彭琛 唐志勇

【摘要】介紹了現(xiàn)有發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展概況，提出把可編程控制器（PLC）應(yīng)用在可靠性和故障檢測(cè)控制中的想法，對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行列舉并給出解決辦法。仿真結(jié)果表明，基于可編程控制器（PLC）的發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)能夠達(dá)到理想控制狀態(tài)，滿足檢測(cè)系統(tǒng)控制要求，能更快的發(fā)現(xiàn)故障并解決故障。

【關(guān)鍵詞】可靠性;發(fā)泡機(jī);故障檢測(cè)

發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)控制的自動(dòng)發(fā)泡機(jī)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制中占有比較重要的地位。用來發(fā)泡的塑料原料顆粒微小，所以發(fā)泡后的塑料成型制品的密度也很小，同時(shí)還有隔熱、緩沖壓力和減少震動(dòng)等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用在包裝建筑和隔音保暖材料當(dāng)中，當(dāng)然一些醫(yī)療用品和機(jī)械零件等領(lǐng)域也有它的蹤影。

1.發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)是把本來很小的塑料顆粒發(fā)泡，也就是使塑料顆粒變大，然后就可以通過不同的模具變成所需要的形狀，發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)可自動(dòng)重復(fù)工作程序：填料和發(fā)泡，而最重要的發(fā)泡倍數(shù)是由原料添加重量和發(fā)好后粒子的總量決定的，發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)主要是由一個(gè)步進(jìn)過程組成的[1]。步進(jìn)過程大致分為三個(gè)階段。

各階段的簡(jiǎn)要工作原理大致如下：

（1）添加原料階段

通過物位傳感器測(cè)量吸料缸內(nèi)的顆粒位置，如果沒有達(dá)到上限值則啟動(dòng)真空泵，利用真空管把微小的塑料顆粒吸進(jìn)存放原料顆粒的吸料缸內(nèi)，如果已達(dá)上限值則停止吸料;在吸料缸內(nèi)都充滿了發(fā)泡顆粒后，打開高壓空氣電磁閥和進(jìn)料開關(guān)把吸料缸內(nèi)的顆粒往稱量缸內(nèi)送去。等待物位傳感器發(fā)出吸料缸滿的信號(hào)，然后真空泵停止工作，真空管內(nèi)原料落回原料缸內(nèi)。

（2）原料稱量階段

首先由稱量傳感器檢測(cè)稱料缸內(nèi)是否為空，如果否則繼續(xù)等待;如果是，則打開耐高溫電磁閥通入高壓空氣，同時(shí)打開進(jìn)料耐高溫電磁閥讓原料在高壓空氣的壓力下迅速落入稱量缸內(nèi)的稱量鏟上，當(dāng)稱量鏟檢測(cè)已達(dá)到預(yù)設(shè)的發(fā)泡所需重量時(shí)，關(guān)閉進(jìn)料閥門和高壓空氣閥門停止進(jìn)料。在經(jīng)過稱料缸中的稱料鏟精確測(cè)量后，打開高壓空氣閥門使高壓空氣進(jìn)入，同時(shí)打開耐高溫電磁閥門使原料顆粒在高壓空氣的壓力下完全落入預(yù)發(fā)缸內(nèi)，并等待發(fā)泡缸準(zhǔn)備好。

（3）發(fā)泡階段

當(dāng)發(fā)泡缸內(nèi)發(fā)泡好的顆粒全部被高壓風(fēng)機(jī)吹進(jìn)料倉后，同時(shí)關(guān)閉高壓風(fēng)機(jī)、振蕩電機(jī)和攪拌電機(jī)，關(guān)閉耐高溫電磁閥門和高壓空氣閥門，此時(shí)打開耐高溫電磁閥門和高壓空氣閥門使高壓氣體進(jìn)入預(yù)發(fā)缸內(nèi)迅速把基金項(xiàng)目：湖南省教育廳一般科研項(xiàng)目（14Z0788）;湖南文理學(xué)院芙蓉學(xué)院校級(jí)大學(xué)生研創(chuàng)項(xiàng)目“智能控制在發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)中對(duì)故障檢測(cè)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究”（院辦通[2014]7-7）。稱量好的原料顆粒吹進(jìn)發(fā)泡缸內(nèi)，時(shí)間設(shè)置為30秒，30秒時(shí)間到后將自動(dòng)關(guān)閉閥門。

