuǎn)速和喂料機(jī)的出口壓力共同來(lái)控制。其中喂料機(jī)的轉(zhuǎn)速作為輔助控制參數(shù)，喂料機(jī)出口壓力的(+,輸出作為主要控制參數(shù)，即通過(guò)對(duì)熔融泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，控制喂料機(jī)出口壓力穩(wěn)定在5 MPa。

(3) 切粒機(jī)控制回路。該回路也采用串級(jí)控制，即切粒機(jī)的工作速度由熔融泵的轉(zhuǎn)速和熔融泵的出口壓力共同來(lái)控制。其中熔融泵的轉(zhuǎn)速作為輔助控制參數(shù)，熔融泵出口壓力的PID輸出作為主要控制參數(shù)，即通過(guò)對(duì)切粒機(jī)轉(zhuǎn)速的控制調(diào)節(jié)，以保證產(chǎn)品顆粒尺寸均勻，外觀合格。
　　
1.2.2 聯(lián)鎖控制

在設(shè)備控制中還需要12套報(bào)警聯(lián)鎖控制，主要報(bào)警聯(lián)鎖控制有7個(gè)。

(1) 喂料機(jī)潤(rùn)滑油壓力報(bào)警聯(lián)鎖；

(2) 熔融泵潤(rùn)滑油壓力報(bào)警聯(lián)鎖；

(3) 喂料機(jī)、熔融泵和切粒機(jī)電機(jī)軸承溫度報(bào)警聯(lián)鎖；

(4) 熔融泵網(wǎng)前、后爆破膜狀態(tài)聯(lián)鎖；

(5) 切粒機(jī)切粒室視窗開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖；

(6) 切粒機(jī)顆粒水流量低聯(lián)鎖；

(7) 喂料機(jī)、熔融泵及切粒機(jī)轉(zhuǎn)速低聯(lián)鎖。

1.2.3 手/自動(dòng)切換控制

設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)及工作參數(shù)較復(fù)雜，一般需要操作人員進(jìn)行手動(dòng)控制，當(dāng)運(yùn)行較穩(wěn)定后，才能切換到自動(dòng)控制系統(tǒng)。所以在喂料機(jī)控制回路、熔融泵控制回路和切粒機(jī)控制回路的控制必須實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)平穩(wěn)切換。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

該自動(dòng)控制系統(tǒng)見(jiàn)圖3，其采用上、下位機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。

圖3 PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在控制室內(nèi)由2臺(tái)工控機(jī)作為人機(jī)接口操作站，在下位PLC采用OMRON公司SYSMAC CS1系統(tǒng)；CS1系統(tǒng)是具有高速、高效、高可靠、緊湊型的PLC系統(tǒng)，其CPU選用CS1-CPU65H型號(hào)。

在計(jì)算機(jī)與PLC之間采用Controller Link網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)采用雙絞通訊電纜，最大通訊速率為2M，最大距離達(dá)1km。

2.1 硬件配置

2.1.1 操作站

在控制室內(nèi)設(shè)有2臺(tái)工控機(jī)作為人機(jī)接口操作站，其中1臺(tái)可做為系統(tǒng)程序管理員站。工控機(jī)主要配置為：PⅢ1.3CPU、256MB內(nèi)存、40G硬盤， 在工控機(jī)插有一塊Controller Link網(wǎng)卡——3G8F5-CLK21，用于和PLC通訊。打印機(jī)用于主要工藝參數(shù)報(bào)表的定時(shí)打印。

2.1.2 PLC模塊配置

在PLC中配備的I/O單元為：

• 模擬量輸入單元——C200H-AD003(8通道、4～20mA輸入)
• 模擬量輸出單元——C200H-DA004(8通道、4～20mA輸入)
• 熱電阻輸入模塊——C200H-TS102(4通道、熱電阻信號(hào)輸入)
• 熱電偶輸入模塊——C200H-TS002(4通道、熱電偶信號(hào)輸入)
• 開(kāi)關(guān)量輸入單元——C200H-ID212(16點(diǎn)、直流輸入)
• 開(kāi)關(guān)量輸出單元——C200H-OC225(16點(diǎn)、繼電器輸出)
• 2.1.3 變頻器混煉機(jī)、喂料機(jī)、熔融泵和切粒機(jī)分

