王正嶺

(天津津?yàn)I石化設(shè)備有限公司化工分公司，天津 300270)

中國石化股份有限公司天津分公司化工部目前有兩套設(shè)計(jì)0.1 Mt/a聚酯熔體的裝置，其中15區(qū)裝置配套0.07 Mt/a短絲裝置，剩余熔體經(jīng)切粒機(jī)切成聚酯切片后包裝成一噸袋裝外銷，14區(qū)裝置在2008年改造后，產(chǎn)能為0.14 Mt/a，聚酯熔體全部用來生產(chǎn)聚酯切片。

化工部聚酯裝置切片包裝控制系統(tǒng)目前應(yīng)用的是模擬量稱重控制系統(tǒng)，使用時間已到了12年，當(dāng)時設(shè)計(jì)包裝機(jī)包裝上限為0.08 Mt/a，但由于14區(qū)增產(chǎn)改造后，產(chǎn)量大幅上升，切片包裝量達(dá)到0.21 Mt/a，造成目前包裝能力嚴(yán)重不足，且原包裝機(jī)多次發(fā)生因控制系統(tǒng)誤動導(dǎo)致稱重計(jì)量不準(zhǔn)，計(jì)量系統(tǒng)零點(diǎn)漂移，產(chǎn)品出廠后質(zhì)量值遭到客戶投訴，由此造成電儀人員經(jīng)常需要停車進(jìn)行校正。并且由于電氣元件老化，經(jīng)常造成誤動作，多次使得現(xiàn)場計(jì)量稱重設(shè)備損壞。

綜上原因，目前的電控系統(tǒng)根本滿足不了裝置安全、穩(wěn)定、高效的要求，因此決定對包裝機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造。改造主要內(nèi)容是利用成熟可靠的PLC控制器替代原有繼電器控制系統(tǒng)，并升級更新稱重計(jì)量控制儀等。

1 系統(tǒng)組成

此包裝系統(tǒng)總體運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，采用OMRON可編程控制器(PLC)和稱重指示控制儀AD-4401組成測控系統(tǒng)來完成切片的夾袋、料口升降、檢零、吹袋、回風(fēng)、灌包、計(jì)量、松夾袋、料包輸送等的生產(chǎn)工藝過程。該系統(tǒng)以PLC為控制中心，配以稱重指示控制儀、氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動控制部件和機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)切片的動態(tài)在線稱重計(jì)量和包裝工作。

主要設(shè)備包括喂料箱、計(jì)量斗、料口升降裝置、夾帶器、鏈板機(jī)、控制柜、配氣箱等。

包裝機(jī)采用兩級投料方式，為保證包裝速度和計(jì)量精度，喂料箱由喂料箱體、粗細(xì)喂料弧板、氣缸組成。通過計(jì)量程序控制粗細(xì)喂料弧板氣缸電磁閥的動作過程，實(shí)現(xiàn)粗細(xì)兩級加料計(jì)量，粗細(xì)喂料弧板的運(yùn)動過程是通過兩只氣缸動作完成的。

主要的機(jī)械裝置有稱量料斗、板式輸送機(jī)、裝袋機(jī)構(gòu)、控制門、排料門等。由于切片是粒狀的均勻顆粒，同粉狀物料相比流動性好且不粘附，所以靠自重來落料即可，料斗也不用做特殊操作。其中控制門采用的是雙閘門，控制門1和2全開時為快投料，控制門2關(guān)閉門1開啟時為慢投料。

包裝機(jī)的控制部件由兩部分組成，即盤裝控制設(shè)備和現(xiàn)場控制設(shè)備，如圖1所示:

圖1 包裝機(jī)電控系統(tǒng)示意

1.1 盤裝部分

由主控柜、副控柜和兩個現(xiàn)場操作盒組成。主控柜內(nèi)主要有PLC和稱重指示控制儀AD-4401以及碼盤設(shè)定器、袋計(jì)數(shù)器等。

計(jì)量參數(shù)及控制程序由稱重儀表、PLC對包裝機(jī)工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，稱重顯示器設(shè)有質(zhì)量、累計(jì)包數(shù)及工作狀態(tài)顯示等。稱重儀表選用AD公司的AD-4401，該儀表是一種緊湊型的稱重顯示控制儀表，具有較高的A/D轉(zhuǎn)換速度以及優(yōu)異的抗干擾性能，具有雙顯示窗，可以隨時顯示皮重、目標(biāo)質(zhì)量和累計(jì)質(zhì)量值。

