0前言
隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng),對(duì)生產(chǎn)效率及環(huán)境保護(hù)的要求也越來越高。氣力輸送是具有效率高、占地少、成本低和無污染的現(xiàn)代化輸送方式。它屬于流體管道輸送方式之一,并在物料輸送方式中占重要的地位。而且在食品行業(yè)中,不同于傳統(tǒng)的人工投料,氣力輸送系統(tǒng)的自動(dòng)化特點(diǎn)大大減少了用人成本,并有效避免了讓工人直接接觸物料的機(jī)會(huì),甚至還減小了菌落數(shù),在極大得提升生產(chǎn)效率的同時(shí)還使得食品安全得到了更大的保證,受到用戶好評(píng)。此系統(tǒng),不僅能夠?qū)Ω鱾€(gè)閥門、電機(jī)和開關(guān)進(jìn)行精確控制,結(jié)合外部檢測(cè)設(shè)備和軟件程序的設(shè)計(jì),而且還能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷與自動(dòng)處理。
1 工藝描述
本系統(tǒng)是廣東廚邦食品有限公司基于原料(糖、鹽、味精、淀粉)以及成品雞精,成品雞粉和半成品雞粉配置工程的控制系統(tǒng)。氣力輸送線有多個(gè)環(huán)節(jié),除了傳統(tǒng)的一送一模式外,還有三送四以及二送八等邏輯較為復(fù)雜的輸送線,在需要稱重的倉泵底部安裝模塊,通過電氣程序的精確控制以確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。正壓脈沖料酸氣力輸送環(huán)節(jié)控制對(duì)象為倉泵中的排氣閥、進(jìn)料閥、出料閥、脈沖氣刀氣閥和上進(jìn)氣閥?？刂品绞接晌鏖T子可編程序控制器作控制源,通過Proface觸摸屏的操作,接觸器,中間繼電器對(duì)各電磁閥以及電機(jī)進(jìn)行控制,便于調(diào)試與維修。并由系統(tǒng)中的稱重模塊、壓力變送器、料位計(jì)、氣動(dòng)閥上的位置開關(guān)、氣源壓力表等,對(duì)工作情況進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控,多收料倉輸送可以通過觸摸屏控制三通閥進(jìn)行選倉判斷,在多倉泵對(duì)單一料倉進(jìn)行輸送時(shí),為了防止物料回流,需在收料倉上方安裝隔斷閥?？刂品绞椒譃槭謩?dòng)模式和自動(dòng)模式。由于各個(gè)環(huán)節(jié)工藝流程大致相同,故不多做贅述,下面主要介紹的是稱重以及送料環(huán)節(jié)。
首先介紹一下自動(dòng)工藝流程:打開過渡料斗出料閥門,變頻螺條輸送機(jī),再打開排氣閥,將倉泵內(nèi)余壓全部排出,接著開進(jìn)料閥,開始進(jìn)料環(huán)節(jié)。待倉泵內(nèi)物料重量離要求還差20kg時(shí),為保證稱重準(zhǔn)確,變頻螺條從50Hz降為10Hz,等物料稱重滿足條件后,關(guān)閉螺條輸送機(jī),過渡料斗出料閥門,再關(guān)進(jìn)料閥,排氣閥,進(jìn)料環(huán)節(jié)結(jié)束,之后進(jìn)入輸送環(huán)節(jié),首先打開收料倉除塵器,再用脈沖氣刀閥吹掃輸送管道5秒,開出料閥和上進(jìn)氣閥,倉泵壓力上升,開始輸送,為避免倉泵內(nèi)物料下落不暢,設(shè)定氣錘每20秒敲擊一次,輸送過程中,如遇壓力上升,到達(dá)堵料趨勢(shì),則立即關(guān)閉上進(jìn)氣閥,待輸送回復(fù)正常,壓力下降至正常數(shù)值后,再將其開啟。物料輸送完畢后,倉泵壓力迅速下降,下降到70kpa此時(shí)關(guān)上進(jìn)氣閥;繼續(xù)下降到10kpa,此時(shí)關(guān)脈沖氣刀閥;壓力下降到0時(shí),關(guān)出料閥,輸送結(jié)束。重復(fù)以上步驟可循環(huán)輸送。觸摸屏上還可完成參數(shù)修改、報(bào)警查詢及壓力曲線的觀察。
