不飽和聚酯樹脂DCS生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

韓立春 潘伯祥 陳彬彬

摘 要：不飽和聚酯樹脂DCS系統(tǒng)主要由石粉儲(chǔ)料罐、石粉氣旋篩、石粉喂料倉、石粉和樹脂的混料機(jī)、攪拌倉、氣動(dòng)隔膜泵等主要設(shè)備，以及顯示和控制料位的音叉式料位開關(guān)、阻旋式料位開關(guān)和隔膜式料位計(jì)組成，通過PLC控制柜實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)，不需要人工操作。

關(guān)鍵詞：不飽和聚酯樹脂DCS生產(chǎn)系統(tǒng)

引言

不飽和聚酯樹脂DCS系統(tǒng)是生產(chǎn)不飽和聚酯樹脂錨固劑的一個(gè)中間過程，不飽和聚酯樹脂錨固劑主要應(yīng)用于煤礦井下巷道支護(hù)。不飽和聚酯樹脂DCS系統(tǒng)主要由石粉儲(chǔ)料罐、石粉氣旋篩、石粉喂料倉、石粉和樹脂的混料機(jī)、攪拌倉、氣動(dòng)隔膜泵等主要設(shè)備，以及顯示和控制料位的音叉式料位開關(guān)、阻旋式料位開關(guān)和隔膜式料位計(jì)，通過PLC控制柜實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)。不飽和聚酯樹脂DCS控制系統(tǒng)不需要人工操作，能夠直觀顯示料位的狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)供料不足或到高料位時(shí)，能夠報(bào)警提示操作人員。

一、音叉式開關(guān)

音叉開關(guān)在音叉的基座上安裝有一對(duì)壓電晶體，使音叉開關(guān)在一定頻率下振動(dòng)，當(dāng)音叉開關(guān)被物料掩埋后，音叉振動(dòng)的頻率和幅度會(huì)發(fā)生變化，由檢測(cè)電路對(duì)輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)開關(guān)信號(hào)輸出。音叉開關(guān)有多種輸出形式，2線制AC、2線制DC、3線制PNP/NPN型晶體管。

供電電壓：220VAV/24VDC

工作溫度：叉體-30～150℃儀表-20～70℃

工作壓力：小于2Mpa

介質(zhì)密度：最低0.6g/cm3

輸出方式：一組繼電器輸出（AC220V/3A，DC30V/3A）

輸出延時(shí)：1～20秒

可調(diào)靈敏度：1～10級(jí)

可調(diào)功耗：1W

安裝接口：錐管G1"

電氣接口：M20×1.5

二、阻旋式料位開關(guān)

阻旋式料位開關(guān)采用微型電機(jī)經(jīng)過減速后，帶動(dòng)監(jiān)測(cè)葉片慢速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)物料的料位到達(dá)葉片的位置時(shí)，葉片受到阻力，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，檢測(cè)機(jī)構(gòu)便會(huì)發(fā)出一個(gè)位移量，首先觸發(fā)一個(gè)微動(dòng)開關(guān)，輸出一個(gè)有料的信號(hào)，另一個(gè)微動(dòng)開關(guān)就是需要切斷電機(jī)的電源。當(dāng)料位發(fā)生變化，葉片不再受到阻力，彈簧恢復(fù)常態(tài)，微動(dòng)開關(guān)使電機(jī)電源接通，并發(fā)出沒有的信號(hào)。

用途：上、下限

測(cè)量輸出：開關(guān)信號(hào)

葉片轉(zhuǎn)速：2.5轉(zhuǎn)/分

接點(diǎn)容量：220V/3A（AC）

介質(zhì)密度：≥0.2g/cm（較大葉片）

物料溫度：-10～80℃，-20～250℃

靈敏度：五檔可調(diào)（機(jī)芯）

安裝方式：法蘭安裝G1.5″

螺紋環(huán)境溫度：-10～80℃

供電電源：36V、110V、220V，AC

耗電功率：<3W

三、各類別開關(guān)的對(duì)比

音叉式料位開關(guān)和阻旋式料位開關(guān)用在石粉儲(chǔ)料罐和石粉喂料倉的高、低限位。音叉式料位開關(guān)用于側(cè)裝探測(cè)儲(chǔ)罐內(nèi)是否有料，阻旋式料位開關(guān)用于頂裝測(cè)量料位是否到高位，到高位及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。音叉式開關(guān)和阻旋式開關(guān)組合使用于大型的料罐，能夠直觀監(jiān)測(cè)料位的變化，輸入到PLC，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

隔膜式壓力變送器通過檢測(cè)到壓力的變化，將壓力的變化轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號(hào)，當(dāng)壓力直接作用在膜片的表面，使膜片發(fā)生變形，檢測(cè)電路把微小的變形轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

液體儲(chǔ)料罐和混合倉底部主要采用隔膜式壓力變送器，根據(jù)儲(chǔ)罐和倉的高度選擇合適的壓力變送器，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸入到模擬量模塊。

