摘要:
本文介绍了PLC在纸浆模塑生产自动控制系统中的应用,重点叙述了成型机监控系统的硬件配置和功能设计。利用PID自整定功能实现真空泵恒负压控制。利用易控(INSPEC)实现成型机生产的在线监控,自动统计产量并生成报表。实践表明,该系统的成功解决了目前纸浆模塑生产中负压波动大、耗能大、废品率高的问题,提高了工作效率,节省了资源,降低了生产成本,具有很好推广价值。
关键词:纸浆模塑成型机;易控(INSPEC);恒定负压;监控系统
引言
纸浆模塑工艺在我国最早应用于纸餐盒、纸托盘的生产,现已越来越广泛的应用于仪器仪表、家用电器等进出口产品的包装中。纸浆模塑制品是一种新型的环保包装材料,具有可重复回收利用、生产过程环保、生产成本低等诸多优点。纸浆模塑制品的生产以废纸或纸浆为原材料,经过调浆碎浆、成型、烘干、整型等工序,成为具有环保、防震、防水性能的优质包装产品。
为了能在低值的纸制制品生产中获取最大的效益CONTROL ENGINEERING China版权所有,进一步降低生产成本,提高整个纸浆模塑生产线的生产管理水平和质量管理水平,通过对原有生产设备进行改造和效能优化,真正实现了全套生产线各个系统的集中自动控制。本文将针对生产线中重要的成型工序的控制进行重点叙述。
1 纸浆模塑成型机生产过程分析
成型工序由水环真空泵、真空泵供水泵、空气压缩机、空气干燥机、成型机等组成。成型机的作用是利用负压将配制好的纸浆吸附在纸浆模具上,经过压模、脱水处理,利用正压使产品从模具上脱落,然后进入下一工序。在生产过程中,成型机对负压稳定性要求较高,一般需要负压维持在-0.05MPa—-0.06MPa之间。负压越低,成型机的模具吸附的纸浆越少,造成产品的厚度过薄,废品率增加;负压越高,一方面容易造成模具堵塞,影响正常生产控制工程网版权所有,另一方面使得产品的厚度过厚,浪费了纸浆和电能。由于成型机的数量已构成一定的规模,所以采用集中供应负压的方式。所需负压由两组真空泵组产生,一组真空泵组包括一台真空泵供水泵、一台水环式真空泵。原有的控制系统全部采用接触器、继电器等手工操作方式。两组真空泵组独立控制,工频运行,不仅控制方式缺乏灵活性,而且负压波动也比较大控制工程网版权所有,废品率较高。每台成型机之间的生产相对独立,因生产品种的不同,需要设定不同的工艺参数,由人工记录生产量并进行统计。
为了保证负压供应的稳定,我们利用PLC和变频器对原有设备进行了改造,采用PLC的自整定PID功能,简单方便的实现了真空泵组的自动切换和自动变频控制。同时采用Modbus总线技术与上位机易控(INSPEC)组态软件通信,不仅实现了产品生产的网络化实时监控,而且能够自动进行产量统计、提供报表及打印功能。
2 成型机监控系统的设计
成型机监控系统主要包括上位机组态界面、通信协议、PLC控制系统三部分。系统结构图如图1所示。组态软件选用北京九思易自动化软件有限公司开发的易控(INSPEC)。易控(INSPEC)软件能够支持同时与不同的PLC设备的通信。
2.1 成型机监控系统组态设计及通信协议
利用易控(INSPEC)组态软件设计上位机的实时监控画面,如图2所示。通过动画模拟实时的生产状况,使系统便于观察和操作;配制好数据库后,系统会自动保存重要的生产数据、生成实时曲线、统计产量、打印报表;当生产过程出现异常时,会弹出报警画面,自动关闭系统并提示相关处理操作。
上位机与不同类型的PLC之间的通信采用不同的通信通道,本系统设置了1通道与台达PLC通信,2通道与艾默生PLC通信;同种类型的PLC之间采用寻址的方式来区分,8台成型机分别对应1~8的地址;总线选用Modbus RTU模式,PLC通信端口的设置要与上位机通信端口的设置保持一致。
2.2 真空泵变频控制硬件设计
系统保留了原有的手动控制www.cechina.cn,方便在系统的测试、维修期间,或者在自动控制出现问题时,作为后备功能启用。真空泵组的手动控制和自动控制由手动/自动转换开关来选择。为了节省成本,在自动控制模式下,采用一台变频器控制两台电动机,变频器根据需要在两台电动机之间进行切换。由PLC控制电动机的启停操作。在负压罐的输出管道上,安装有负压传感器,用于获得实际的负压压力。将测得的负压压力与给定的目标值进行比较,通过PID计算得到变频器的输出频率。整套装置组成了一个完整的闭环控制系统www.cechina.cn,能够根据实际生产的需要,自动调节电动机的输出功率,从而达到稳定负压压力,节约能源和原材料的目的。
控制系统的硬件配置包括:台安N2系列220V/440V 22kw变频器1台、艾默生EC20系列可编程控制器(PLC)、艾默生EC20系列8AD模块、艾默生EC20系列4DA模块、负压传感器、以及空气开关、断路器、防雷器等系统保护性器件,还包括接触器、继电器若