王彰云
(廣西工業職業技術學院,廣西 南寧 530001)
摘 要:根據制糖過程中分蜜的工藝要求,結合西門子PLC和變頻器對分蜜機控制系統進行自動化改造,取代了過去的多極交流電動機的調節方式,現實了多級速度調節。同時采用西門子觸摸屏MP277作為人機交換界面,實時顯示離心機運行狀態以及對控制參數的設置。該分蜜機控制系統具有調速性能好、節能效果顯著等特點,對提高白砂糖質量具有重要的作用。
關鍵詞:分蜜機;PLC-200;變頻器;觸摸屏
中圖分類號:TP571.61 文獻標識碼:B 文章編號:1003-7241(2013)06-0054-03
1 引言
在白砂糖的生產過程中,分蜜環節作為白糖生產的最后一道工序,它對白糖的質量起到非常重要的作用。分蜜的過程是一種復雜的工藝流程。分蜜的質量受多種因素的影響,主要影響因素有分蜜機、分蜜的時間控制。因此,分蜜機在整個制糖過程中起到至關重要的作用。目前,一些大型制糖企業設備比較先進,但是一些中小糖廠由于資金短缺的原因,其分蜜機器設備比較落后,大多采用繼電器觸點控制,分蜜機控制裝置中大多采用多極交流電動機進行調整,這種調速是有級的,在速度轉換時有較大的沖擊,不但影響電網的電壓穩定,同時還對糖廠設備造成很大的沖擊力。這些設備容易老化、壽命短、可靠性差,而且大多采用手動操作,受操作員的經驗、熟練程度等因素影響。所以,要提高這些糖廠白糖的質量,改進分蜜機控制系統成為急需解決的問題。針對以上情況,本文結合可編程控制器PLC、觸摸屏以及變頻器設計了一種全自動的糖廠分蜜機控制系統,實現交流無級調速[2]。
2 分蜜機控制系統組成
分蜜機控制系統由可編程控制器、觸摸屏、變頻器等組成,如圖1所示。德國西門子S7-200屬于小型可編程控制器,其功能強大、性能價格比高、應用范圍廣泛,在國內具有較高的市場占有率。本系統采用S7-200的CPU226型號,它有24個數字輸入點,14個數字輸出點,能滿足分蜜機所需的開關量。變頻器選用西門子的多功能標準變頻器MM440,西門子MM440變頻器三相380輸入,0.37KW,采用高性能的矢量控制技術,提速高轉矩輸出和良好的動態特性,同時具備超強的過載能力,能很好的滿足糖廠分蜜時電動機控制要求。觸摸屏選用西門子多功能面板MP277,具有全集成自動化,可用于糖廠復雜工作環境,開放性,易于擴展等特點,它主要用來實現各種開關量輸入、時間參數的設置以及每道工序狀態的顯示[2][3]。
3 PLC控制系統程序設計
3.1 分蜜的控制流程
離心機分蜜的流程如圖2所示,啟動分蜜離心機后,待其達到一定轉速,通過控制電磁閥打開進料閘門,糖膏開始進入離心機,由進料檢測儀自動檢測離心機中糖膏的厚道,當進料達到設定的厚度時,控制系統通過電磁閥關閉進料閘門,停止進料。然后進行排蜜、水洗、氣洗、剎車、卸糖等步驟。
3.2 PLC程序控制框圖
根據制糖工藝流程要求,分蜜過程中每一步對離心機的轉速、運轉的時間都有嚴格限制。
系統啟動后,先完成初始化的設置,檢查落罩是否到位以及剎車是否在松開狀態。這些準備好后,離心機啟動并加速,同時進行洗網操作,當轉速達到180轉/分時,開始裝料;由物料厚度檢測儀檢測糖膏的厚度,到達指定厚度后,關閉進料閘門;離心機加速,當轉速加速到700轉/分時,停止加速,打水14秒;離心機繼續加速,轉速達到1200轉/分時,離心機進行高速分離;25秒后,對離心機進行氣洗15秒,離心機減速,轉速減到60轉/分時,升落罩、卸糖。
