PVC糊料计算机自动配混系统设计

摘要：利用计算机监控技术、齿轮泵和螺旋加料器的变频调速技术、称重值模糊控制技术、气力输送技术以及生产流程的模拟屏动态显示技术研制开发PVC糊料配混微机监控系统，成功地解决了橡胶原料配混生产中减少环境污染，改善生产工作条件，提高工作效率和控制产品质量等诸多问题。实践证明：该系统的应用具有显著的经济和社会效益，在橡胶产品生产行业具有很好的应用前景。
关键词：模糊控制；齿轮泵；配混；变频调速
PVC paste mixed with the computer system of automatic
Meng Hongliang Zhang Lihua Zhang cheng
(HUANYU Rubber Group Co., Ltd. in Fuxin, Liaoning Fuxin 123,000)

Abstract: The computer monitoring technology, gear pumps and screw-feeding VVVF technology, weighing the value of fuzzy control technology, air transportation, technology and health
Production processes of dynamic simulation screen display technology research and development of PVC paste mixed with computer monitoring system, successfully resolved the rubber mixed with the production of raw materials to reduce environmental pollution, improve the production conditions of work, improve efficiency and product quality control and other issues. Practice has proved that: the application of the system has significant economic and social benefits, in the rubber product industry has good prospects.
Key words: Fuzzy control; gear pump, with mixed; VVVF 
        目前，国内大部分橡胶输送带生产厂家生产的PVC带，其原料糊都是采用手动上料、混料和人工称重等进行橡胶原料的配混，依据电流表或温度显示仪显示数值控制混合系统的工作。这样不但混合质量难以控制，且粉尘大、劳动强度大、长期处于化学粉尘漂浮的环境中，将直接危害工作人员的健康。通过对配混过程的分析，结合生产实际，我公司联合阜新红旗塑机厂和辽宁工程技术大学，于2005年一起开发了PVC糊料自动配混系统，提出利用风机形成的管路负压实现主要预混料的气力输送，利用计算机控制技术、称重值模糊提制技术来实现主料、辅料和液态原料的准确称重及混合机的混料温度控制，成功地解决了减少环境污染，提高工作效率和控制产品质量、延长输送带使用寿命等问题。通过近几年的运行，该系统平衡可靠，经济效益和社会效益显著。

一 硬件系统设计
         硬件系统组成框图如图1所示，该控制系统由上位机、下位机、工艺流程模拟屏、驱动器件、称重传感器及其终端、变频器等组成。各组成部分的作用功能分述如下。
图1

1．1原料称重部分
       主料、辅料、液态原料称重采用美国梅特勒一托利多公司生产的UW称重传感器、ARJ电桥盒和与之配套的PANTHER智能称重终端。将该终端打印输出接口与下位机扩展的串行口相连，实现称重数据的实时采集与接收。
1．2系统的主要被控对象
        系统的主要被控对象包括各种电控阀、料位计、混合机及各种气动阀、变频器控制的齿轮泵、螺旋加料器等。由下位机负责系统被控对象控制信号的发出和各状态信号的检测与故障保护。
1．3工艺流程模拟屏
         系统中利用该模拟屏来显示包括混合机温度及主料、辅料和液料称重值显示在内的配混生产工艺流程全过程，对各电控器件的动作位置予以准确标识，运行状态采用双色指示灯予以准确显示，故障报警采用双色指示灯交替闪烁指示，并配以声音提示报警，使系统的工作运行状态一目了然。
1．4混合机温度控制
        混合机温度检测采用KT型铠装热电偶，温度检测范围为-40℃ ～35O℃ ，输出电流4 mA~20 mA，分别送给模拟屏温度显示模块和下位机的A／D转换模块。
1．5上位机系统
        本上位机选用台湾产研华AWS一8259TP一体化工作站，并配以激光打印机，可利用工作站自身提供的操作键盘及功能键，根据预先设计的生产流程监控界面，完成对配混系统进行动态随机监控和数据采集的高层管理功能。操作人员既可通过上位机的各个监控界面了解生产线各部件运行状态，也可通过键盘输入各种配方及控制指令定期打印输出有关生产方面的各种信息数据。
1．6下位机系统
下位机是配混系统的核心控制部分，各功能模块选择如下。
         下位机主机选用西门子STEP7一300系列可编程控制器。E42CPU采用315—2DP，自身带2个串行口，用于与上位机通信等，同时又扩展三个串行口CP34O—RS323C，分别用于主料秤、辅料秤和液料秤称重数据的采集。输入模块选用交流220V SM321-1BL00-0AA0 16点4块，用于手动功能按钮等控制指令信号的输入，直流24 V SM321—1BL00—0AA0 32点4块，用于各种状态量的输入；输出模块SM322—1BL00—0AA0 32点3块，用于各种电控件的控制；模拟量模块SM331 8通道2块用于混合机混料温度、多个液料罐温及液位等模拟量的采集。此外还有电源模块、接口模块、底板等。

