2025年04月04日 13:14:12 来源：广州市凯士称重设备工程有限公司 >> 进入该公司展台 阅读量：2
| 配料系统在反应釜中应用及控制 | 2020-01-20 |
| 前言 工业工程中对于称重的监测和控制过程，其目的是利用PLC来实现过程配料控制。目前，PLC使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动配料系统控制，应用领域极为广泛，涉及到所有与自动检测、自动配料系统控制有关的工业及民用领域。PLC通过模拟量I/O模块和A/D、D/A模块实现模拟量与数字量之间的转换，并对模拟量进行闭环控制。 配料系统方案设计 配料系统主要是控制流过反应釜油漆的称重，由于配料系统对控制要求不高，故配料系统采用单回路控制，被控对象为油漆的称重，控制量为油漆泵电机的转速，防爆电子秤选用PLC和配料系统变频器,传感变送器选用电磁称重传感变送器，执行器选用油漆泵。 配料系统可分为：控制机构、信号检测变送机构、执行机构三大部分，具体为： (l)控制机构：配料系统的控制机构包括电子秤(PLC)和配料系统变频器两个部分。电子秤是整个称重控制配料系统的核心。电子秤直接对配料系统中的称重信号进行采集，对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法，得出对执行机构的控制方案，通过变频调速器和接触器对执行机构(即油漆泵电机)进行控制；配料系统变频器是对油漆泵电机进行转速控制的单元，其跟踪防爆电子秤送来的控制信号改变油漆泵电机的转速控制。(2)信号检测变送机构：在配料系统控制过程中，需要检测的信号包括反应釜油漆称重信号，其中油漆称重信号是配料系统控制配料系统的主要反馈信号。此信号是模拟信号，读入PLC时，需进行A/D转换。(3)执行机构：执行机构是由一个油漆泵电机组成，它用于将油漆供入反应釜，通过配料系统变频器改变电机的转速，以达到控制反应釜油漆称重的目的。 称重控制配料系统以供油漆出口反应釜油漆称重为控制目标，在控制上实现出口反应釜的实际称重跟随设定的油漆称重。设定的油漆称重可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。 油漆称重控制配料系统通过安装在反应釜上的称重仪表实时地测量参考点的油漆称重，检测反应釜出油漆称重，并将其转换为4-20mA的电信号，此检测信号是实现油漆称重恒定的关键参数。由于电信号为模拟量，故必须通过PLC的A/D转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行PID运算，再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作为配料系统变频器的输入信号，控制配料系统变频器的输出频率，从而控制油漆泵电机的转速，进而控制反应釜中的油漆称重，实现油漆称重恒定。 配料系统硬件设计 防爆电子秤的选型 由于PLC防爆电子秤具有抗干扰能力强，扩展模块组合方便、编程简单等优点，该控制配料系统采用PLC作为防爆电子秤。由于油漆称重配料控制配料系统控制设备相对较少因此，我们选用SiemensS7-200系列PLC，该系列PLC结构紧凑，价格低廉，具有较高的性价比，广泛适用于一些小型控制配料系统。根据控制配料系统实际所需端子数目，并考虑PLC端子数目要有一定的预留量，因此，CPU选用SiemensCPU224，其开关量输出为10点，输出形式为AC220V继电器输出；开关量输入为14点，输入形式为+24V直流输入。由于实际中需要模拟量输入点1个，模拟量输出点1个，所以需要选择扩展模块，模拟量扩展模块选用SiemensEM235，该模块有4个模拟量输入通道，1个模拟量输出通道。 配料系统变频器的选型 由于配料系统设计中PLC选择的是SiemensS7-200型号，为了方便PLC和配料系统变频器之间的通信，我们选择SiemensMicroMaster440配料系统变频器。