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26PLC和变频器在物料搅拌控制系统中的应用PLC和变频器在物料搅拌控制系统中的应用*张鹏(南召电业局)摘要详细介绍了物料搅拌系统中物料的控制方式以及控制方案。针对物料搅拌控制系统的要求,重点阐述了基于PLC和变频器控制系统的硬件和软件设计过程,并给出了相应的PLC控制程序。关键词搅拌系统PLC变频器混合电机控制系统0前言搅拌作为工艺过程的基础操作单元,广泛应用于石油、化工、医药、食品、油漆、涂料等许多行业。但是,由于这些行业中所用到的材料,多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质,以致于现场工作环境十分恶劣,不适合人工现场操作;另外生产要求该系统要具有混合精确、控制可靠、工作效率高等特点,这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。基于PLC可靠性高、抗干扰能力强、系统的设计和建造工作量小、维护方便、容易改造的特点,设计以PLC作为控制核心,结合变频器等完成物料搅拌的自动控制系统。图1为物料搅拌控制系统装置示意图。图1物料搅拌控制系统装置1搅拌系统各物料的控制方式式中n0旋转磁场转速,通常称为同步转速;11固体物料A的给料控制方式与计量f电流的频率;111物料A的给料量控制p旋转磁场的磁极对数。物料A是一种粒度比较小的固体状物料,在当频率连续可调时(一般p为定数),电动机给料时要求给料控制设备能够根据用料量的大小来的同步转速也连续可调。又电动机的转子转速总是适时调节。给料电机1M要求通过变频调速适时改比同步转速略低一些,所以,当同步转速连续可调变喂料量的大小。时,异步电动机因为异步转子的转速也是连续可调变频调速的原理:变频器的功用是将频率固定的。变频器就是通过改变电流的频率来使电动机调的(通常为50Hz)交流电(三相或单相)变成频速的。率连续可调(多数为0~400Hz)的三相交流电。112物料A的计量方式通常电机的同步转速由下式表示:采用压力传感器组成的电子皮带秤的计量方式n0=60f/p(1)进行物料A的计量。*张鹏,男,1974年生,工程师。南召县,474650。 化工装备技术!第31卷第6期2010年27电子皮带秤是一种连续输送松散物料进行自动其料量的多少通过电磁流量计中的流量传感器Q称量的专用仪表,在我国各行各业得到了广泛的应来测量。在测量时通过给流量传感器一个给定值用。当皮带输送物料时,称量段上的物料重量通过(给定值由物料A和物料B的比例来定)和测量值皮带秤量拖辊载台作用于称重传感器,称重传感器进行比较,将比较的结果传输到PLC的A/D模拟将重量转换成电信号(mV级),送入运算器,经过量模块中去,再通过PLC的D/A模拟量模块将控放大、滤波、A/D转换变换成数字信号。装在回制信号(4~20mA电流信号)传到电动调节阀中,程皮带上的测速传感器把皮带运行的速度信号转换通过控制信号来控制电动调节阀中的伺服电机正反成脉冲信号,送入运算器。运算器将两个信号进行转以调节电动调节阀的开度,从而达到控制物料B积分运算,从而得出物料的重量累计值并显示。运的进量大小。算器的计算方法一般有积分法和累加法两种数学模13混合设备的控制式。搅拌装置中的混合装置是通过一个恒速的三相113给料与计量的配合控制鼠笼式电机3M来带动的。物料A和物料B通过这当物料A下料落到电子皮带秤上时,通过给一装置达到混合均匀。电子皮带秤上的压力传感器确定一个物料量数值,14所用电气设备的确定和选择然后通过物料下落到电子皮带秤上称得的数据与给(1)1M电机采用变频调速的异步电机。