二 称重值模糊控制技术
        在输送的主料和辅料配混系统中，影响称重准确度的主要因素是变频器控制的螺旋加料器的及各种电磁阀和气动碟阀的开关性能及灵敏度。送料速度快、悬浮料多、称重值偏大；送料速度慢则称重时间长，并且根据配方不同，辅料的称重值将在0．5 kg至8O kg之间变化，这也给送料速度的确定带来困难。而决定送料速度的重要参数是变频器的输出频率。鉴于此，我们引进模糊控制技术，根据当前称重值与预设值的偏差E及偏差变化率AE，在总结实践经验的基础上合理地给出变频器的输出频率，确保了称重准确度和称重速度。
表1即为控制器的变频规则控制表。
变化量 称 重 变 化 增 量
大 中大 中 中小 小
称
重
变
化
量 大 偏高 偏高 高 高 高
中大 中 中 偏高 偏高 偏高
中 偏高 中 中 中 中
中小 中 中 偏低 偏低 偏低
小 偏低 偏低 低 低 低
表1
       在液料称重系统中，采用变频器控制齿轮泵进行送料的送料机构，消除了液料仓的液位高、低和黏稠度对称重速度和准确度的影响。由于液态原料对称重影响因素较多，无法构建数学模型，所以也采用模糊控制技术，在总结实际调试和调整称重机构的基础上构建模糊控制规则表，实现快速准确称重。

三 软件设计
        本系统上位机采用西门子公司SIMATICWlNCC组态软件 进行上料、称重、配方设置、实时报警、用户管理、机组参数设定等界面的设置及编程，以实现对系统的动态随机监控和有关参数的随时修改与录入。下位机采用STEP一300可编程控制器标准编程软件进行程序设计，以实现系统参数采集处理、各种被控对象的控制、运行状态的监控、故障状态的报警与保护等。

四 工作原理
        本系统根据实际需要设有手动和自动两种工作方式。在手动方式下，可根据生产需要启动任何单机、电控阀、气动阀和有关电控设备。在自动方式下，在上位机完成生产配方等参数设定后，即可通过下位机实现按混合工艺进行的自动控制。

五 结论
本系统的设计具有如下特点：
(1)主要预混料的输送采用管道气力输送。不但速度快、粉尘小而且劳动强度小、工作效率高。
(2)主料、辅料和液料称重引进变频调速和模糊控制技术，并且为避免液料仓的液面高、低和黏稠度大小的影响，采用齿轮泵送料，不但称重准确、精度高、而且称重周期短。
(3)采用模拟屏显示生产流程的全过程，使整个系统的运行状态一目了然。
(4)采用西门子公司生产的可编程控制器及其软件和研华一体化工作站作为上、下位机控制核心，使系统运行更为可靠，操作维修更加方便。目前，该系统已在我公司投入使用近三年。实践证明，系统设计合理，运行可靠，集环保、高效于一体，为同行业的类似设备改造提供了相关经验。

参考文献：
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[2]METTLER TOLEDO 公司．Panther技术／操作手册
[M]．2001：1—6O．
[3]SIEMENS公司．SIMATIC WinCC手册[M]．2004．1-7


作者简介：孟洪亮（1978-），男，电气工程师，主要从事电气自动化设备的安装调试与维护工作。

联系方式： 阜新环宇橡胶集团有限公司 项目办 孟洪亮
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