基于三菱PLC和變頻器的棉籽炒拌機自動化改造實踐

趙鵬飛，劉曉芳

（新疆阿克蘇技師學院，新疆 阿克蘇 843000）

基于三菱PLC和變頻器的棉籽炒拌機自動化改造實踐

趙鵬飛，劉曉芳

（新疆阿克蘇技師學院，新疆 阿克蘇 843000）

阿克蘇新食油脂股份有限責任公司是我校機電技術系多年的校企合作單位，棉籽深加工及調和食用油生產是該企業的主要經營業務之一。公司有一臺JDS1500型棉籽炒拌設備因年陳久遠自動化程度較低，許多部件老化導致設備故障頻發，經常耽誤正常生產。經校企雙方領導商榷，確定由學院機電專業優秀教師和企業技術員組成工作團隊，對這臺設備進行機械部件維修和電氣控制系統改造。歷經半個月的緊張工作，本項目順利通過了測試和驗收。文章針對該項目工藝設計主要內容和關鍵參數進行整理，希望能夠在職業院電氣專業的項目化教學中發揮典型案例的作用。

PLC；變頻；棉籽炒拌機

1 工業棉籽炒拌機

（1）棉籽炒拌機的應用與基本結構。新疆是我國重要的棉花種植和棉副產品生產地，棉籽（棉花的種子）是棉副產品中經濟價值最高的部分，作為棉籽油的主要生產原料，在壓榨之前需要經過精細地炒制和攪拌工藝。棉籽炒拌機是棉籽油規模化生產時完成炒制和攪拌工藝的主要生產設備，從機械結構角度講主要有儲料斗、運輸帶、上料斗、抄拌桶、電爐、臨時儲料箱和機架組成，從電氣結構角度講主要有運輸帶電機、上料電機、抄拌電機、電爐絲、排煙電機和電氣控制柜組成。

（2）棉籽炒拌機電氣工作原理。精選處理過的棉籽被儲存在儲料斗，由皮帶運輸帶運送至上料斗，上料斗在上料電機的拖動下將棉籽送入抄拌桶，抄拌桶和電爐配合對棉籽進行炒制和攪拌，炒制好的棉子從出料口流出，經鐵槽流入臨時儲料箱。運輸帶電機主要參數為三相～380/3.5kW/748r/min，上料電機主要參數為三相～380/5.5kW/740r/min、抄拌電機主要參數為三相～380/10kW/1420r/min、電爐由十組220V/1.2kw爐絲組成、排煙電機主要參數為單相～220/150W/2980r/min，繼電控制線路安裝在電氣控制柜內，操作開關、按鈕和指示燈安裝在控制面板上。

（3）傳統棉籽炒拌機的缺點。①整個生產流程都由人工手動操作，主令器件使用過于頻繁，經常出現線頭接觸不良、觸點老化和機械破損等故障；②設備工作過流程非常復雜，操作人員的輕微操作失誤都會給設備造成損傷；③設備自動化程度較低，操作過程需要人員注意力高度集中，長時間的連續工作人員勞動強度很大；④工藝參數控制精度很低，人員操控質量嚴重影響產品質量，產品品質一致性較差。

2 控制工藝設計

（1）系統初始化。系統上電后自動進行系統初始化操作，所有電動機處于停止狀態，紅色指示燈HL1常燈，綠色指示燈HL2和黃光指示燈HL3熄滅。

（2）自動運行工作模式。①系統處于初始化狀態時，當模式轉換開關處于自動位置，系統以自動運行模式工作；②自動運行模式下，系統具體控制要求如下：上料：初始化操作完成后，啟動按鈕SB1動作時系統進入上料工序，上料電動機M1正轉，當行程開關SQ1動作時上料電動機停止，延時75秒后上料電動機反轉，當行程開關SQ2動作時上料電動機停止，上料工序結束。預熱：系統上料工序結束后，自動進入預熱工序，排煙電機開啟，通過PID方式控制電爐PWM工作電流，將棉籽溫度加熱至60℃，延時5秒后預熱工序結束?？焖俪瑁侯A熱工序結束后，自動進入快速抄拌工序，抄拌電動機M3以40Hz頻率正向運轉，同時通過PID方式控制電爐PWM工作電流，將棉籽溫度穩定在125℃，10分鐘后快速抄拌工序結束。慢速抄拌：系統快速抄拌工序結束后，為防止棉籽炒胡，系統自動進入慢速抄拌工序，抄拌電動機M3以30Hz頻率正向運轉，控制電爐PWM工作電流，維持棉籽溫度在80℃，當出料按鈕SB2按下時慢速抄拌工序結束。出料：慢速抄拌工序結束后，系統自動進入出料工序，黃色指示燈HL3以2Hz的頻率（占空比50%）閃爍；延時5秒后，黃色指示燈閃爍的同時，抄拌電動機M3以20Hz頻率反向運轉；當抄拌電動機M3反轉運行累計時間達到40秒系統進入停止工序。停止：停止工序時綠色指示燈以1Hz頻率（占空比50%）閃爍。至此，系統一次自動工作流程結束，當啟動按鈕SB1動作時，系統再次從初始化狀態開始按照圖2流程工作。

3 手動運行模式

（1）系統處于初始化狀態時，當模式轉換開關處于手動位置，系統以手動運行模式工作。

（2）系統在手動運行模式時上料、預熱、快速抄拌、慢速抄拌和停止工序控制工藝與自動運行模式相同，但出料工序控制要求不同，具體要求如下：系統慢速抄拌工序結束后，系統自動進入出料工序，當出料按鈕SB2按下時，抄拌電動機M3以20Hz頻率反向運轉；當出料按鈕SB2放松時，系統進入慢速抄拌工序；當出料按鈕SB2再次按下時，系統再次進入慢速抄拌工序，如此循環，直至抄拌電動機M3反向運轉累計時間達到50s，系統進入停止工序。

4 急停與停止功能

（1）不論系統工作于自動模式或是手動

模式，當急停開關按下時，全部電動機停止運轉，綠色指示燈熄滅，紅色指示燈以1Hz頻率（占空比50%）閃爍；當急停開關恢復時，紅色指示燈熄滅,綠色指示燈常亮，系統從按下急停開關前的狀態繼續工作。

（2）不論系統工作于自動模式或是手動模式，當暫停按鈕SB3動作后，系統直接進入停止狀態。

5 結語

根據設備原有生產工藝要求設計性能更好的新工藝，是老舊設備自動化改造的第一步，也是關鍵的環節。該棉籽炒拌機自動化改造項目能夠取得成功，是之前設備生產工藝分析到位、自動化生產工藝設計方法科學合理的最好證明。

趙鵬飛（1986-），男，甘肅武威人，大學本科，助講，主要研究方向：電氣自動化設備安裝與維修。