它是用于三相交流电动机调速的系列产品，由微处理器控制，采用绝缘栅双极型晶体管作为功率输出器件，具有很高的运行可靠性和很强的功能。MicroMaster440配料系统变频器的输出功率为0.75~90KW，适用于要求高、功率大场合，恰好其输出信号能作为75KW的油漆泵电机的输入信号。另外该配料系统变频器可以通过RS-485通信协议和接口直接与西门子PLC相连，更便于设备之间的通信。 称重模块的选型 称重仪表用于检测反应釜中的油漆称重，常装设在泵站的出油漆口，称重模块和称重转换器是将油漆管中的油漆称重变化转变为4~20mA的模拟量信号，作为模拟输入模块(A/D模块)的输入，在选择时，为了防止传输过程中的干扰与损耗，我们采用4~20mA输出称重转换器。根据以上的分析，配料系统设计中选用电磁称重模块SHLDG、电磁称重转换器SHLDZ-1实现称重的检测、显示和变送。称重表测量范围0-0.6m3/h，精度1.0；转换器输出4~20mA电流信号，送给与CPU224连接模拟量模块EM235，作为PID调节的反馈电信号。 执行器的选型 油漆泵电机的选型基配料系统原则，一是要确保平稳运行；二是要经常处于高效区运行，以求取得较好的节能效果。要使电机常处于高效区运行，则所选用的电机必须与配料系统用油漆量的变化幅度相匹配。配料系统设计的要求为：电机额定功率0.37KW,额定转速为2800r/min。根据配料系统设计要求确定采用1台SFL型油漆泵电机（电机功率0.37KW）。SFL型低噪音生活给油漆泵在外壳、轴上采用不锈钢材质，叶轮、导叶采用铸造件，经过静电喷塑处理，效率可提高5%以上；采用低噪音电机，机械密封，前端配有泄压保护装置，噪声更低(室外噪音60分贝)、磨损小、寿命更长；下轴承采用柔性耐磨轴承，噪音低，寿命长；采用低进低出的结构设计，油漆力模型，性能更可靠。它可以输送清油漆及理化性质类似于油漆的无颗粒、无杂质不挥发、弱腐蚀介质，一般用在城市给排油漆、锅炉给油漆、空调冷却配料系统、消防给油漆等。因此配料系统设计中选择电机功率为0.37KW的SFL系列油漆泵电机1台。 控制规律的选择 PID控制是连续控制配料系统中技术、应用泛的控制方式。具有理论成熟，算法简单，控制效果好，易于为人们熟悉和掌握等优点。配料系统控制配料系统采用PID控制规律。 (1)比例环节：成比例地反映控制配料系统偏差信号的作用，偏差e(t)一旦产生，防爆电子秤立即产生控制作用，以减少偏差，具有快速性，但不能消除配料系统偏差，配料系统偏差随比例系数Kp的增大而减少，比例系数过大将导致配料系统不稳定。(2)积分环节：表明防爆电子秤的输出与偏差持续的时间有关。只要偏差存在，控制就要发生改变，直到配料系统偏差为零。积分环节主要用于消除静差，提高配料系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti，Ti越大，积分作用越弱，易引起配料系统超调量加大，反之则越强，易引起配料系统振荡。(3)微分环节：对偏差信号的变化趋势做出反应，并能在偏差信号变得太大之前，在配料系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快配料系统的动作速度，减少调节时间。微分环节主要用来控制被调量的振荡，减小超调量，加快配料系统响应时间，改善配料系统的动态特性。 结语 配料系统设计的基于PLC的称重控制主要实现的是对工业油漆称重的控制，该配料系统用电磁称重传感变送单元测量将标准称重信号送至模拟量输入模块，然后送入CUP与给定值进行比较，将差值进行PID运算，结果通过模拟量输出模块送至配料系统变频器控制油漆泵的转速调节称重。该配料系统实现了基配料系统的功能，由于时间及设备的限制，没能进行设备的组装和调试，只是利用了MATLAB进行PID参数的整定，仿真出了阶跃响应曲线。另外该配料系统还缺少个上位机来对控制过程参数进行设定以及对控制过程进行监控。在后续的开发过程中将进行改进。 | |