在稱量好的原料顆粒完全進(jìn)入發(fā)泡缸后，通過電阻絲開始對(duì)發(fā)泡缸內(nèi)升溫，直到溫度傳感器檢測(cè)已達(dá)發(fā)泡所設(shè)溫度，則開始啟動(dòng)攪拌機(jī)，通過變頻器使攪拌機(jī)開始高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行發(fā)泡動(dòng)作，發(fā)泡過程中用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化，以防止溫度過高損壞原料，直到音叉式水平傳感器檢測(cè)出發(fā)泡顆粒已達(dá)到所需大小，通過變頻器控制攪拌機(jī)減速，打開高壓空氣閥門和耐高溫電磁閥門，啟動(dòng)振蕩電機(jī)和高壓風(fēng)機(jī)，利用攪拌機(jī)緩慢的把發(fā)好的塑料顆粒推出發(fā)泡缸，通過振蕩電機(jī)把成塊的顆粒振散，用高壓風(fēng)機(jī)將原料吹進(jìn)料倉，這樣整個(gè)發(fā)泡過程結(jié)束。并在每次發(fā)泡過程完成后都自動(dòng)對(duì)發(fā)泡缸進(jìn)行除殘動(dòng)作，以避免出現(xiàn)不必要的誤差。

對(duì)于以上介紹的基于PLC的發(fā)泡機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性分析主要是關(guān)于PLC的可靠性分析?？删幊炭刂破鲗⒂?jì)算機(jī)功能完備、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，具有工作可靠性高、編程簡(jiǎn)單、使用方便、設(shè)計(jì)調(diào)試周期短、性能價(jià)格比高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，雖然可編程序控制器本身具有很高的可靠性，但如果輸人給PLC的數(shù)字信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤，模擬量信號(hào)出現(xiàn)較大偏差或PLC輸出控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒有按要求動(dòng)作，這些都可能使控制過程出錯(cuò)，從而降低PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性。

2.控制系統(tǒng)可靠性降低的原因

2.1 造成現(xiàn)場(chǎng)輸入給PLC信號(hào)出錯(cuò)的主要原因

造成現(xiàn)場(chǎng)輸入給PLC信號(hào)出錯(cuò)共有三個(gè)方面的原因：

（1）傳輸信號(hào)線出現(xiàn)故障。由于機(jī)械拉扯，線路自身老化或鼠害等使傳輸信號(hào)線短路或斷路時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)無法傳送給PLC，造成控制出錯(cuò)。

（2）機(jī)械開關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)變送器自身出現(xiàn)故障。例如，觸點(diǎn)接觸不良，變送器反映現(xiàn)場(chǎng)非電量偏差較大或不能正常工作等，這些故障會(huì)使控制系統(tǒng)不能正常工作。

（3）機(jī)械觸點(diǎn)抖動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)觸點(diǎn)只閉合了一次，但PLC卻認(rèn)為閉合了多次，雖然硬件中有濾波電路，梯形圖中有微分指令，但由于PLC掃描周期很短，仍會(huì)在記數(shù)、累加、移位等指令中出錯(cuò)，出現(xiàn)錯(cuò)誤控制結(jié)果。由于輸入信號(hào)出錯(cuò)或出現(xiàn)較大偏差，使系統(tǒng)控制過程出錯(cuò)，降低了系統(tǒng)的可靠性。

2.2 造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)出錯(cuò)的主要原因

造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)出錯(cuò)的主要原因：

（1）控制負(fù)載的接觸器出現(xiàn)故障，不能可靠動(dòng)作。雖然PLC發(fā)出了動(dòng)作指令，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)并沒按要求動(dòng)作。

