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| 基于PLC的計(jì)量配料系統(tǒng) | 2020-01-12 |
| 摘要：通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)油漆工藝及其存在問(wèn)題的分析，指出當(dāng)前油漆加工工藝要求助劑的注入方式是非線性計(jì)量加料。為此，設(shè)計(jì)了一種基于可編程稱重儀表(PLc)的計(jì)量加料稱重系統(tǒng)自動(dòng)控制配料系統(tǒng)，它主要通過(guò)變頻器與PLC的配合使用可以實(shí)現(xiàn)助劑的非線性計(jì)量加入。具體介紹了基于PLC的計(jì)量加料稱重系統(tǒng)自動(dòng)控制配料系統(tǒng)的構(gòu)成、工作過(guò)程、工作原理、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。該配料系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果表明，油漆加工工藝的質(zhì)量得到顯著提高。 在油漆工藝中，影響油漆的因素主要有浴比、溫度、時(shí)間、助劑以及染前處理等。傳統(tǒng)的油漆工藝主要是對(duì)溫度、染料和助劑的配備及注入時(shí)間的控制，而忽視了助劑的注入方式。助劑的注入方式不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致色花、色差及染料鹽析等油漆質(zhì)量問(wèn)題。傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單加料方式是無(wú)法保證油漆質(zhì)量的，必須采用計(jì)量控制方式，才能有效地滿足油漆工藝要求…。為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于PLc的計(jì)量加料稱重系統(tǒng)自動(dòng)控制配料系統(tǒng)。 傳統(tǒng)油漆存在的問(wèn)題 配料系統(tǒng)控制配料系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，解決了染液溫度的控制問(wèn)題心。在自動(dòng)配料方面也取得了一定的進(jìn)步‘5。。傳統(tǒng)的配料系統(tǒng)配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。左側(cè)為染缸，右側(cè)為油漆用液體的儲(chǔ)液體罐，染缸是主要的溫度控制對(duì)象。傳統(tǒng)的油漆工藝過(guò)程主要由升溫、保溫、降溫等幾個(gè)連續(xù)階段組成。升溫過(guò)程采用蒸汽加熱，降溫階段采用冷卻液體冷卻。在升溫過(guò)程中，當(dāng)溫度達(dá)到某一特定值時(shí)，保溫一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)加入染料、助劑等化學(xué)藥品。在降溫過(guò)程中，當(dāng)溫度降到某一特定溫度時(shí)，校正浴比，再加入染料或助劑。在傳統(tǒng)油漆工藝中，升溫和降溫過(guò)程中的加料是靠有經(jīng)驗(yàn)的工藝人員或操作工將配置好的染液或助劑直接倒入油漆用的儲(chǔ)液體罐。這種人為的控制，對(duì)染深色織物來(lái)說(shuō)，問(wèn)題不大，但對(duì)染淺色織物若采用活性染料，則會(huì)出現(xiàn)油漆質(zhì)量問(wèn)題。其原因雖然與溫度控制有一定的關(guān)系(如，在上染率高的溫度范圍內(nèi)升溫過(guò)快)，但更直接的原因是助劑的注入方式不當(dāng)。根據(jù)活性染料在織物油漆中的上染特點(diǎn)可知，染淺色織物時(shí)，第1次上染率是很高的，可達(dá)60％。如果助劑的用量或注入方式不當(dāng)，有可能使上染速度過(guò)快，造成油漆不勻，同時(shí)還可能引起染料的聚集或沉淀，從而導(dǎo)致織物油漆質(zhì)量的不穩(wěn)定、廢品率高，因而產(chǎn)品檔次無(wú)法提高№o。不但人工加料存在上述問(wèn)題，傳統(tǒng)單一線性加料也不能滿足新型的油漆工藝。例如，對(duì)染淺色的織物來(lái)說(shuō)，采用線性加料是無(wú)法控制上染率的，必須采用非線性計(jì)量加料來(lái)保證充分的上染率。 2基于PLC的計(jì)量加料稱重系統(tǒng)自動(dòng)控制配料系統(tǒng) 油漆工藝要求助劑的注入方式是非線性加料，如圖2所示。助劑的添加量Q隨時(shí)間f按平方比例遞增，Q=cf2。為了達(dá)到上述要求，本文介紹了一種新的基于PLC的計(jì)量加料控制配料系統(tǒng)。 2.1控制配料系統(tǒng)的構(gòu)成 改進(jìn)助劑注入方式后的配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖中虛線右側(cè)部分是基于PLc的計(jì)量加料控制配料系統(tǒng)。該計(jì)量加料控制配料系統(tǒng)主要由液體缸、高液體位傳感器、流量檢測(cè)計(jì)、變頻器、磁力泵、攪拌機(jī)、PLc和電腦計(jì)量加料程序等組成。 2.2工作過(guò)程 操作人員將助劑加入液體缸中，同時(shí)加液體，當(dāng)液體缸里的溶液加到的量時(shí)，閥門關(guān)閉，停止加液體。按下攪拌開關(guān)，攪拌機(jī)可以連續(xù)攪拌10IIlin。如果需要，攪拌過(guò)程中可以隨時(shí)暫停攪拌。經(jīng)攪拌，助劑充分溶解。得到攪拌好的助劑溶液后，需要加料時(shí)，操作人員按下加料開關(guān)，計(jì)量加料控制配料系統(tǒng)開始按照加料過(guò)程要求的非線性速度自動(dòng)把溶液加入到油漆用液體的儲(chǔ)液體缸，然后在進(jìn)液體閥打開的情況下從儲(chǔ)液體缸流入染缸中。