双行星混合机控制系统设计

时间:2014-11-14 14:44 来源:发表吧 作者:刘轲 点击:

  摘 要 本文介绍了双行星混合机的工作原理,讨论基于PLC、触摸屏和变频器的双行星混合机电气控制系统的构成和设计。实现了双行星混合机的高性能控制,提高生了生产效率。

  关键词 双行星混合机;PLC;人机界面;变频器

  中图分类号TH86 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2014)116-0095-02

  0 引言

  双行星混合机是一种新型、高效混合搅拌装置。它包含两个搅拌桨叶,具有独特、新颖的搅拌形式。两个行星搅拌桨叶绕公共轴沿容器壁运转的同时又围绕自身的轴心旋转。桨叶绕容器周围旋转前进,不断带走容器壁上的物料,并将物料带向中间。运转一圈后,桨叶已经过了整个容器,3圈后大部分物料已被充分混合,仅36圈后,全部物料就被完全混合均匀。容器采用特殊密封结构,可使物料在真空下搅拌。釜体夹层采用油浸加热,釜盖可液压升降,釜体可自由移动,操作十分方便。该装置适用于从粉体到高粘度、高密度的物料溶解、混合、混炼、反应工艺。但是其电气控制系统一般都是采用继电器、温控仪表控制方案,操作复杂,自动化程度较低,工艺过程的稳定性不高。

  我们采用台达公司的DVP系列PLC、触摸屏及VFD系列变频器,构建了双行星混合机控制系统。该系统具有三个特点:1)利用晶体管输出的DVP系列PLC实现加热的PWM输出控制;2)利用DVP系列PLC内建的RS485通讯接口实现了PLC与变频器的通讯;3)利用触摸屏的配方控制等功能,开发了人机界面。设备的所有操作和控制都集中在触摸屏人机界面上完成,从而达到了低成本高性能的控制要求,提升了该设备的自动化程度,工艺过程的可重复性得到了提升,提高了生产效率。

  1 控制系统构成

  该双行星混合机控制系统是以台达公司的DVP系列PLC为核心构建。主要由搅拌桶温度控制系统、搅拌电机速度控制系统和人机界面操作管理系统及其它辅助控制功能组成。

  1.1 搅拌桶温度控制系统

  搅拌桶温度控制系统利用PID 指令温度控制专用的自动调整功能,计算出最佳的PID 温度控制参数,实现物料温度控制。热电偶检测到的物料温度信号通过温度扩充模块DVP04TC-H2输入。在PLC程序中执行如下温度控制程序:

  [MOV K4000 D20]

  [MOV K400 D200]

  [MOV D80 D10]

  [TO K0 K2 K2 K1]

  [FROM K0 K6 D11 K1]

  [MOV K3 D204]

  [PID D10 D11 D200 D0]

  [GPWM D0 D20 Y0]

  该程序先使用自动调整参数功能(S3+4=K3)做一初步调整,待调整完毕后,PID 指令将自动修改控制功能为已调整过的温度控制专用功能(S3+4=K4),并自动填入最适用的Kp、Ki及Kd等参数。

  PID 指令的输出作为GPWM 指令的输入。GPWM 指令执行后PLC输出点输出可变宽度的脉冲,控制固态继电器接通和断开的时间,从而控制加热装置实现物料温度PID 控制。

  搅拌桶温度控制的目标值由人机界面输入,同时实时显示物料温度的当前值。使用脉宽调制输出时,宜采用具有晶体管输出的PLC,以保证其工作稳定、可靠。

  1.2 搅拌电机速度控制系统

  双行星混合机两个行星搅拌桨叶的公转和自转由变频器驱动的搅拌电机通过机械传动实现。台达VFD系列变频器内建的RS485通讯接口遵循MODBUS ASCII/RTU通讯格式。而台达的DVP系列PLC有两个通讯口:COM1是RS232,COM2是RS485。两通讯接口可以同时使用,因此无需任何扩展模块就可以实现同时连接触摸屏和变频器。

  1.3 人机界面操作和管理系统

  通过台达人机界面开发软件Screen Editor,开发了友好、简洁的人机界面,包括操作画面、参数设置、配方管理和报警管理以及故障诊断等用户界面。

  用户登录后进入系统监控主画面。在主画面上通过图形、动画实时监控釜体的温度、釜盖的开合、行星搅拌桨叶的旋转和加热管通电断电状态,以及搅拌速度的实时显示、报警和提示信息等。

  在配方管理画面,可以进行配方组的选择,配方的修改,并下载到PLC等。设计可以保存10组配方,每组配方可以设置单段搅拌控制,也可以编程为多段搅拌控制,只需要在该组配方中按顺序输入每一段的工艺参数即可。通过选择配方组,并下载到PLC后启动自动运行,就可以按照工艺曲线自动运行。

  此外,通过报警管理以及故障诊断等画面,可以方便地进行设备的检查和维护,提高了设备的可靠性和安全性。

  2 结论

  通过该双行星混合机控制系统的实际应用,可见,充分利用小型PLC系统内建的硬件接口及其软件协议和相关指令,能够获得低成本高性能的控制系统,从而提高了设备的自动化程度,改进了生产工艺的可重复性和稳定性,使产品品质得到改善。完善的报警功能提高了生产过程的安全性,方便了设备检查维护。经实践证明这一控制方案达到了预期效果。

  参考文献

  [1]DVP-PLC系列应用技术手册(程序篇).4版.中达电通股份有限公司,2008.

  [2]宋伯生.可编程序控制器配置、编程、联网.北京:中国劳动出版社,1998.

  [3]任春华,林朝阳,周国成.行星搅拌机的性能特点及其发展.泸天化科技,2011,1.


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