4 分蜜機變頻調速控制電路以及參數設置
4.1 變頻器與PLC接線圖
分蜜機控制系統變頻器與PLC接線圖如圖4所示,MM440實現4級離心機的調速,PLC的輸出端子Q0.1、Q0.2、Q0.3分別連接變頻器MM440的3個數字輸入端口DIN1~DIN3。頻率的選擇是由PLC的Q0.1~ Q0.3輸出確定的。4段固定頻率控制狀態如表1所示[1] [3]。
4.2 變頻器參數設置
根據分蜜工藝要求,離心機的電機采用四級速度控制,其參數可以通過變頻器面板進行手工設置,可以實時修改,增加了控制的方便性。其變頻器4段固定頻率控制狀態如表1所示[4]。
5 觸摸屏的監控界面設計
觸摸屏選用西門子多功能面板MP277,它通過RS-232直接與PLC或者主機進行連接。觸摸屏的監控界面設計框圖如圖5所示。系統啟動后,觸摸屏先進入開機界面,顯示一個帶進度條的LOGO畫面。當初始化完成后,進入到主菜單界面,用戶在該界面可以進入相應的子界面,如:運行狀態顯示、參數設置、報警查詢。進入運行狀態顯示界面后,可以通過界面監控分蜜機的運行狀態,它實時顯示當前分離狀態、電機的轉速以及延時的時間。當系統出現異常時,能記錄報警的類型和時間,用戶可以通過報警查詢界面查詢歷史報警情況。在參數設置界面中,為了保證系統的安全性,設置參數時,必須先輸入用戶名和密碼,才能對相應參數進行修改。
6 分蜜機控制系統的應用
本文設計的分蜜機控制系統在廣西糖廠得以廣泛應用,其中在欽州大寺糖廠的一條生產線采用本文設計的分蜜機控制系統,另外一條生產線使用的是舊分蜜機控制系統,經過2010/2011兩個榨季運行結果對比表明:
(1) 系統穩定可靠。本系統在高溫、濕度大、電壓異常波動的惡劣環境下,連續工作,沒有出現任何故障。而原有的分蜜機控制系統因故障多次停機。
(2) 白砂糖產量提高。原有的分蜜機控制系統,進料量是通過目測法,這樣不能保證每次離心機內糖膏量達到最佳值。量少會使分蜜機低負荷,量多又不能完全分離。而本分蜜機控制系統內采用進料檢測裝置,能保證每次分離的糖膏為最佳值。另外原有的分蜜機水洗和氣洗時間采用人工計時,這樣很難保證控制精度,而本分蜜機采用PLC內部定時器定時,就有效解決人為誤差問題。
(3) 操作簡單、維護方便。本文設計的分蜜機控制系統自動化程度高,系統運轉后,基本可以做到現場無人操作,只需在監控室監視系統運行狀態即可。而原有的分蜜機控制系統需要工人24小時現場操作,增加了工人的勞動強度,出現疲勞情況下的誤操作,導致產生了許多安全事故。另外本分蜜機控制系統集成度高,所以在開榨或停榨期間維護都較簡單。
7 結束語
采用基于PLC、變頻器以及觸摸屏的糖廠分蜜機控制系統,經過在糖廠多年的使用情況表明,該控制系統具有自動化程度高、操作簡單、運行穩定可靠、能耗低、維修方便等特點。其生產的白砂糖質量高,也節約了很多人力成本,提高了工人的工作效率。
參考文獻:
[1] 向曉漢.西門子PLC高級應用實例精解[M].北京:機械工業出版社,2010.6.
[2] 楊國翔,魏東平.PLC控制全自動離心分蜜機[J].甘蔗糖業,l997(2):41-44.
[3] 吳忠智,吳加林.變頻器應用手冊[M].北京:機械工業出版社,2006.
[4] 劉東升,王守芳.基于PLC與變頻器的恒張力卷繞控制系統[J].制造業自動化,2011(8):131-133.