別由4臺(tái)變頻器控制，熔融泵為高壓變頻器。

2.2 軟件構(gòu)成

系統(tǒng)軟件構(gòu)成見(jiàn)圖4。在WindowNT操作系統(tǒng)下，裝配有如下介紹的各個(gè)軟件。

圖4 系統(tǒng)軟件的構(gòu)成

2.2.1 操作系統(tǒng)

上位2臺(tái)工控機(jī)內(nèi)的操作系統(tǒng)均為WindowsNT4.0中文版操作系統(tǒng)。Windows NT系統(tǒng)既具有Windows友好且易于使用的界面，又具有系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)的安全性。

2.2.2 監(jiān)控軟件

系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用美國(guó)羅克韋爾軟件公司開(kāi)發(fā)的RSView 32(中文版)工業(yè)組態(tài)軟件，是一種集成式的、組件化的人機(jī)接口軟件，運(yùn)行于Windows95/98/2000/NT等操作系統(tǒng)下，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制自動(dòng)化設(shè)備和過(guò)程?？梢酝瓿晒に嚤O(jiān)控畫面的形成、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、趨勢(shì)記錄分析、報(bào)警報(bào)表打印等任務(wù)。該組態(tài)軟件還具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器集成功能、嵌入標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言(VB)、在線幫助、支持實(shí)時(shí)視頻圖像和嵌入字處理、電子表格和ActiveX文本等功能。

系統(tǒng)監(jiān)控軟件主要完成對(duì)設(shè)備的主要工藝參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)分別以工藝畫面和表格的形式進(jìn)行監(jiān)視、在畫面設(shè)置并監(jiān)視主要控制回路的調(diào)節(jié)參數(shù)及過(guò)程、對(duì)主要儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)記錄、報(bào)警記錄及聯(lián)鎖值的設(shè)定。

2.2.3 OPC軟件

OPC(用于過(guò)程控制的OLE)是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基于微軟的OLE(現(xiàn)在的Active X)、COM(部件對(duì)象模型)和DCOM(分布式部件對(duì)象模型)技術(shù)。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，用于過(guò)程控制和制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)。Active X/COM技術(shù)定義各種不同的軟件部件如何交互使用和分享數(shù)據(jù)。OPC為多種多樣的過(guò)程控制設(shè)備之間進(jìn)行通訊提供了公用的接口。

SYSMAC OPC Server是專用于OMRON系列PLC等設(shè)備的OPC軟件，在該系統(tǒng)用于組態(tài)軟件RSView32的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)與PLC的數(shù)據(jù)交換。

2.2.4 通訊工具軟件

FinsGateWay是OMRON系列PLC的通訊接口工具軟件，主要用于計(jì)算機(jī)與PLC各種通訊網(wǎng)絡(luò)之間的管理，并提供建立通訊的數(shù)據(jù)接口。在該系統(tǒng)中，其主要用于計(jì)算機(jī)和PLC ControllerLink網(wǎng)的之間的通訊控制和數(shù)據(jù)管理，在其軟件中可以對(duì)ControllerLink網(wǎng)卡——3G8F5-CLK21進(jìn)行設(shè)定和服務(wù)啟?？刂?。

2.2.5 編程軟件

CX-Programmer是OMRON公司PLC的軟件編程、調(diào)試工具程序，其運(yùn)行在Windows98＼NT操作系統(tǒng)下，具有豐富、簡(jiǎn)捷的操作環(huán)境和強(qiáng)大的編程、調(diào)試功能。這些指令即可完成擠壓機(jī)設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和處理；順序和邏輯聯(lián)鎖控制設(shè)備電機(jī)的啟停；各個(gè)主要回路的PID調(diào)節(jié)控制等。

3 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，且在達(dá)到設(shè)備最高產(chǎn)量時(shí)，也能夠滿足多種牌號(hào)產(chǎn)品的質(zhì)量要求，大大提高了生產(chǎn)效率，得到了良好的效果。