| PLC和變頻器在物料攪拌配料系統中的應用 | 2020-01-20 |
| 摘要詳細介紹了物料配料罐稱重配料系統中物料的控制方式以及控制方案。針對物料攪拌配料系統的要求,重點闡述了基于PLC和變頻器配料系統的硬件和軟件設計過程,并給出了相應的PLC控制程序。 0前言 攪拌作為工藝過程的基礎操作單元,廣泛應用于石油、化工、醫藥、食品、油漆、涂料等許多行業。但是,由于這些行業中所用到的材料,多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質,以致于現場工作環境十分惡劣,不適合人工現場操作;另外生產要求該配料系統要具有混合精確、控制可靠、工作效率高等特點,這也是人工操作和半自動化控制所難以實現的。基于PLC可靠性高、抗干擾能力強、配料系統的設計和建造工作量小、維護方便、容易改造的特點,設計以PLC作為控制核心,結合變頻器等完成物料攪拌的自動配料系統。 1配料罐稱重配料系統各物料的控制方式 1&9642;1固體物料A的給料控制方式與計量 1&9642;1&9642;1物料A的給料量控制 物料A是一種粒度比較小的固體狀物料,在給料時要求給料控制配料設備能夠根據用料量的大小來適時調節。給料電機1M要求通過變頻調速適時改變喂料量的大小。 變頻調速的原理:變頻器的功用是將頻率固定的(通常為50Hz)交流電(三相或單相)變成頻率連續可調(多數為0~400Hz)的三相交流電。通常電機的同步轉速由下式表示:n0=60f/p(1) 式中n0—旋轉磁場轉速,通常稱為同步轉速; f—電流的頻率; p—旋轉磁場的磁極對數。 當頻率連續可調時(一般p為定數),電動機的同步轉速也連續可調。又電動機的轉子轉速總是比同步轉速略低一些,所以,當同步轉速連續可調時,異步電動機因為異步轉子的轉速也是連續可調的。變頻器就是通過改變電流的頻率來使電動機調速的。 1&9642;1&9642;2物料A的計量方式 采用壓力稱重模塊組成的電子秤的計量方式進行物料A的計量。防爆電子秤是一種連續輸送松散物料進行自動稱量的專用稱重儀表,在我國各行各業得到了廣泛的應用。當皮帶輸送物料時,稱量段上的物料重量通過皮帶秤量拖輥載臺作用于稱重模塊,稱重模塊將重量轉換成電信號(mV級),送入運算器,經過放大、濾波、A/D轉換變換成數字信號。裝在回程皮帶上的測速稱重模塊把皮帶運行的速度信號轉換成脈沖信號,送入運算器。運算器將兩個信號進行積分運算,從而得出物料的重量累計值并顯示。運算器的計算方法一般有積分法和累加法兩種數學模式。 1&9642;1&9642;3給料與計量的配合控制 當物料A下料落到電子秤上時,通過給防爆電子秤上的壓力稱重模塊確定一個物料量數值,然后通過物料下落到防爆電子秤上稱得的數據與給定數值進行比較得到一個給料信號,然后將這個給料信號傳送到PLC的A/D模擬量模塊中,通過PLC的D/A模擬量模塊來給給料電機1M上的變頻器一個控制信號,通過這個控制信號來調節1M電機的轉速,從而控制物料A的給料的大小。最后由防爆電子秤將物料A輸送到攪拌器中。 1&9642;2液體進料量的控制方式與計量 1&9642;2&9642;1物料B的給定量控制 物料B是一種液體狀物料(如油漆),在給料時要求給料控制配料設備能夠根據用料量的多少適時地調節。對給料電機2M要求其可通過調節正反轉方式來適時地改變調節閥開度的大小,以改變物料B(油漆)給予的多少。利用電動調節閥來控制液體給量的裝置。由檢測液位的稱重模塊將檢測到的液位變化信號(電感量的變化信號),經交流電橋轉換成交流電信號,再經過檢波、比較、調零、PI放大后,成為一個線性的液位信號。此信號與油漆位給定信號、閥位反饋信號進行比較,經比例運算后輸出一個三位電信號(開—停—關),控制電調閥上的執行器。 1&9642;2&9642;2物料B的計量 常用的液體物料的計量方式有以下幾種:防爆地磅、計量泵、渦街流量計。鑒于防爆地磅的眾多優點,這里筆者選擇防爆地磅作為物料B的計量方式。 1&9642;2&9642;3給料與計量的配合控制 打開電磁閥,原料B開始進料到攪拌機中, 其料量的多少通過防爆地磅中的流量稱重模塊Q來測量。