當(dāng)液體缸里的溶液全部流入儲(chǔ)液體缸時(shí)，泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。流量檢測(cè)計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注入儲(chǔ)液體缸溶液的流速，并且把測(cè)得的脈沖數(shù)傳送給PLc，PLc經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得出溶液的流速和總的注入容積，這些數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，以供工作人員決策。 2.3稱重系統(tǒng)自動(dòng)控制配料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.3.1PLC控制原理 計(jì)量加料配料系統(tǒng)是用PLc作為控制區(qū)來(lái)完成計(jì)量加料的全過(guò)程。在助劑配備之前工作人員開啟加液體開關(guān)，PLc控制區(qū)發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)相應(yīng)的電磁閥將液體注入液體缸中，與此同時(shí)高液體位傳感器開始工作。當(dāng)液體缸中溶液的量增加到與高液體位傳感器所設(shè)定的量等值時(shí)，控制區(qū)接收到高液體位傳感器的動(dòng)作信號(hào)，立即使加液體的電磁閥關(guān)閉，停止加液體。當(dāng)助劑按需求量加入液體缸并按下攪拌開關(guān)，控制區(qū)發(fā)出指令，啟動(dòng)攪拌機(jī)相應(yīng)的電磁閥并且內(nèi)部計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，攪拌機(jī)均勻攪拌溶液；當(dāng)計(jì)時(shí)器的時(shí)間到達(dá)設(shè)定值(一般為10min)時(shí)，控制區(qū)發(fā)出指令，電磁閥關(guān)閉，停止攪拌。助劑溶液混合均勻后，按下加料開關(guān)，PLc發(fā)出指令，啟動(dòng)相應(yīng)的電磁閥，變頻器和流量計(jì)開始工作。泵在變頻器的控制下按工藝要求的加料速度，將助劑染液導(dǎo)入油漆用的儲(chǔ)液體缸。將流量計(jì)檢測(cè)到的溶液流速傳送到PLc的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，PLc把此數(shù)據(jù)與一個(gè)給定值進(jìn)行比較，當(dāng)溶液流速驟然變小，關(guān)閉相應(yīng)的電磁閥，泵和變頻器停止工作，助劑溶液全部注入儲(chǔ)液體缸中。 2.3.2硬件設(shè)計(jì) 計(jì)量加料控制配料系統(tǒng)接線所示。高液體位傳感器、流量檢測(cè)計(jì)、攪拌開關(guān)按鈕和加液開關(guān)按鈕作為PLc的輸入量，變頻器、泵、攪拌機(jī)作為PLc的輸出量。選用中國(guó)臺(tái)灣vIGOR的VH系列VH一14MR的PLc(8點(diǎn)輸入，6點(diǎn)繼電器輸出)；通訊模塊完成與上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換；A／D模塊完成高液體位傳感器、流量計(jì)等模擬信號(hào)的采集；D／A模塊實(shí)現(xiàn)PLc對(duì)設(shè)備的控制輸出。變頻器的選擇是加料速度能否滿足工藝要求的關(guān)鍵，選用艾默生TDl000系列的TDl000.2S0015G變頻器。它具有以下特點(diǎn)：采用V／F控制方式，可以任意設(shè)定v／F曲線；加減速曲線為直線，有2種加減速時(shí)間可選，設(shè)定范圍是0.1～3600s；外接端子控制多速運(yùn)行。如圖4所示變頻器的多速端子與PLc的Y3～Y5輸出點(diǎn)連接，通過(guò)Y3、Y4的不同邏輯組合可以實(shí)現(xiàn)多段速度運(yùn)行，Y5用來(lái)實(shí)現(xiàn)2種加減速時(shí)間的切換。高液體位傳感器、流量計(jì)、泵、電磁閥等屬于一般性設(shè)備，根據(jù)工藝要求選擇。 2.3.3軟件設(shè)計(jì) 配料系統(tǒng)采用PLc梯形圖編程實(shí)現(xiàn)各種邏輯順序控制和流速檢測(cè)控制。該控制配料系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)／手動(dòng)切換和變頻／工頻切換(若需要把助劑溶液快速注入配料系統(tǒng)的儲(chǔ)液體缸時(shí)，可采用工頻運(yùn)行模式)。采用變頻啟動(dòng)方式時(shí)，變頻器的頻率在開始的3s內(nèi)上升到25Hz，再經(jīng)過(guò)2s降到頻率。這個(gè)啟動(dòng)過(guò)程可以排掉助劑溶液傳送管道內(nèi)的空氣，使溶液起始流速極小。然后變頻器由頻率緩慢加速以保證溶液的流速是線性增加的，從而使溶液的注入量隨時(shí)間按平方比例遞增，滿足了工藝要求。 3結(jié)束語(yǔ) 傳統(tǒng)油漆工藝的加料過(guò)程采用的是人工加料或線性加料，而這些傳統(tǒng)的加料方式無(wú)法滿足織物油漆質(zhì)量的要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了基于PLC的計(jì)量加料控制配料系統(tǒng)。采用此配料系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)加料的非線性控制，從而大大提高了油漆質(zhì)量及油漆穩(wěn)定性。本配料系統(tǒng)已在天津三星毛紡織有限公司成功應(yīng)用，。 | |
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