基于PLC闭环自动控制的硫化机实现

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：采用PLC自动硫化工艺解决原皮带硫化机操作难度大、专业性强、操作繁琐的问题，提升皮带硫化操作运行稳定性和皮带硫化的质量;同时将所有操作及参数设定、自动硫化进度、故障信息显示在HMI界面上，减轻硫操作人员负担，消除原人工操控检测误差，提高硫化质量。
　　关键词：PLC;HMI界面;PID控制;自动化
　　中图分类号：TQ330 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）26-0109-02
　　Abstract： PLC automatic vulcanization process is adopted to solve the problems of difficult， professional and tedious operation of the original belt vulcanization press， and improve the stability of belt vulcanization operation and the quality of belt vulcanization; at the same time， all operations and parameter settings， automatic vulcanization progress and fault information are displayed on the HMI interface to reduce the burden of sulfur operators， eliminate the original manual control and detection errors， and improve the vulcanization quality.
　　Keywords： PLC; HMI interface; PID control; automation
　　引言
　　散货码头装卸设备中的“血管”胶带输送机俗称皮带机，经常由于各种原因发生皮带开裂、破损等问题，需要专业硫化人员用皮带硫化机进行硫化修补，避免更大事故的出现，而目前国内皮带硫化机自动化程度不高，一般采用人工控制的方法，不可避免地带来了控制的不准确，从而影响了皮带的硫化品质，针对这一不足，本课题用PLC及其HMI组合的方案，通过温度PID调节控制实现了皮带硫化机的操作控制平台的自动化，保证硫化任务顺利高效地完成。
　　1 总体目标
　　温度、压力和时间，是皮带硫化的重要因素，针对皮带接头硫化的工艺要求，在硫化胶接过程中，根据胶带种类及厚度，必须严格控制各阶段水压板的压力、加热板的温度、保温时间等等。常用硫化机加热及保温时间由人口设定，水压板通常由水泵打压或人工手动打压控制，整个硫化过程操作人员必须全程监督，温度及压力异常、硫化时间不足或过长将直接影响皮带接头硫化质量，严重将会导致返工，通过本课题研究并实现解决以上问题。
　　硫化机自动化的改造主要采取PLC标准硫化工艺设计编程程序代替原有人工硫化工艺操作，将加热板温度、水压板压力输入至PLC，并控制加热板及水泵启停;在HMI触屏上预设硫化参数，并可根据实际皮带宽度厚度情况进行调整，确认后即可实现一键自动硫化。检测程序在硫化前对设备进行自检报警，硫化过程中温度及压力异常报警。
　　1.1 主要技术指标
　　（1）采用模拟量温度传感器、调压器、PID加热程序闭环控制加熱温度。
　　（2）采用模拟量压力传感器实时监测，PLC程序闭环控制水泵启停。
　　（3）采用HMI人机操作触摸屏控制，预设硫化流程工艺，实现一键自动硫化。
　　（4）采用优化整合外部设备接口，减少电缆接头数量，减少拆装难度。
　　1.2 难点及故障原因分析
　　在皮带硫化过程中，硫化机操作难点及硫化质量不稳定的原因有以下几点：
　　（1）硫化过程中如遇温度、压力、倒计时器故障时，控制器无法报警提醒，需要操作人员实时观察检测。
