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基于PLC的自動(dòng)化變送器恒壓供膏控制系統(tǒng)的研究

作時(shí)間:2019-07-08  來(lái)源:云南白藥集團(tuán)麗江藥業(yè)有限公司 云南國(guó)土資源職業(yè)學(xué)院  作者:龐建云 吳彥霖 秦 忠
   
摘要:由于牙膏生產(chǎn)后段需恒壓供膏,且為保證灌裝機(jī)的灌裝精度,輸送過(guò)程需要保證膏體的壓力恒定,膏體的流量根據(jù)灌裝需求進(jìn)行供給。本文研究的自動(dòng)化恒壓供膏控制系統(tǒng)通過(guò)PID控制算法,控制恒壓罐閥門開(kāi)度以保證恒壓罐內(nèi)膏體壓力的恒定,通過(guò)對(duì)PID參數(shù)的整定保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,為牙膏生產(chǎn)后段灌膏的工序提供有力保障。
0引言
牙膏的生產(chǎn)主要分為制膏和灌膏兩部分,供膏系統(tǒng)在制膏及灌膏兩部分間起到連接作用。在膏體生產(chǎn)結(jié)束后,恒壓供膏系統(tǒng)需要根據(jù)后段自動(dòng)化灌裝線的生產(chǎn)要求進(jìn)行膏體輸送。為保證灌裝機(jī)的灌裝精度,輸送過(guò)程需要保證膏體的壓力恒定,其中膏體流量根據(jù)灌裝需求進(jìn)行供給。自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)主要用于金殿日化牙膏生產(chǎn)過(guò)程中的制膏結(jié)束后膏體的自動(dòng)化輸送。國(guó)內(nèi)對(duì)供膏系統(tǒng)中對(duì)恒壓罐閥門的控制基本全依靠人工經(jīng)驗(yàn),這種方法很難保證灌膏的穩(wěn)定性,加上人為操作的局限性且沒(méi)有相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),嚴(yán)重影響灌膏質(zhì)量。因此迫切需要研發(fā)自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)。
1自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)的工藝流程及系統(tǒng)組成
1.1自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)工藝流程
在制膏生產(chǎn)結(jié)束后將膏體輸送至膏體暫存移動(dòng)罐,然后由泵體輸送至恒壓輸送罐,輸送過(guò)程需根據(jù)灌裝機(jī)灌裝需求進(jìn)行膏體供料,同時(shí)需考慮避免泵體減少啟動(dòng)頻率,以免對(duì)泵體使用壽命造成影響。恒壓輸送罐容積740L,為保證0.3MPA壓力輸送,罐體要求設(shè)計(jì)壓力1.0MPA。恒壓罐根據(jù)后端灌裝機(jī)的灌裝量要求,保持0.3MPA壓力給料。自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。
自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)工藝流程圖
1.2自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)主要工藝設(shè)備
3m3移動(dòng)暫儲(chǔ)罐8個(gè),轉(zhuǎn)子輸送泵4臺(tái),740L恒壓輸送罐8個(gè)。
2自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)設(shè)計(jì)
自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路為采用基于PLC的PID控制方法,在恒壓管內(nèi)安裝壓力傳感器、液位傳感器,由壓力傳感器及電容式液位傳感器將罐內(nèi)壓力及液位通過(guò)變送器實(shí)時(shí)傳給控制器,控制器通過(guò)變送器傳回的數(shù)據(jù)通過(guò)PID的控制算法來(lái)調(diào)節(jié)恒壓罐閥門的開(kāi)度,進(jìn)而形成一個(gè)閉環(huán)控制。形成基于PLC的PID控制系統(tǒng),采用了傳感器與PLC設(shè)計(jì)相結(jié)合,優(yōu)化了供膏系統(tǒng)的控制過(guò)程。
2.1系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)
自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)的控制采用負(fù)反饋控制理論和PID控制算法。對(duì)所要控制的恒壓系統(tǒng)進(jìn)行分析后,確定控制信號(hào)中的被控量為灌膏工作時(shí)閥門的開(kāi)度,控制系統(tǒng)的目標(biāo)值為恒壓關(guān)內(nèi)的壓力,被控對(duì)象為恒壓罐閥門,控制裝置為可編程控制器。將恒壓罐內(nèi)的壓力、液位與設(shè)定值進(jìn)行比較,得到偏差,通過(guò)PLC控制變頻器調(diào)節(jié)輸送泵,#后使恒壓罐內(nèi)的壓力及液位跟進(jìn)設(shè)定值,使恒壓罐內(nèi)的壓力恒定不變。自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。
自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理
2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)以上工藝流程要求,以及現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備的安裝位置情況,將恒壓供料系統(tǒng)置于每臺(tái)灌裝機(jī)旁,使用一臺(tái)PLC作為邏輯控制運(yùn)算,一臺(tái)HMI作為操作人員人機(jī)交互,用于設(shè)定壓力等控制參數(shù)設(shè)定,恒壓供膏系統(tǒng)的示意圖如圖3所示。
PLC根據(jù)灌裝機(jī)的灌裝量控制恒壓罐閥門開(kāi)度,從而達(dá)到調(diào)節(jié)膏體流量的目的,灌裝機(jī)的膏體需求量根據(jù)液位計(jì)采集數(shù)據(jù)變化量來(lái)計(jì)算,罐體內(nèi)壓力通過(guò)管頂衛(wèi)生型壓力變送器進(jìn)行監(jiān)控,從而控制壓縮空氣比例調(diào)節(jié)器控制管內(nèi)壓力恒定。
自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)工藝流程圖
2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用西門子PLC-200型PLC作為控制中心,用PLC去控制恒壓罐閥門開(kāi)度來(lái)達(dá)到恒壓穩(wěn)定的效果。
每套系統(tǒng)I/O統(tǒng)計(jì)數(shù)量為10個(gè)點(diǎn)位,考慮系統(tǒng)預(yù)留為今后擴(kuò)展使用。I/O口所需數(shù)量如表1所示。
自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理
從HMI上按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)輸送泵運(yùn)行且恒壓罐的閥門開(kāi)啟,程序根據(jù)壓力、液位傳感器反饋的數(shù)據(jù)通過(guò)PLC輸出一個(gè)電壓或電流信號(hào)(0~10V或4~20mA)給閥門控制器,該電壓或電流信號(hào)控制閥門的開(kāi)度,通過(guò)閥門開(kāi)度的增大和減小從而達(dá)到調(diào)壓的目的。如果停止按鈕按下時(shí),PLC會(huì)給閥門一個(gè)關(guān)閉信號(hào),則輸送泵停運(yùn),閥門關(guān)閉。自動(dòng)化恒壓供膏控制程序系統(tǒng)框圖如圖4所示
自動(dòng)化恒壓供膏控制程序 系統(tǒng)框圖
3結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)系統(tǒng)要求及當(dāng)前恒壓供膏系統(tǒng)存在的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了金殿日化自動(dòng)化恒壓供膏控制系統(tǒng),系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至今10年。即實(shí)現(xiàn)了為后端灌膏環(huán)節(jié)提供持續(xù)穩(wěn)定的牙膏源,又為公司節(jié)約了成本。由于使用PID控制方法,一方面使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,一方面提高了生產(chǎn)效率。

 4T5壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

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