副控柜主要為交流接觸器和熱繼電器，分別控制M1風(fēng)機(jī)電機(jī)、M2提升機(jī)構(gòu)電機(jī)、M3傳送機(jī)構(gòu)電機(jī)，其中提升機(jī)構(gòu)由于有升有降，所以用了兩個接觸器。現(xiàn)場操作盒AR1用于料口升降控制，AR2用于傳送控制。

1.2 現(xiàn)場部分

包括3臺電機(jī)M1、M2、M3，分別是料口升降雙向電機(jī)、鼓風(fēng)電機(jī)、鏈板電機(jī);

4臺兩位五通電磁閥配合氣缸分別控制投料門1(電磁閥 YV1)、投料門2(電磁閥 YV2、)排料門(電磁閥YV4)和袋口夾松開(電磁閥YV5);

6個限位開關(guān)，SQ1為投料門關(guān)位置，SQ3為排料門關(guān)位置，SQ4、SQ5、SQ6、SQ7分別對應(yīng)裝袋提升機(jī)構(gòu)的料口上位、下位、上限、下限，1個光電開關(guān)SQ11用于檢測料包到傳送鏈板盡頭;

3只稱重傳感器 BP1、BP2、BP3，3只傳感器在計(jì)料斗底座三角均勻分布，上秤臺架通過球碗和鋼球?qū)⑺惺艿馁|(zhì)量準(zhǔn)確地傳遞到3只傳感器上，利用鋼球在球碗中的自位性，使計(jì)料斗自動定位，各傳感器底座裝有雙向可調(diào)節(jié)底板，通過調(diào)節(jié)底板可以保證4對上下球碗對心，并使計(jì)料斗達(dá)到水平狀態(tài)，上球碗上端為螺桿。通過調(diào)節(jié)螺桿，可以保證3只傳感器受力均勻。3只傳感器將所承載的質(zhì)量值線性轉(zhuǎn)換為mV信號，通過加法器盒的迭加送至控制柜內(nèi)，通過稱重儀表AD－4401進(jìn)行濾波、放大等數(shù)據(jù)處理。

2 PLC控制系統(tǒng)

2.1 硬件配置

改造后的包裝系統(tǒng)的核心控制部分即為PLC。PLC選用的是性價比高和擴(kuò)展性較好的歐姆龍的CP1H-X系列機(jī)型，主要功能是控制各電機(jī)、各功能電磁閥以及對現(xiàn)場執(zhí)行器件的監(jiān)控，起到稱重儀表與各控制器件之間的程序控制作用。

a)PLC選用OMRON SYSMACCP1H-CPU42-E。

b)數(shù)字量輸入卡件(DI)共有4個，型號均為B型ID212的DC輸入單元，此卡件支持16點(diǎn)直流電壓輸入。共使用了32個輸入量，包括稱重指示控制儀AD-4401的控制輸出信號和按鈕、旋鈕、限位開關(guān)的輸入。

c)數(shù)字量輸出卡件(DO)共有3個。型號為B型OC222繼電器輸出單元2個，此卡件支持12點(diǎn)繼電器輸出;A型OD411晶體管輸出單元1個，此卡件支持8點(diǎn)輸出。共用了20個輸出量，包括電磁閥、電機(jī)的控制信號、信號燈指示和送到AD-4401的控制信號。

d)電源選用PA204，底板選用8槽底板。

2.2 PLC 的程序

CP1H的程序采用易于理解的梯形圖來表示，CP1H的程序結(jié)構(gòu)通過使用聯(lián)鎖和聯(lián)鎖解除指令-IL(02)和ILC(03)以及跳轉(zhuǎn)和跳轉(zhuǎn)終了指令-JMP(04)和JME(05)使得程序結(jié)構(gòu)類似于模塊化。此系統(tǒng)的程序共使用了4組IL、ILC指令。第1組用于檢測控制門和排料門的限位開關(guān)是否到位，這兩個限位開關(guān)到位與否是程序步進(jìn)的關(guān)鍵點(diǎn)，若不到位程序?qū)Ｖ?，影響包裝進(jìn)度，所以必須及時報(bào)警通知操作人員;第2組內(nèi)嵌套了2組JMP、JME指令，分別對應(yīng)從稱量到放料的自動操作過程和手動操作過程;第3組用于自動傳送過程;第4組用于手動傳送過程。