四、西門子PLC控制器

可編程序控制器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制，西門子PLC控制器是控制系統(tǒng)的核心器件，可編程控制系統(tǒng)主要包括S7-200控制器，開關(guān)量、模擬量輸入和輸出模塊。通過控制器可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算較、定時(shí)、計(jì)時(shí)、運(yùn)算等邏輯運(yùn)算功能。

西門子S7-200可編程控制器控制點(diǎn)一般在256點(diǎn)之內(nèi)，適合于單機(jī)控制或小型系統(tǒng)的控制。處理速度0.8～1.2ms；存貯器2k；數(shù)字量248點(diǎn)；模擬量35路。西門子7.5彩色觸摸屏，能夠直觀顯示系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)，并在屏幕上直接修改設(shè)置參數(shù)。觸摸屏和CPU聯(lián)機(jī)，在觸摸屏上可以運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并適時(shí)的顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)，出現(xiàn)變頻器、料位、電機(jī)等異常時(shí)，可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并及時(shí)的關(guān)閉運(yùn)行系統(tǒng)，保護(hù)設(shè)備不被損壞。

膠泥倉和固化劑倉電機(jī)由變頻器控制，1臺(tái)11kW三菱變頻器控制2臺(tái)5.5kW電機(jī)，通過改變變頻器的頻率實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速可調(diào)，使2臺(tái)電機(jī)按照相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。變頻器的主回路主要是給異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力轉(zhuǎn)變。

控制回路主要是給異步電動(dòng)機(jī)供電的主回路提供控制信號(hào)的回路，它有頻率、電壓的運(yùn)算回路，通過外部測(cè)得速度、轉(zhuǎn)矩與檢測(cè)回路的頻率、電壓進(jìn)行比較，來決定輸出的頻率和電壓，保護(hù)電路可以檢測(cè)主回路的電壓、電流，當(dāng)發(fā)生過流或過壓時(shí)，停止工作，防止燒壞逆變器和電動(dòng)機(jī)。

變頻器是通過改變電機(jī)工作電源的頻率控制電機(jī)的設(shè)備，變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等處理單元組成，變頻器靠?jī)?nèi)部IGBT（絕緣柵雙極性三極管）來控制輸出電壓和頻率，從而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的。通過PLC、輸入模塊、輸出模塊硬件的選擇，以及傳感器、變頻器的選型，最終要通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的功能。根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能列出邏輯關(guān)系圖，轉(zhuǎn)變?yōu)樘菪螆D，輸入到PLC控制器，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝、調(diào)試。

CPU模塊上的工作方式可以打到RUN運(yùn)行狀態(tài)和TERM調(diào)試狀態(tài)，當(dāng)正常工作時(shí)達(dá)到RUN位置，當(dāng)需要對(duì)程序進(jìn)行修改時(shí)達(dá)到TERM位置。在程序執(zhí)行過程中，直接讀取輸入輸出模塊的ON/OFF狀態(tài)，或直接將輸出的ON/OFF狀態(tài)送到輸出模塊。一次掃描時(shí)間分輸入傳送、程序執(zhí)行、輸出傳送三個(gè)過程。輸入模塊分為開關(guān)量和模擬量輸入，其中音叉開關(guān)、阻旋式料位開關(guān)為開關(guān)信號(hào)，隔膜式壓力變送器為模擬信號(hào)。輸入模塊的輸入狀態(tài)傳送到CPU的寄存器內(nèi)，每次掃描前更新寄存器的狀態(tài)。輸出狀態(tài)的寄存器將輸出傳送給輸出模塊，直接控制電磁閥驅(qū)動(dòng)外部工作。內(nèi)部繼電器只在CPU內(nèi)部進(jìn)行處理，不向外部輸出的CPU內(nèi)部輔助繼電器。減少了外部繼電器的接線，使用更簡(jiǎn)單、方便。物料的攪拌時(shí)間和設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的控制可通過CPU內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行設(shè)定，定時(shí)器有0.1s、0.01s等多種時(shí)間，定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間自動(dòng)存入相對(duì)應(yīng)的寄存器中。

結(jié)語：

不飽和聚酯樹脂DCS系統(tǒng)主要由石粉儲(chǔ)料罐、石粉氣旋篩、石粉喂料倉、石粉和樹脂的混料機(jī)、攪拌倉、氣動(dòng)隔膜泵等主要設(shè)備，以及顯示和控制料位的音叉式料位開關(guān)、阻旋式料位開關(guān)和隔膜式料位計(jì)組成，通過PLC控制柜實(shí)現(xiàn)DCS系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)，不需要人工操作。筆者針對(duì)不飽和聚酯樹脂DCS生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用進(jìn)行了分析以及相關(guān)總結(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1]張娜娜，黃先會(huì).不飽和聚酯樹脂預(yù)混料控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（23）：119.

（作者單位：宜興市興合樹脂有限公司）