發(fā)泡機控制系統(tǒng)可靠性和故障檢測過程的研究與探索

彭琛 唐志勇

【摘要】介紹了現(xiàn)有發(fā)泡機控制系統(tǒng)發(fā)展概況，提出把可編程控制器（PLC）應(yīng)用在可靠性和故障檢測控制中的想法，對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障進行列舉并給出解決辦法。仿真結(jié)果表明，基于可編程控制器（PLC）的發(fā)泡機控制系統(tǒng)能夠達到理想控制狀態(tài)，滿足檢測系統(tǒng)控制要求，能更快的發(fā)現(xiàn)故障并解決故障。

【關(guān)鍵詞】可靠性;發(fā)泡機;故障檢測

發(fā)泡機控制系統(tǒng)控制的自動發(fā)泡機技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制中占有比較重要的地位。用來發(fā)泡的塑料原料顆粒微小，所以發(fā)泡后的塑料成型制品的密度也很小，同時還有隔熱、緩沖壓力和減少震動等特點，廣泛地應(yīng)用在包裝建筑和隔音保暖材料當中，當然一些醫(yī)療用品和機械零件等領(lǐng)域也有它的蹤影。

1.發(fā)泡機控制系統(tǒng)簡介

發(fā)泡機控制系統(tǒng)是把本來很小的塑料顆粒發(fā)泡，也就是使塑料顆粒變大，然后就可以通過不同的模具變成所需要的形狀，發(fā)泡機控制系統(tǒng)可自動重復(fù)工作程序：填料和發(fā)泡，而最重要的發(fā)泡倍數(shù)是由原料添加重量和發(fā)好后粒子的總量決定的，發(fā)泡機控制系統(tǒng)主要是由一個步進過程組成的[1]。步進過程大致分為三個階段。

各階段的簡要工作原理大致如下：

（1）添加原料階段

通過物位傳感器測量吸料缸內(nèi)的顆粒位置，如果沒有達到上限值則啟動真空泵，利用真空管把微小的塑料顆粒吸進存放原料顆粒的吸料缸內(nèi)，如果已達上限值則停止吸料;在吸料缸內(nèi)都充滿了發(fā)泡顆粒后，打開高壓空氣電磁閥和進料開關(guān)把吸料缸內(nèi)的顆粒往稱量缸內(nèi)送去。等待物位傳感器發(fā)出吸料缸滿的信號，然后真空泵停止工作，真空管內(nèi)原料落回原料缸內(nèi)。

（2）原料稱量階段

首先由稱量傳感器檢測稱料缸內(nèi)是否為空，如果否則繼續(xù)等待;如果是，則打開耐高溫電磁閥通入高壓空氣，同時打開進料耐高溫電磁閥讓原料在高壓空氣的壓力下迅速落入稱量缸內(nèi)的稱量鏟上，當稱量鏟檢測已達到預(yù)設(shè)的發(fā)泡所需重量時，關(guān)閉進料閥門和高壓空氣閥門停止進料。在經(jīng)過稱料缸中的稱料鏟精確測量后，打開高壓空氣閥門使高壓空氣進入，同時打開耐高溫電磁閥門使原料顆粒在高壓空氣的壓力下完全落入預(yù)發(fā)缸內(nèi)，并等待發(fā)泡缸準備好。

（3）發(fā)泡階段

當發(fā)泡缸內(nèi)發(fā)泡好的顆粒全部被高壓風機吹進料倉后，同時關(guān)閉高壓風機、振蕩電機和攪拌電機，關(guān)閉耐高溫電磁閥門和高壓空氣閥門，此時打開耐高溫電磁閥門和高壓空氣閥門使高壓氣體進入預(yù)發(fā)缸內(nèi)迅速把基金項目：湖南省教育廳一般科研項目（14Z0788）;湖南文理學院芙蓉學院校級大學生研創(chuàng)項目“智能控制在發(fā)泡機控制系統(tǒng)中對故障檢測的在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究”（院辦通[2014]7-7）。稱量好的原料顆粒吹進發(fā)泡缸內(nèi)，時間設(shè)置為30秒，30秒時間到后將自動關(guān)閉閥門。

在稱量好的原料顆粒完全進入發(fā)泡缸后，通過電阻絲開始對發(fā)泡缸內(nèi)升溫，直到溫度傳感器檢測已達發(fā)泡所設(shè)溫度，則開始啟動攪拌機，通過變頻器使攪拌機開始高速旋轉(zhuǎn)，進行發(fā)泡動作，發(fā)泡過程中用溫度傳感器實時監(jiān)測溫度變化，以防止溫度過高損壞原料，直到音叉式水平傳感器檢測出發(fā)泡顆粒已達到所需大小，通過變頻器控制攪拌機減速，打開高壓空氣閥門和耐高溫電磁閥門，啟動振蕩電機和高壓風機，利用攪拌機緩慢的把發(fā)好的塑料顆粒推出發(fā)泡缸，通過振蕩電機把成塊的顆粒振散，用高壓風機將原料吹進料倉，這樣整個發(fā)泡過程結(jié)束。并在每次發(fā)泡過程完成后都自動對發(fā)泡缸進行除殘動作，以避免出現(xiàn)不必要的誤差。

對于以上介紹的基于PLC的發(fā)泡機控制系統(tǒng)的可靠性分析主要是關(guān)于PLC的可靠性分析?？删幊炭刂破鲗⒂嬎銠C功能完備、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，具有工作可靠性高、編程簡單、使用方便、設(shè)計調(diào)試周期短、性能價格比高、抗干擾能力強等特點，雖然可編程序控制器本身具有很高的可靠性，但如果輸人給PLC的數(shù)字信號出現(xiàn)錯誤，模擬量信號出現(xiàn)較大偏差或PLC輸出控制的執(zhí)行機構(gòu)沒有按要求動作，這些都可能使控制過程出錯，從而降低PLC自動控制系統(tǒng)的可靠性。