选用定数值进行比较得到一个给料信号,然后将这个给的型号:VS-616G5型号的变频器、BPY系列三料信号传送到PLC的A/D模拟量模块中,通过相交流变频调速异步电动机。PLC的D/A模拟量模块来给给料电机1M上的变频(2)电动调节阀选用的型号:ZDSN型电子式器一个控制信号,通过这个控制信号来调节1M电电动双座调节阀。机的转速,从而控制物料A的给料的大小。最后(3)3M电机选用的型号:YLZ系列三相鼠笼由电子皮带秤将物料A输送到搅拌器中。异步电动机。12液体进料量的控制方式与计量(4)电子皮带秤选用的型号:BMC系列高精121物料B的给定量控制度电子皮带秤。物料B是一种液体状物料(如水),在给料时(5)电磁流量计选用的型号:LD系列智能电要求给料控制设备能够根据用料量的多少适时地调磁流量计。节。对给料电机2M要求其可通过调节正反转方式(6)电磁阀选用的型号:K35HD2-35系列电来适时地改变调节阀开度的大小,以改变物料B磁阀K35HD型号。(水)给予的多少。2控制方案的确定利用电动调节阀来控制液体给量的装置。由检测液位的传感器将检测到的液位变化信号(电感量21工艺流程的分析的变化信号),经交流电桥转换成交流电信号,再(1)首先根据混合物料A和物料B的比例给经过检波、比较、调零、PI放大后,成为一个线电子皮带秤中的称重传感器和电磁流量计一个给料性的液位信号。此信号与水位给定信号、阀位反馈信号。信号进行比较,经比例运算后输出一个三位电信号(2)接通各个电气设备的电源后,电气设备开(开停关),控制电调阀上的执行器。始工作,其中搅拌电机一直带动搅拌器工作。122物料B的计量(3)物料A输送到变频调速电机M1所带动的常用的液体物料的计量方式有以下几种:电磁传送带上,通过M1带动的传送带把物料A送到带流量计、计量泵、涡街流量计。鉴于电磁流量计的有称重传感器P的电子皮带称上,然后由带有恒众多优点,这里笔者选择电磁流量计作为物料B速电机的电子皮带秤将物料A输送到搅拌器中去。的计量方式。(4)变频调速电机M1的转速大小由电子皮带123给料与计量的配合控制秤所带的称重传感器所反馈的4~20mA电流信号打开电磁阀,原料B开始进料到搅拌机中,通过PLC中的A/D和D/A模块把反馈信号传送到 28PLC和变频器在物料搅拌控制系统中的应用变频器中去,通过这一反馈信号让变频器来调节子,考虑以后技术升级或者扩展需要,同时还需要M1电机的转速,以达到调节物料A的给料量的目增加A/D、D/A转换模块,为此选用的EM231是的。4模拟量输入模块,EM232是2模拟量输出模块。(5)在输送物料A的同时打开电磁阀,物料B根据控制方案及设备要求,建立所有现场控制开始向搅拌器中输送。元件与PLC编程元件的地址分配表。输入/输出元(6)通过电磁流量计带有的流量传感器Q与件地址分配表见表1。给定值比较向PLC反馈一个4~20mA的电流信表1输入/输出元件地址分配表号,通过PLC中的A/D和D/A模块把信号传送到控制元件编程地址控制元件编程地址带有伺服电机M3的电动调节阀中,通过这一信号手动/自动转换I00变频电机M1Q00控制伺服电机转动来调节电动调节阀的开度,以达急停按钮I01恒速电机M2Q01启动循环I02搅拌电机M3Q02到调节物料B进料大小的目的。停止循环I03继电器Q03(7)将物料A和物料B输送到搅拌器中后对手动送料AI04下料阀Q04其进行搅拌。手动送料BI05调节阀Q05手动搅拌I06模块故障报警Q0622控制流程复位按钮I07控制过程电气设备的启动顺序为:首先启动搅拌电机M4;然后打开电磁阀,接通物料A的输送33PLC外部接线图电机M1、电子皮带秤、电动调节阀、电磁流量计PLC外部接线图如图2所示。及PLC的电源。通过电子皮带秤和电磁流量计的反馈信号适时地调节M1电机和电动调节阀,以控制物料A和物料B的输送量。