另外，包裝系統(tǒng)的質(zhì)量檢測是通過使用3個并聯(lián)的稱重傳感器和稱重指示控制儀AD-4401共同檢測出來，AD-4401是專門用于單一物料質(zhì)量稱量和控制的儀表，質(zhì)量這一模擬量信號由AD-4401來處理，而PLC與AD-4401全部是數(shù)字量的交接信號。這樣使此系統(tǒng)的PLC處理的全是數(shù)字量信號，在使控制精度大大提高的同時也使得編程相對簡單，無需使用復(fù)雜的命令，而且由于質(zhì)量在掉電再送電后，及運(yùn)行中發(fā)生故障停止運(yùn)行至排除故障恢復(fù)運(yùn)行后不發(fā)生變化，所以不用考慮數(shù)據(jù)保持功能，即不需使用PLC內(nèi)的特殊存儲器和相應(yīng)的命令。

2.3 程序動作過程

此系統(tǒng)有自動和手動兩種操作方式，但手動方式也是由PLC實(shí)現(xiàn)的。手動方式主要用于調(diào)試、維修和排除故障，所以以自動操作為例介紹。

a)PLC向AD-4401發(fā)扣除皮重信號后(此時凈重立即設(shè)置為0)，打開控制門1和2，由料倉向稱量料斗快投料(快投料速度約23 kg/s)，當(dāng)達(dá)到預(yù)置值時關(guān)閉控制門2，將快投料改為慢投料(速度約為2 kg/s)，當(dāng)料量達(dá)到落差值時關(guān)閉控制門1，投料結(jié)束。穩(wěn)定后PLC向AD-4401發(fā)數(shù)據(jù)保持信號，AD-4401自動與設(shè)置的不足、過量、上限值比較，若適量則“稱好”燈亮，若過量或欠量則“超差”燈亮并報(bào)警。欠量時允許通過按“慢投”按鈕進(jìn)行補(bǔ)料并自動達(dá)到適量;過量時系統(tǒng)除報(bào)警外無糾正措施，須按“強(qiáng)制”按鈕打開排料門放料。

圖2 自動操作流程圖

b)提升機(jī)構(gòu)動作及放料過程。將空袋夾在放料口上夾好，按AR1的“料口升”按鈕，待“稱好”燈亮后料口自動升到上位，風(fēng)機(jī)啟動充氣15 s，充氣結(jié)束后打開排料門開始放料，當(dāng)AD-4401發(fā)出接近零信號后5 s關(guān)閉排料門，然后自動松開袋口夾，同時袋計(jì)數(shù)加1，PLC向AD-4401發(fā)一個皮重復(fù)位命令信號(取消去皮重操作)，裝滿料的袋脫離料口放置在傳送機(jī)上。

c)傳送過程。按AR2的“傳送啟動”按鈕，M3啟動自動傳送一個袋位停止，由人工扎袋口，料口自動降至下位。以后每稱好一袋，按傳送啟動按鈕，袋即順序向前傳送一個工位，然后用叉車及時將傳送機(jī)上的袋叉走，如此循環(huán)往復(fù)。

自動操作程序流程如圖2所示:

3 結(jié)語

包裝是產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域的必要條件，而實(shí)現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機(jī)械。稱量包裝的準(zhǔn)確與否將直接影響到企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益，聚酯切片包裝系統(tǒng)改造后最大包裝能力為45袋/h，操作人員只需2～3人，操作簡單方便。控制系統(tǒng)采用PLC控制，可確保系統(tǒng)的可靠性和控制精確度。稱量精度設(shè)計(jì)為(1 000±0.5)kg。該系統(tǒng)自使用以來，經(jīng)過計(jì)量部門多次測試，整個系統(tǒng)的動態(tài)計(jì)量精度優(yōu)于 0.2‰。

改造后的包裝系統(tǒng)投用以來一直沒有客戶反映產(chǎn)品有稱重誤差問題，并且提高了工作效率，提升了包裝機(jī)的自控控制水平，更有利于聚酯裝置的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］ 孫同景.PLC原理及工程應(yīng)用［M］.第1版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.