摘要：利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)、齒輪泵和螺旋加料器的變頻調(diào)速技術(shù)、稱重值模糊控制技術(shù)、氣力輸送技術(shù)以及生產(chǎn)流程的模擬屏動態(tài)顯示技術(shù)研制開發(fā)PVC糊料配混微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，成功地解決了橡膠原料配混生產(chǎn)中減少環(huán)境污染，改善生產(chǎn)工作條件，提高工作效率和控制產(chǎn)品質(zhì)量等諸多問題。實(shí)踐證明：該系統(tǒng)的應(yīng)用具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，在橡膠產(chǎn)品生產(chǎn)行業(yè)具有很好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：模糊控制；齒輪泵；配混；變頻調(diào)速
PVC paste mixed with the computer system of automatic
Meng Hongliang Zhang Lihua Zhang cheng
(HUANYU Rubber Group Co., Ltd. in Fuxin, Liaoning Fuxin 123,000)

Abstract: The computer monitoring technology, gear pumps and screw-feeding VVVF technology, weighing the value of fuzzy control technology, air transportation, technology and health
Production processes of dynamic simulation screen display technology research and development of PVC paste mixed with computer monitoring system, successfully resolved the rubber mixed with the production of raw materials to reduce environmental pollution, improve the production conditions of work, improve efficiency and product quality control and other issues. Practice has proved that: the application of the system has significant economic and social benefits, in the rubber product industry has good prospects.
Key words: Fuzzy control; gear pump, with mixed; VVVF 
        目前，國內(nèi)大部分橡膠輸送帶生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PVC帶，其原料糊都是采用手動上料、混料和人工稱重等進(jìn)行橡膠原料的配混，依據(jù)電流表或溫度顯示儀顯示數(shù)值控制混合系統(tǒng)的工作。這樣不但混合質(zhì)量難以控制，且粉塵大、勞動強(qiáng)度大、長期處于化學(xué)粉塵漂浮的環(huán)境中，將直接危害工作人員的健康。通過對配混過程的分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，我公司聯(lián)合阜新紅旗塑機(jī)廠和遼寧工程技術(shù)大學(xué)，于2005年一起開發(fā)了PVC糊料自動配混系統(tǒng)，提出利用風(fēng)機(jī)形成的管路負(fù)壓實(shí)現(xiàn)主要預(yù)混料的氣力輸送，利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、稱重值模糊提制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)主料、輔料和液態(tài)原料的準(zhǔn)確稱重及混合機(jī)的混料溫度控制，成功地解決了減少環(huán)境污染，提高工作效率和控制產(chǎn)品質(zhì)量、延長輸送帶使用壽命等問題。通過近幾年的運(yùn)行，該系統(tǒng)平衡可靠，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。

一 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
         硬件系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，該控制系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)、工藝流程模擬屏、驅(qū)動器件、稱重傳感器及其終端、變頻器等組成。各組成部分的作用功能分述如下。
圖1

1．1原料稱重部分
       主料、輔料、液態(tài)原料稱重采用美國梅特勒一托利多公司生產(chǎn)的UW稱重傳感器、ARJ電橋盒和與之配套的PANTHER智能稱重終端。將該終端打印輸出接口與下位機(jī)擴(kuò)展的串行口相連，實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與接收。
1．2系統(tǒng)的主要被控對象
        系統(tǒng)的主要被控對象包括各種電控閥、料位計(jì)、混合機(jī)及各種氣動閥、變頻器控制的齒輪泵、螺旋加料器等。由下位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)被控對象控制信號的發(fā)出和各狀態(tài)信號的檢測與故障保護(hù)。
1．3工藝流程模擬屏
         系統(tǒng)中利用該模擬屏來顯示包括混合機(jī)溫度及主料、輔料和液料稱重值顯示在內(nèi)的配混生產(chǎn)工藝流程全過程，對各電控器件的動作位置予以準(zhǔn)確標(biāo)識，運(yùn)行狀態(tài)采用雙色指示燈予以準(zhǔn)確顯示，故障報(bào)警采用雙色指示燈交替閃爍指示，并配以聲音提示報(bào)警，使系統(tǒng)的工作運(yùn)行狀態(tài)一目了然。
1．4混合機(jī)溫度控制
        混合機(jī)溫度檢測采用KT型鎧裝熱電偶，溫度檢測范圍為-40℃ ～35O℃ ，輸出電流4 mA~20 mA，分別送給模擬屏溫度顯示模塊和下位機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換模塊。
1．5上位機(jī)系統(tǒng)
        本上位機(jī)選用臺灣產(chǎn)研華AWS一8259TP一體化工作站，并配以激光打印機(jī)，可利用工作站自身提供的操作鍵盤及功能鍵，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的生產(chǎn)流程監(jiān)控界面，完成對配混系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)隨機(jī)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的高層管理功能。操作人員既可通過上位機(jī)的各個(gè)監(jiān)控界面了解生產(chǎn)線各部件運(yùn)行狀態(tài)，也可通過鍵盤輸入各種配方及控制指令定期打印輸出有關(guān)生產(chǎn)方面的各種信息數(shù)據(jù)。
1．6下位機(jī)系統(tǒng)
下位機(jī)是配混系統(tǒng)的核心控制部分，各功能模塊選擇如下。
         下位機(jī)主機(jī)選用西門子STEP7一300系列可編程控制器。E42CPU采用315—2DP，自身帶2個(gè)串行口，用于與上位機(jī)通信等，同時(shí)又?jǐn)U展三個(gè)串行口CP34O—RS323C，分別用于主料秤、輔料秤和液料秤稱重?cái)?shù)據(jù)的采集。輸入模塊選用交流220V SM321-1BL00-0AA0 16點(diǎn)4塊，用于手動功能按鈕等控制指令信號的輸入，直流24 V SM321—1BL00—0AA0 32點(diǎn)4塊，用于各種狀態(tài)量的輸入；輸出模塊SM322—1BL00—0AA0 32點(diǎn)3塊，用于各種電控件的控制；模擬量模塊SM331 8通道2塊用于混合機(jī)混料溫度、多個(gè)液料罐溫及液位等模擬量的采集。此外還有電源模塊、接口模塊、底板等。