2.控制系統(tǒng)可靠性降低的原因

2.1 造成現(xiàn)場輸入給PLC信號出錯的主要原因

造成現(xiàn)場輸入給PLC信號出錯共有三個方面的原因：

（1）傳輸信號線出現(xiàn)故障。由于機械拉扯，線路自身老化或鼠害等使傳輸信號線短路或斷路時，現(xiàn)場信號無法傳送給PLC，造成控制出錯。

（2）機械開關(guān)、現(xiàn)場變送器自身出現(xiàn)故障。例如，觸點接觸不良，變送器反映現(xiàn)場非電量偏差較大或不能正常工作等，這些故障會使控制系統(tǒng)不能正常工作。

（3）機械觸點抖動，現(xiàn)場觸點只閉合了一次，但PLC卻認為閉合了多次，雖然硬件中有濾波電路，梯形圖中有微分指令，但由于PLC掃描周期很短，仍會在記數(shù)、累加、移位等指令中出錯，出現(xiàn)錯誤控制結(jié)果。由于輸入信號出錯或出現(xiàn)較大偏差，使系統(tǒng)控制過程出錯，降低了系統(tǒng)的可靠性。

2.2 造成執(zhí)行機構(gòu)出錯的主要原因

造成執(zhí)行機構(gòu)出錯的主要原因：

（1）控制負載的接觸器出現(xiàn)故障，不能可靠動作。雖然PLC發(fā)出了動作指令，但執(zhí)行機構(gòu)并沒按要求動作。

（2）各種電動閥、電磁閥自身出現(xiàn)故障，該開的沒能打開，該關(guān)的沒能關(guān)到位。

（3）由于控制變頻器自身出現(xiàn)故障，變頻器所帶電動機沒按要求進行工作。由于執(zhí)行機構(gòu)沒能按PLC的控制要求動作，使系統(tǒng)無法正常工作，降低了系統(tǒng)可靠性。

2.3 解決實際操作出現(xiàn)的問題

（1）啟動后不運轉(zhuǎn)可能原因：開關(guān)“LS2”未置于“NO”。

（2）蒸汽不出來。

（3）啟動后不進料可能原因：開關(guān)“LS1”位置不對。

（4）預(yù)發(fā)和氣冷完成后，打開脫離艙，但脫離時間表不工作，警報鳴響的可能原因：開關(guān)“LS2”位置不對。

（5）低溫發(fā)泡時雖然蒸汽出來，但發(fā)泡速度很慢的可能原因：壓進發(fā)泡缸的混合氣體太多。

（6）蒸汽不出來可能原因：清潔空氣壓力、方向或時間不對;發(fā)泡速度太快。

圖1

3.故障檢測系統(tǒng)

要提高PLC自動控制系統(tǒng)的可靠性，除了必須提高輸入信號的可靠性和執(zhí)行機構(gòu)動作的準確性，系統(tǒng)還應(yīng)具有完善的故障報警系統(tǒng)，使PLC能及時發(fā)現(xiàn)問題，并用聲、光等報警方式提示操作、維護人員盡快排除故障，使控制系統(tǒng)安全、可靠、正常地工作。在PL C控制系統(tǒng)發(fā)生事故、故障時都應(yīng)發(fā)出報警信號，一般是聲光報警信號。在整個工藝流程中必須注意做好實時報警檢測，因為在整個流程中如果中間出現(xiàn)故障又不能及時地發(fā)現(xiàn)并處理的話，對整個發(fā)泡機來說都是非常大的損失。在整個生產(chǎn)過程中，都有光電開關(guān)檢測是否發(fā)生了故障。一旦發(fā)現(xiàn)有故障，可通過硬、軟件兩種方式來強制系統(tǒng)的暫停或停機，可進行故障檢測并報警。

圖2 報警控制梯形圖及仿真圖

在本次研究中用到幾處措施來完善報警系統(tǒng)，同時達到提高控制系統(tǒng)可靠性的目的：在每個電磁閥的連接上都并聯(lián)了一個續(xù)流二極管，來保證電磁閥能有效地進行工作，而且不會輕易被損壞;在每個接觸器輸出上接了阻容電路（其中R=100Ω，C=0.01μF），這個電路也是為了很好地對系統(tǒng)進行保護地;在選擇每次發(fā)泡重量時設(shè)置了報警裝置;在發(fā)泡缸內(nèi)升溫時也設(shè)置了報警裝置，防止溫度過高，損壞機器。

4.結(jié)論

本文通過在實際應(yīng)用中分析發(fā)泡機有可能導致可靠性欠缺的地方，有針對性的提出解決辦法，并找出現(xiàn)實工作狀態(tài)下出現(xiàn)故障后的應(yīng)對動作及方法，有效的保證了系統(tǒng)的可靠性，在故障檢測方面也提出了在PLC軟件中加入報警控制系統(tǒng)，最后通仿真測試，結(jié)果證明實時可行。

參考文獻

[1]彭琛，李曉峰.基于模糊邏輯規(guī)則的雙重控制器在發(fā)泡機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].湖南文理學院學報（自科版），2013（1）.

[2]許向陽，張茂元，盧正鼎.智能控制綜述[J].艦船電子工程，2004（5）.

[3]胡氫，司紀凱.智能控制技術(shù)現(xiàn)狀分析及發(fā)展[J].煤礦機械，2006（6）.