本次系統(tǒng)中儲(chǔ)料倉底部安裝了活化料斗與氣化,出料時(shí)通過活化料斗不斷震動(dòng)以及氣化的吹掃保證物料下落順暢,且可以用偏心震蕩模塊調(diào)節(jié)震動(dòng)幅度提高效率以及氣化吹掃頻率。
圖1 第五環(huán)節(jié)PID圖 下載原圖
圖2 觸摸屏工藝流程畫面 下載原圖
在輸送物料時(shí)可以通過調(diào)整氣刀閥的氣時(shí)及料時(shí)來改變輸送量以及輸送效率,有助于滿足一些對(duì)破碎率有較高要求的環(huán)節(jié)。
除塵器脈沖控制儀也可以調(diào)整脈沖間隔以及脈沖寬度,以避免在輸送過程時(shí)收料倉粉塵外漏。
2 自控系統(tǒng)硬件配置
2.1 PLC
本次工程設(shè)計(jì)中所采用的PLC,均為SIEMENS公司提供的S7-200系列CPU226型的PLC,選型為6ES7 2162BD23-0XB0。該P(yáng)LC屬于SIEMENS公司的小型PLC,可擴(kuò)展數(shù)字量和模擬量的輸入輸出模塊。
2.2 檢測(cè)元件
1)壓力變送器
4~20m A模擬量輸入信號(hào),最大值1Mpa,顯示倉泵輸送系統(tǒng)的壓力。
2)稱重傳感器
4~20m A模擬量輸入信號(hào),最大值1.6T,顯示倉泵及內(nèi)部物料的重量。
2.3 稱重模塊
此次工程對(duì)稱重精度要求低于千分之五,所以我們選用了METTLER TOLEDO稱重模塊。由于三個(gè)稱重傳感器均安裝與倉泵支撐點(diǎn),所以可能會(huì)造成受重不均勻的情況。在調(diào)試時(shí)需在稱重模塊內(nèi)插入鐵片,然后在每個(gè)點(diǎn)位放上砝碼進(jìn)行精確校驗(yàn),之后為減少模擬量損耗而產(chǎn)生的誤差,還需精確校正模擬量輸出。
2.4 觸摸屏
隨著自動(dòng)化程度的提升,簡(jiǎn)單而又便捷的觸摸屏受到越來越多的用戶的認(rèn)可,本次工程中使用的是Proface系列7寸及10寸觸摸屏,在實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的同時(shí)也將各項(xiàng)數(shù)據(jù)反饋給了用戶,方便用戶日后進(jìn)行檢修與維護(hù)。
3 軟件配置
3.1 編程軟件
STEP 7是用于SIMATIC可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。它是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分,因其使用便捷廣受好評(píng)。此次我們用的STEP7-Micro/WIN32 V4.0是用于編輯SIMATIC S7-200的程序,并且可在WIN7系統(tǒng)中使用的SP9版本。
本次編輯程序的過程中,為了程序更有條理性和針對(duì)性便于之后的改善,我們引入了SBR的子程序。其中包括了模擬量處理子程序、通訊信號(hào)子程序、堵料保護(hù)子程序和觸摸屏顯示子程序。
1)模擬量處理子程序:即將4~20m A的模擬量信號(hào)通過PLC的程序轉(zhuǎn)換成可以直接讀取的整型信號(hào),再經(jīng)過與觸摸屏的設(shè)定值進(jìn)行比較處理之后,程序可以通過比較的結(jié)果辨別出輸送的情況。