二 稱重值模糊控制技術(shù)
        在輸送的主料和輔料配混系統(tǒng)中，影響稱重準(zhǔn)確度的主要因素是變頻器控制的螺旋加料器的及各種電磁閥和氣動碟閥的開關(guān)性能及靈敏度。送料速度快、懸浮料多、稱重值偏大；送料速度慢則稱重時(shí)間長，并且根據(jù)配方不同，輔料的稱重值將在0．5 kg至8O kg之間變化，這也給送料速度的確定帶來困難。而決定送料速度的重要參數(shù)是變頻器的輸出頻率。鑒于此，我們引進(jìn)模糊控制技術(shù)，根據(jù)當(dāng)前稱重值與預(yù)設(shè)值的偏差E及偏差變化率AE，在總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上合理地給出變頻器的輸出頻率，確保了稱重準(zhǔn)確度和稱重速度。
表1即為控制器的變頻規(guī)則控制表。
變化量 稱 重 變 化 增 量
大 中大 中 中小 小
稱
重
變
化
量 大 偏高 偏高 高 高 高
中大 中 中 偏高 偏高 偏高
中 偏高 中 中 中 中
中小 中 中 偏低 偏低 偏低
小 偏低 偏低 低 低 低
表1
       在液料稱重系統(tǒng)中，采用變頻器控制齒輪泵進(jìn)行送料的送料機(jī)構(gòu)，消除了液料倉的液位高、低和黏稠度對稱重速度和準(zhǔn)確度的影響。由于液態(tài)原料對稱重影響因素較多，無法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，所以也采用模糊控制技術(shù)，在總結(jié)實(shí)際調(diào)試和調(diào)整稱重機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上構(gòu)建模糊控制規(guī)則表，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確稱重。

三 軟件設(shè)計(jì)
        本系統(tǒng)上位機(jī)采用西門子公司SIMATICWlNCC組態(tài)軟件 進(jìn)行上料、稱重、配方設(shè)置、實(shí)時(shí)報(bào)警、用戶管理、機(jī)組參數(shù)設(shè)定等界面的設(shè)置及編程，以實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的動態(tài)隨機(jī)監(jiān)控和有關(guān)參數(shù)的隨時(shí)修改與錄入。下位機(jī)采用STEP一300可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)編程軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)采集處理、各種被控對象的控制、運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、故障狀態(tài)的報(bào)警與保護(hù)等。

四 工作原理
        本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要設(shè)有手動和自動兩種工作方式。在手動方式下，可根據(jù)生產(chǎn)需要啟動任何單機(jī)、電控閥、氣動閥和有關(guān)電控設(shè)備。在自動方式下，在上位機(jī)完成生產(chǎn)配方等參數(shù)設(shè)定后，即可通過下位機(jī)實(shí)現(xiàn)按混合工藝進(jìn)行的自動控制。

五 結(jié)論
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn)：
(1)主要預(yù)混料的輸送采用管道氣力輸送。不但速度快、粉塵小而且勞動強(qiáng)度小、工作效率高。
(2)主料、輔料和液料稱重引進(jìn)變頻調(diào)速和模糊控制技術(shù)，并且為避免液料倉的液面高、低和黏稠度大小的影響，采用齒輪泵送料，不但稱重準(zhǔn)確、精度高、而且稱重周期短。
(3)采用模擬屏顯示生產(chǎn)流程的全過程，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)一目了然。
(4)采用西門子公司生產(chǎn)的可編程控制器及其軟件和研華一體化工作站作為上、下位機(jī)控制核心，使系統(tǒng)運(yùn)行更為可靠，操作維修更加方便。目前，該系統(tǒng)已在我公司投入使用近三年。實(shí)踐證明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，集環(huán)保、高效于一體，為同行業(yè)的類似設(shè)備改造提供了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：
[1]SIEMENS公司．MicroM aster 440 0．12 kw一250 kW 標(biāo)
準(zhǔn)變頻器[M]．2003，1-1—10—10
[2]METTLER TOLEDO 公司．Panther技術(shù)／操作手冊
[M]．2001：1—6O．
[3]SIEMENS公司．SIMATIC WinCC手冊[M]．2004．1-7


作者簡介：孟洪亮（1978-），男，電氣工程師，主要從事電氣自動化設(shè)備的安裝調(diào)試與維護(hù)工作。

聯(lián)系方式： 阜新環(huán)宇橡膠集團(tuán)有限公司 項(xiàng)目辦 孟洪亮
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