　　（2）硫化加热保温过程中，如遇传感器脱离掉线，硫化机将无法持续保温，操作人员需要凭借经验设定剩余保温时间，硫化质量难以保障。
　　（3）硫化过程中如遇水压板缓慢泄压未被发现，已错过硫化最佳压力，从而导致硫化质量较差。
　　（4）硫化过程对职业技术人员依赖性较高，每个硫化技术人员有各自的硫化工艺理论，难以保证一致。
　　2 硬件选型
　　 在确定了硫化机自动化改造目标后，统计所需采集的信号种类及数量，控制目标的参数及种类，绘制电气原理图，确定选型PLC模块、HMI触摸屏型号、各控制回路电气设备种类及数量，合理放置各模块位置，制定控制箱尺寸及航空接口位置， 硫化工艺PLC程序设计，HMI触摸屏程序设计，现场安装调试。具体实施内容如下：
　　2.1 控制模块选用及系统设计
　　根据硫化工艺（图1），需要PLC现场采集信号种类及数量、控制目标种类及数量如下：
　　上加热回路：断路器DI，热继电器DI，接触器DI+DO
　　下加热回路：断路器DI，热继电器DI，接触器DI+DO
　　水泵回路：马达断路器DI，接触器DI+DO
　　辅助电源：PLC电源断路器DI，直流开关电源断路器DI
　　信号回路：上加热板电加热晶闸管AO，上加热板温度AI，下加热板电加热晶闸管AO，下加热板温度AI，水泵压力AI
　　操作面板：紧停按钮DI，声光报警DO
　　电磁阀泄压：DO
　　数字量输入（DI）为11个，数字量输出（DO）为4个，模拟量输入（AI）为5个，模拟量输出（AO）为2个 　　2.2 选定PLC模块及触摸屏型号
　　模块选型
　　模块导轨、电源模块、CPU模块、DI模块、DO模块、AI模块、AO模块其他模块;
　　触摸屏、触屏PLC连接线、加热调压器、压力传感器：0-5MPa，0-250摄氏度，4-20mA模拟量。
　　2.3 根据硫化工艺绘制HMI触摸屏界面图
　　自动硫化机硫化工艺主要流程为：
　　加热加压→加热保压→保温保压→冷却保压→泄压结束
　　圖2 自动硫化机HMI控制主界面
　　 在自动控制界面中（图2），需要将保温温度设定、水压设定、保温时间设定及冷却时间设定完后，即可按启动进行硫化。在HMI人机触摸屏中还设计了手动控制界面（图3），防止因外界条件影响PID加热无法稳定运行时的备用措施。
　　3 控制PLC及HMI程序设计
　　根据目标设定的硫化工艺流程，在选用的西门子300系列PLC通用编程软件中进行编程并预先通过虚拟机测试运行。
　　在PLC中，工艺流程主要以梯形图结合功能块的模式实现自动硫化程序，并包含加热回路过热、传感器掉线、压力异常等报警信息传送至HMI触摸屏。
　　HMI界面根据已设计的自动硫化机硫化工艺界面进行编程绘制，深紫色背景区域为可以输入参数，右侧为功能按钮;在原先设计的自动硫化控制界面中，添加完成硫化条件可以以冷却时间或冷却温度来判定硫化结束条件，可供操作人员自行设定。
　　4 结束语
　　经过自动化改造后的皮带硫化机在硫化使用后，硫化质量有较大提升，硫化操作简单方便，HMI参数设置位置简单明了，并能提供及时报警信号，大大减少硫化操作人员工作强度，减少了对专业技术人员的依赖性，普通操作工人简单培训即可自行操作。
　　皮带硫化机自动化改造，无论是新技术、新工艺的引进和应用，还是设计思路和理念都是显著的，是机电结合、系统性的自动化改造，它不仅解决了现场的一些实际疑难问题，同时也使得技术人员的技术水平得以提升，设计思路得到扩展，在以后其他的项目，使用传感器技术、PLC以及HMI触摸屏界面编程，从现场调试设定、电控改造、人机界面编程，完整体现了机械设备与人之间的联系，在其他机构人机控制改造有较强的示范意义。
　　参考文献：
　　[1]来叶刚，史磊.电动硫化机电气控制系统改造[J].轮胎工业，2019，39（06）：370-374.
　　[2]张丽霞，王其营，贾明.利用PLC技术及组态实现内胎等效硫化自动控制[J].橡塑技术与装备，2013，39（01）：57-59.
　　[3]阮殿旭，刘新军，郑昌祥，等.PLC及其HMI在矿用皮带硫化机中的应用[J].装备制造技术，2011（04）：201-202.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15374694.htm