2)通訊信號(hào)子程序:將觸摸屏的控制信號(hào)放入通訊寄存區(qū),通過PLC通訊讀取下來之后,再執(zhí)行相應(yīng)的操作。同時(shí),PLC將觸摸屏所要采集的監(jiān)控信號(hào)移入通訊寄存區(qū),而觸摸屏通過讀取其中的數(shù)據(jù),則可在PC上進(jìn)行監(jiān)控。
3)堵料保護(hù)子程序:參數(shù)設(shè)定中有上進(jìn)氣高位保護(hù)和低位保護(hù),倉泵在輸送中如發(fā)現(xiàn)堵料趨勢(shì)(即倉泵內(nèi)壓力高于高位保護(hù)),此時(shí)程序會(huì)自動(dòng)關(guān)閉上進(jìn)氣閥,待壓力下降,低于低位保護(hù)后,上進(jìn)氣重新打開繼續(xù)輸送,可以有效避免壓力過高造成的堵料情況。
4)觸摸屏顯示子程序:為了讓用戶更直觀得了解整個(gè)氣力輸送工藝流程的運(yùn)行概況,PLC將每條輸送線以動(dòng)畫的形式在觸摸屏上顯示,并且在壓力曲線畫面也可以讀出設(shè)備使用的大致情況,讓用戶在檢修時(shí)更加得心應(yīng)手。
3.2 與觸摸屏通訊
根據(jù)Proface觸摸屏與西門子PLC之間的通訊協(xié)議,通過一根mini USB接口的數(shù)據(jù)線便能完成人機(jī)界面的連接,因此相當(dāng)便利。
4 工程中遇到的問題與總結(jié)
4.1 物料輸送不暢時(shí)的解決方案
由于此次工程環(huán)節(jié)非常復(fù)雜,并且個(gè)別物料流動(dòng)性較差,輸送難度較高,尤其是淀粉輸送環(huán)節(jié),極易堵料,為此我們對(duì)氣刀閥上的調(diào)壓閥壓力進(jìn)行精調(diào),通過反復(fù)試驗(yàn),保證物料能夠輸送順暢。
在比較容易堵料的大角度彎管處增加氣錘,在輸送物料時(shí)每隔一段時(shí)間敲擊一次,亦可有效改善輸送情況。
4.2 稱重精度不準(zhǔn)的解決方案
相對(duì)于糖、味精、淀粉,鹽的流動(dòng)性則要好得多,但是也給稱重精度帶來一定的困難,通過ABB變頻器變換螺旋頻率,當(dāng)離設(shè)定稱重目標(biāo)還剩20kg時(shí),螺旋從50Hz變化到10Hz,放慢落料速度以保稱重精確,但是物料良好的流動(dòng)性仍然會(huì)導(dǎo)致稱重不精確,為此我們?cè)谶M(jìn)料螺旋下方增加閥門,并且在倉泵進(jìn)料處增加軟連接,保證其完全隔離,從而提高稱重精準(zhǔn)度。
4.3 輸送完畢后物料在收料倉內(nèi)分層的解決方案
微波干燥后的雞粉由于非常粘稠,輸送完成后在收料倉很容易形成分層,為此我們將氣刀閥的氣時(shí)縮短,增加料時(shí),在保證輸送量的前提下盡量將物料均勻得輸送至收料倉,有效地緩解了物料的分層情況。
5 結(jié)束語
本次工程中,氣力輸送展現(xiàn)出了強(qiáng)大的潛力,以PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)為核心,通過壓力元件以及稱重模塊等將整個(gè)系統(tǒng)串聯(lián)在一起,實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化。其設(shè)計(jì)結(jié)果表明:該系統(tǒng)完全可以保證雞精、雞粉以及原料(糖、鹽、味精、淀粉)在管道內(nèi)可以進(jìn)行順暢輸送,并且在提升輸送效率的同時(shí)也有效地杜絕了粉塵外漏,給現(xiàn)場(chǎng)工人提供了良好的環(huán)境保護(hù),在本系統(tǒng)過去運(yùn)營(yíng)的一年中,其安全穩(wěn)定的特點(diǎn)也使用戶對(duì)此贊不絕口。