3硬件设计31PLC的选定根据系统的要求,保证操作人员的现场控制能力,设计∀手动#和∀自动#两种控制方式,并用一个方式转换开关供控制方式转换。本次选用S7-200CPU224PLC,研制了一套符合搅拌系统生产工艺要求的PLC控制装置。充分利用PLC本身资源,大大减少设备故障率和设备的占地面积,充分发挥系统的高性能。32I/O地址分配表图2PLC外部接线图按系统的要求,系统控制开关按钮包括手动/4软件设计自动转换开关、急停按钮、手动下料和输送开关、复位按钮等。为便于整个工艺流程操作管理的集根据控制要求,利用STEP7-Micro/WIN编程中,在自动控制时,设计了既可在现场进行近地软件,编写如下语句表。∀启动#与∀停止#的方式,也可远地进行∀启主程序动#与∀停止#,共有4个按钮。此外,还包括手LDSM01动送料A、手动送料B、手动搅拌等输入信号、系CALLSBR0∃SBR0统输入共8个输入端子。系统输出包括下料阀、调LDNI01节阀、变频电机等共7个输出端子。因此选用S7CALLSBR1∃SBR1-200CPU224PLC,本机共有14输入/10输出端CALLSBR2∃SBR2 化工装备技术!第31卷第6期2010年29LDNI01RQ00,2ANI06RQ03,1CALLSBR3∃SBR3TONT37,100LDNI01%%ANQ01子程序4:手动控制子程序AI02LDI04SQ00,6=Q00LDI01%%RQ00,65结语LDI00CALLSBR4∃SBR4本文通过对物料搅拌控制系统要求的分析,以EU编程控制器为核心,通过合理的程序编制和对变频RQ00,6器、变频电机、电磁调节阀、下料阀、搅拌机等设子程序0:初始化备的控制,实现了对物料的定量混合搅拌的自动控LDSM00制。MOVW0,VW0参考文献%%子程序1:故障检测[1]张万忠,刘明芹电器与PLC控制技术[M]北京:化学工业出版社,2008LDB=SMB8,16#04[2]方承远电气控制原理与设计[M]北京:机械工业出版NOT社,2000OB=SMB9,16#0[3]张燕宾.变频调速应用实践[M].北京:机械工业出版%%社,2001子程序2:采样子程序[4]宋伯生.PLC编程理论、算法及技巧[M].北京:机械工业出版社,2005LDSM00[5]何衍庆.常用PLC应用手册[M].北京:电子工业出版MOVWAIW0,VW12社,2008MOVWAIW2,VW22[6]刘巍.可编程控制器在火电厂输煤控制系统中的应用[C].LDW>=VW12,0PLC应用技术论文集:第一集.1997:28-36%%[7]王华强,高云.基于PLC的高炉槽下控制系统[J].世界子程序3:比较输出子程序仪表自动化,2006(2)(收稿日期:2010-09-19)LDNQ06(上接第25页)[4]曹晓畅,张延安,赵秋月,等基于FLUENT软件的管式搅参考文献拌反应器流场的数值模拟[J]过程工程学报,2008,8(增刊1):98-100[1]苗一,潘家祯,牛国瑞,等多层桨搅拌槽内的宏观混和[5]温正,石良辰,任毅如,等FLUENT流体计算应用教性能[J]华东理工大学学报,2006,32(3):357-360程[M]北京:清华大学出版社,2009[2]朱向则,谢禹钧,苗一三层搅拌桨排列方式对流场影响的[6]李金良,李承曦,胡仁喜精通FLUENT63流场分数值研究[J]辽宁石油化工大学学报,2005,25(4):析[M]北京:化学工业出版社,200948-51[7]王福军计算流体动力学分析CFD软件原理与应用[3]侯权,潘红良,冯巧波基于FLUENT的搅拌反应罐流场[M]北京:清华大学出版社,2004的优化研究[J]机械设计与研究,2005,21(3):78-(收稿日期:2010-07-05)82
