韓立春 潘伯祥 陳彬彬

摘 要：不飽和聚酯樹脂DCS系統(tǒng)主要由石粉儲料罐、石粉氣旋篩、石粉喂料倉、石粉和樹脂的混料機、攪拌倉、氣動隔膜泵等主要設(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)和隔膜式料位計組成，通過PLC控制柜實現(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。不飽和聚酯樹脂DCS系統(tǒng)主要由石粉儲料罐、石粉氣旋篩、石粉喂料倉、石粉和樹脂的混料機、攪拌倉、氣動隔膜泵等主要設(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，通過PLC控制柜實現(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，能夠報警提示操作人員。

一、音叉式開關(guān)

音叉開關(guān)在音叉的基座上安裝有一對壓電晶體，使音叉開關(guān)在一定頻率下振動，當(dāng)音叉開關(guān)被物料掩埋后，音叉振動的頻率和幅度會發(fā)生變化，由檢測電路對輸入的信號轉(zhuǎn)換為一個開關(guān)信號輸出。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：1～20秒

可調(diào)靈敏度：1～10級

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)采用微型電機經(jīng)過減速后，帶動監(jiān)測葉片慢速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)物料的料位到達葉片的位置時，葉片受到阻力，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，檢測機構(gòu)便會發(fā)出一個位移量，首先觸發(fā)一個微動開關(guān)，輸出一個有料的信號，另一個微動開關(guān)就是需要切斷電機的電源。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)，微動開關(guān)使電機電源接通，并發(fā)出沒有的信號。

用途：上、下限

測量輸出：開關(guān)信號

葉片轉(zhuǎn)速：2.5轉(zhuǎn)/分

接點容量：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)的對比

音叉式料位開關(guān)和阻旋式料位開關(guān)用在石粉儲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)裝探測儲罐內(nèi)是否有料，阻旋式料位開關(guān)用于頂裝測量料位是否到高位，到高位及時發(fā)出報警信號。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)測料位的變化，輸入到PLC，實現(xiàn)自動化控制。

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

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

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。通過控制器可以實現(xiàn)計算較、定時、計時、運算等邏輯運算功能。

西門子S7-200可編程控制器控制點一般在256點之內(nèi)，適合于單機控制或小型系統(tǒng)的控制。處理速度0.8～1.2ms；存貯器2k；數(shù)字量248點；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，在觸摸屏上可以運行參數(shù)進行設(shè)置，并適時的顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)，出現(xiàn)變頻器、料位、電機等異常時，可以發(fā)出報警信號，并及時的關(guān)閉運行系統(tǒng)，保護設(shè)備不被損壞。

膠泥倉和固化劑倉電機由變頻器控制，1臺11kW三菱變頻器控制2臺5.5kW電機，通過改變變頻器的頻率實現(xiàn)轉(zhuǎn)速可調(diào)，使2臺電機按照相同的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。變頻器的主回路主要是給異步電動機提供調(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機供電的主回路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的運算回路，通過外部測得速度、轉(zhuǎn)矩與檢測回路的頻率、電壓進行比較，來決定輸出的頻率和電壓，保護電路可以檢測主回路的電壓、電流，當(dāng)發(fā)生過流或過壓時，停止工作，防止燒壞逆變器和電動機。

變頻器是通過改變電機工作電源的頻率控制電機的設(shè)備，變頻器主要由整流、濾波、逆變、制動、驅(qū)動等處理單元組成，變頻器靠內(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，最終要通過編程實現(xiàn)自動化控制的功能。根據(jù)要實現(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)計要求進行安裝、調(diào)試。

CPU模塊上的工作方式可以打到RUN運行狀態(tài)和TERM調(diào)試狀態(tài)，當(dāng)正常工作時達到RUN位置，當(dāng)需要對程序進行修改時達到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。一次掃描時間分輸入傳送、程序執(zhí)行、輸出傳送三個過程。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，隔膜式壓力變送器為模擬信號。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)動外部工作。內(nèi)部繼電器只在CPU內(nèi)部進行處理，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，使用更簡單、方便。物料的攪拌時間和設(shè)備運行時間的控制可通過CPU內(nèi)部定時器進行設(shè)定，定時器有0.1s、0.01s等多種時間，定時器的設(shè)定時間自動存入相對應(yīng)的寄存器中。

結(jié)語：

不飽和聚酯樹脂DCS系統(tǒng)主要由石粉儲料罐、石粉氣旋篩、石粉喂料倉、石粉和樹脂的混料機、攪拌倉、氣動隔膜泵等主要設(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)和隔膜式料位計組成，通過PLC控制柜實現(xiàn)DCS系統(tǒng)的連續(xù)生產(chǎn)，不需要人工操作。筆者針對不飽和聚酯樹脂DCS生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計以及應(yīng)用進行了分析以及相關(guān)總結(jié)。

參考文獻

[1]張娜娜，黃先會.不飽和聚酯樹脂預(yù)混料控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(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）