PLC在塑料擠壓造粒設(shè)備改造中的應(yīng)用

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)。
關(guān)鍵字：擠壓機(jī)；PLC；PID；監(jiān)控系統(tǒng)；RSView32

1引言

在聚乙烯塑料生產(chǎn)工藝中，擠壓造粒設(shè)備是一類工藝較復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，其控制系統(tǒng)是保障設(shè)備正常運(yùn)行和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在以往各生產(chǎn)線的設(shè)備中大多是采用進(jìn)口的配套DCS控制系統(tǒng)，其維護(hù)和改進(jìn)都較困難，并且造價(jià)很高。我們?cè)诮谛陆▏?guó)產(chǎn)擠壓造粒設(shè)備中，采用了PLC控制系統(tǒng)，其性能穩(wěn)定且造價(jià)低廉。
在改造前的生產(chǎn)運(yùn)行中，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，使得手動(dòng)操作不僅很難使產(chǎn)品達(dá)到較理想的水平，而且經(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，從而生產(chǎn)開(kāi)工率不高，達(dá)不到設(shè)備標(biāo)稱產(chǎn)量。采用PLC控制系統(tǒng)控制后，大大改善了設(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)到較高的水平。

2設(shè)備工藝特點(diǎn)及控制要求

2.1設(shè)備工藝特點(diǎn)

圖1為塑料生產(chǎn)線工藝流程簡(jiǎn)圖，其主要包括混煉機(jī)、喂料機(jī)、融熔泵和切粒機(jī)四個(gè)大部分。

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融熔泵入口進(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)顆粒水的冷卻并輸送到后系統(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；

2.2控制要求

2.2.1主要回路控制

根據(jù)設(shè)備工藝要求，擠壓機(jī)主要需要三個(gè)控制環(huán)節(jié)：喂料機(jī)控制回路、融熔泵控制回路和切粒機(jī)控制回路。此外還有熔融泵潤(rùn)滑油儲(chǔ)油罐溫度控制回路和熔融泵潤(rùn)滑油出口溫度控制回路等。

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，其變化用于控制喂養(yǎng)機(jī)的吃料速度。
②融熔泵控制回路——該回路采用串級(jí)控制，即融熔泵的工作速度由喂料機(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PID輸出作為主要控制參數(shù)，即通過(guò)對(duì)融熔泵轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，控制喂料機(jī)出口壓力穩(wěn)定在5mp。
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)的工作速度由融熔泵的轉(zhuǎn)速和融熔泵的出口壓力共同來(lái)控制。其中融熔泵的轉(zhuǎn)速作為輔助控制參數(shù)，融熔泵出口壓力的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。

2.2.2聯(lián)鎖控制

在設(shè)備控制中還需要一些報(bào)警聯(lián)鎖控制，主要報(bào)警聯(lián)鎖控制有：

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

2.2.3手/自動(dòng)切換控制

由于設(shè)備在啟動(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)設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)定一段時(shí)間后，才能切換到自動(dòng)控制系統(tǒng)。所以在喂料機(jī)控制回路、融熔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。

3系統(tǒng)構(gòu)成

該自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖2所示，其采用上、下位機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。在控制室內(nèi)由二臺(tái)工控計(jì)算機(jī)作為人機(jī)接口操作站，在下位的PLC采用OMRON公司的SYSMAC CS1系統(tǒng)；CS1系統(tǒng)是具有高速、高效、高可靠、緊湊型CPU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，其最大通訊速率為2M，最大距離達(dá)1km。

3.1硬件配置

3.1.1操作站

在控制室內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)工控計(jì)算機(jī)作為人機(jī)接口操作站，其中一臺(tái)可做為系統(tǒng)程序管理員站。工控機(jī)主要配置為：PⅢ 1.3 CPU、256MB內(nèi)存、40G硬盤及19”純平CRT，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。

3.1.2PLC模塊配置

在PLC中配備的I/O單元如下：

模擬量輸入單元——C200H-AD003(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)
模擬量輸入單元——C200H-DA004(8通道、4～20mA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)

3.1.3變頻器

混煉機(jī)、喂料機(jī)、融熔泵和切粒機(jī)分別由四臺(tái)變頻器控制，其中融熔泵變頻器為高壓變頻器。

3.2軟件構(gòu)成

系統(tǒng)軟件構(gòu)成如圖3所示。在WindowsNT操作系統(tǒng)下，裝配有如下介紹的各個(gè)軟件。

3.2.1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。

3.2.2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，它運(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。其可以很方便地完成工藝監(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。

3.2.3OPC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)。不論過(guò)程中采用什么軟件或設(shè)備，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。

3.2.4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?。

3.2.5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。OMRON的SYSMAC CS1系列PLC具有較豐富的指令系統(tǒng)，其包括繼電器指令、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器指令、計(jì)算指令(包括三角函數(shù)、指數(shù)、冪運(yùn)算等)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、診斷、位移寄存器、比較、數(shù)據(jù)傳送、程序控制和PID控制等指令。利用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。

4結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)于2002年6月投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)數(shù)月的觀察及控制參數(shù)的不斷摸索后，設(shè)備運(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。