在測量時通過給流量稱重模塊一個給定值(給定值由物料A和物料B的比例來定)和測量值進行比較,將比較的結果傳輸到PLC的A/D模擬量模塊中去,再通過PLC的D/A模擬量模塊將控制信號(4~20mA電流信號)傳到電動調節閥中,通過控制信號來控制電動調節閥中的伺服電機正反轉以調節電動調節閥的開度,從而達到控制物料B的進量大小。 1&9642;3混合配料設備的控制 攪拌裝置中的混合裝置是通過一個恒速的三相鼠籠式電機3M來帶動的。物料A和物料B通過這一裝置達到混合均勻。 1&9642;4所用電氣配料設備的確定和選擇 (1)1M電機采用變頻調速的異步電機。選用的型號:VS-616G5型號的變頻器、BPY系列三相交流變頻調速異步電動機。 (2)電動調節閥選用的型號:ZDSN型電子式電動雙座調節閥。 (3)3M電機選用的型號:YLZ系列三相鼠籠異步電動機。 (4)防爆電子秤選用的型號:BMC系列高精度防爆電子秤。 (5)防爆地磅選用的型號:LD系列智能防爆地磅。 (6)電磁閥選用的型號:K35HD2-35系列電磁閥K35HD型號。 2控制方案的確定 2&9642;1工藝流程的分析 (1)首先根據混合物料A和物料B的比例給防爆電子秤中的稱重模塊和防爆地磅一個給料信號。 (2)接通各個電氣配料設備的電源后,電氣配料設備開始工作,其中攪拌電機一直帶動攪拌器工作。 (3)物料A輸送到變頻調速電機M1所帶動的 傳送帶上,通過M1帶動的傳送帶把物料A送到帶有稱重模塊P的電子皮帶稱上,然后由帶有恒速電機的防爆電子秤將物料A輸送到攪拌器中去。(4)變頻調速電機M1的轉速大小由電子皮帶 秤所帶的稱重模塊所反饋的4~20mA電流信號通過PLC中的A/D和D/A模塊把反饋信號傳送到 變頻器中去,通過這一反饋信號讓變頻器來調節M1電機的轉速,以達到調節物料A的給料量的目的。 (5)在輸送物料A的同時打開電磁閥,物料B 開始向攪拌器中輸送。 (6)通過防爆地磅帶有的流量稱重模塊Q與給定值比較向PLC反饋一個4~20mA的電流信號,通過PLC中的A/D和D/A模塊把信號傳送到帶有伺服電機M3的電動調節閥中,通過這一信號控制伺服電機轉動來調節電動調節閥的開度,以達到調節物料B進料大小的目的。 (7)將物料A和物料B輸送到攪拌器中后對其進行攪拌。 2&9642;2控制流程 控制過程電氣配料設備的啟動順序為:首先啟動攪拌電機M4;然后打開電磁閥,接通物料A的輸送電機M1、防爆電子秤、電動調節閥、防爆地磅及PLC的電源。 通過防爆電子秤和防爆地磅的反饋信號適時地調節M1電機和電動調節閥,以控制物料A和物料B的輸送量。 考慮以后技術升級或者擴展需要,同時還需要增加A/D、D/A轉換模塊,為此選用的EM231是4模擬量輸入模塊,EM232是2模擬量輸出模塊。根據控制方案及配料設備要求,建立所有現場控制元件與PLC編程元件的地址分配表。 3硬件設計 3&9642;1PLC的選定 根據配料系統的要求,保證操作人員的現場控制能力,設計∀手動和∀自動兩種控制方式,并用一個方式轉換開關供控制方式轉換。本次選用S7-200CPU224PLC,研制了一套符合配料罐稱重配料系統生產工藝要求的PLC控制裝置。充分利用PLC本身資源,大大減少配料設備故障率和配料設備的占地面積,充分發揮配料系統的高性能。3&9642;2I/O地址分配表按配料系統的要求,配料系統控制開關按鈕包括手動/自動轉換開關、急停按鈕、手動下料和輸送開關、 4軟件設計 復位按鈕等。為便于整個工藝流程操作管理的集中,在自動控制時,設計了既可在現場進行近地 ∀啟動與∀停止的方式,也可遠地進行∀啟動與∀停止,共有4個按鈕。此外,還包括手動送料A、手動送料B、手動攪拌等輸入信號、配料系統輸入共8個輸入端子。配料系統輸出包括下料閥、調節閥、變頻電機等共7個輸出端子。本文通過對物料攪拌配料系統要求的分析,以編程控制器為核心,通過合理的程序編制和對變頻器、變頻電機、電磁調節閥、下料閥、攪拌機等配料設備的控制,實現了對物料的定量混合攪拌的自動控制。 | |