（2）各種電動(dòng)閥、電磁閥自身出現(xiàn)故障，該開的沒能打開，該關(guān)的沒能關(guān)到位。

（3）由于控制變頻器自身出現(xiàn)故障，變頻器所帶電動(dòng)機(jī)沒按要求進(jìn)行工作。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒能按PLC的控制要求動(dòng)作，使系統(tǒng)無法正常工作，降低了系統(tǒng)可靠性。

2.3 解決實(shí)際操作出現(xiàn)的問題

（1）啟動(dòng)后不運(yùn)轉(zhuǎn)可能原因：開關(guān)“LS2”未置于“NO”。

（2）蒸汽不出來。

（3）啟動(dòng)后不進(jìn)料可能原因：開關(guān)“LS1”位置不對(duì)。

（4）預(yù)發(fā)和氣冷完成后，打開脫離艙，但脫離時(shí)間表不工作，警報(bào)鳴響的可能原因：開關(guān)“LS2”位置不對(duì)。

（5）低溫發(fā)泡時(shí)雖然蒸汽出來，但發(fā)泡速度很慢的可能原因：壓進(jìn)發(fā)泡缸的混合氣體太多。

（6）蒸汽不出來可能原因：清潔空氣壓力、方向或時(shí)間不對(duì);發(fā)泡速度太快。

圖1

3.故障檢測(cè)系統(tǒng)

要提高PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性，除了必須提高輸入信號(hào)的可靠性和執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)還應(yīng)具有完善的故障報(bào)警系統(tǒng)，使PLC能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并用聲、光等報(bào)警方式提示操作、維護(hù)人員盡快排除故障，使控制系統(tǒng)安全、可靠、正常地工作。在PL C控制系統(tǒng)發(fā)生事故、故障時(shí)都應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，一般是聲光報(bào)警信號(hào)。在整個(gè)工藝流程中必須注意做好實(shí)時(shí)報(bào)警檢測(cè)，因?yàn)樵谡麄€(gè)流程中如果中間出現(xiàn)故障又不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并處理的話，對(duì)整個(gè)發(fā)泡機(jī)來說都是非常大的損失。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，都有光電開關(guān)檢測(cè)是否發(fā)生了故障。一旦發(fā)現(xiàn)有故障，可通過硬、軟件兩種方式來強(qiáng)制系統(tǒng)的暫?；蛲C(jī)，可進(jìn)行故障檢測(cè)并報(bào)警。

圖2 報(bào)警控制梯形圖及仿真圖

在本次研究中用到幾處措施來完善報(bào)警系統(tǒng)，同時(shí)達(dá)到提高控制系統(tǒng)可靠性的目的：在每個(gè)電磁閥的連接上都并聯(lián)了一個(gè)續(xù)流二極管，來保證電磁閥能有效地進(jìn)行工作，而且不會(huì)輕易被損壞;在每個(gè)接觸器輸出上接了阻容電路（其中R=100Ω，C=0.01μF），這個(gè)電路也是為了很好地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)地;在選擇每次發(fā)泡重量時(shí)設(shè)置了報(bào)警裝置;在發(fā)泡缸內(nèi)升溫時(shí)也設(shè)置了報(bào)警裝置，防止溫度過高，損壞機(jī)器。

4.結(jié)論

本文通過在實(shí)際應(yīng)用中分析發(fā)泡機(jī)有可能導(dǎo)致可靠性欠缺的地方，有針對(duì)性的提出解決辦法，并找出現(xiàn)實(shí)工作狀態(tài)下出現(xiàn)故障后的應(yīng)對(duì)動(dòng)作及方法，有效的保證了系統(tǒng)的可靠性，在故障檢測(cè)方面也提出了在PLC軟件中加入報(bào)警控制系統(tǒng)，最后通仿真測(cè)試，結(jié)果證明實(shí)時(shí)可行。

參考文獻(xiàn)

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