PACSystems及触摸屏在膨化机控制系统改造中的应用

• 关键词： GE 智能平台 PAC
• 摘要：北京纽利味食品有限公司所属的膨化机系引进国外二手设备，控制系统采用瑞士SAIA-Burgess的PCD系列可编程控制器及触摸屏，该产品国内采购备件困难，订货周期长，编程语言不便于理解，加之是二手设备，故接线混乱，技术资料不全，维修困难。所以，我们采用GE电气智能平台的RX3i系列可编程序控制器和IC754VSI12CTD系列触摸屏对其控制系统进行了改造，完全实现了其原有功能，同时增加了自动启动和停止功能以及配方存储和调用功能，并采用RX3i本身的PID调节功能对温度进行控制，极大方便了生产，提高了生产效率，并使温度控制的精度大大提高。

解决方案
１、 膨化机的生产工艺概述

图１　膨化机的基本结构

　　膨化机由冷却、安全、面粉及生产用水供给、挤压加热、挤出头等几部分组成。
　　冷却系统有变频器控制冷却水的流量，一般在调节好后在生产过程中不再调节。
　　安全系统主要由安全继电器控制，一些安全开关如护罩限位等接入安全继电器，安全继电器的输出送入PLC，一旦有安全开关动作立即停机并在HMI上报警。
　　生产用水的供给由水泵完成，速度由变频器控制。面粉供给先由设备顶部的一台电机带动铰龙再经过电磁阀控制的分配器将面粉送至两个供料斗，两个供料斗上斗装有重量传感器，当某一料斗中面粉重量超过设定值时，电磁阀控制的分配器则自动改为向另一料斗供料，若两料斗中面粉重量同时超过设定值则会暂停向料斗供料。，面粉进入料斗后，由两台Baldor electric Co. 生产的直流电机及控制器通过送料机构匀速将面粉送入腔体，送料设定通过PLC的模拟量输出点控制供给速度，供水和供面速度要根据不同产品并与主机配合。
　　挤压和加热部分在一个狭长的腔体内完成，腔体内有两个螺杆，主电机带动螺杆旋转，将加入腔体的面粉和水混合挤压到腔体的中间挤出头处，通过调节主电机和加水加料的速度即可调节腔体内的压力。主电机是一台70KW的直流电机，直流控制器为英国CT公司生产的MENTOR系列直流电机控制器。腔体划分为五个单元，每个单元由一个温度传感器测量其温度，并有一个加热棒加热，为保证产品质量，要求其温度必须根据产品的不同保持在相应温度。
　　挤出头处同样有加热棒和温度及压力传感器，为保证产品质量，对此处的温度压力根据不同产品也有严格要求。此处还有一个切刀，由电机带动，依据不同产品和主轴速度由变频器调节切刀速度。
２、 膨化机控制系统中GE产品配置

一、 控制系统的构成
　　如图，膨化机的控制系统主要有PLC、触摸屏、执行机构、检测元件组成。计算机通过以太网PLC联机下载程序并监控设备的运行。触摸屏通过Modbus 485通讯协议与PLC进行通讯，时时显示设备的运行状态，并对进行设备启动、停止设定各个运行参数等操作。执行机构负责执行PLC的指令，具体执行相应的动作。检测元件将设备的状态、参数等送入PLC。此次改造保留了原来的检测及执行机构，并对其余部分进行了改造。

图２　控制系统的构成

二、 膨化机的自动及手动控制
１、手动操作
在触摸屏上打开图３所示的界面，按照工艺要求设定好各点温度设定值和加面斗的上下限，并按步骤１所需参数设定主轴速度、加水速度、加面速度、切刀速度等。然后打开图４所示界面，依次启动主轴、加水、加面、切刀等，待稳定后按步骤２参数要求逐步主轴速度、加水速度、加面速度、切刀速度等，如此反复再经过步骤３、步骤４步骤５，最终达到工艺要求的技术参数。待生产结束时，首先按照步骤４的参数要求降低主轴速度、加水速度、加面速度、切刀速度等，然后依次按照步骤３、步骤２、步骤１的参数要求逐步降低主轴速度、加水速度、加面速度、切刀速度等，最后重新回到图３所示的界面，依次关掉设备。

图３　手动生产参数设定画面

图４　设定生产操作画面

２、 自动操作
　　手动操作繁琐、所需时间长、对操作人员的经验要求较高，所以，客户要求我们增加自动操作，并要求生产配方可存储，输入一次后在下次生产相同产品时只要将原配方调出使用即可，无需重新输入。

 图５　配方输入及存贮画面

　　为此，我们设计了相关的HMI画面和相关的程序。首先打开图５所示的自动生产界面，首先选择配方号，按照工艺要求输入相应的工艺参数，然后按存储键，CPU会根据配方号将当前的参数值送入相应的不同内存区域并保存起来，改变配方号，输入不同产品的工艺参数并按存储键。生产某种产品时，输入相应的配方号，按激活键，CPU会根据配方号将相应内存区域的的参数值送入当前参数的存储区域并在界面上显示，按自动开始键，设备会在程序控制下逐步自动改变参数设置，最终达到设定的生产参数值。生产结束时，按自动停止键，设备会在程序控制下逐步自动降低参数设置，最后依次停止设备。

实施结果
　　该项目目前已全部完成，手动操作完全达到改造前的状态，新增自动操作大大
　　方便了客户的操作并提高了生产效率，得到客户的肯定。
　　本次改造项目的PLC、触摸屏等产品均采用GE智能平台的产品，感觉方便易用、性能可靠。特别是PLC的PID调节功能和工程量单位转换功能。PID调节简单方便，调节精度高，很好保证了膨化机生产过程中对温度的严格要求。在进行改成了单位转换时，只要改变硬件组态时的参数设置，无需在程序中做工程量单位的转换。
　　因此，我们相信GE智能平台的自动化产品能够在食品机械的改造和制造提供极好的解决方案。