基于PLC閉環(huán)自動控制的硫化機(jī)實(shí)現(xiàn)

李凱亮

摘? 要：采用PLC自動硫化工藝解決原皮帶硫化機(jī)操作難度大、專業(yè)性強(qiáng)、操作繁瑣的問題，提升皮帶硫化操作運(yùn)行穩(wěn)定性和皮帶硫化的質(zhì)量;同時將所有操作及參數(shù)設(shè)定、自動硫化進(jìn)度、故障信息顯示在HMI界面上，減輕硫操作人員負(fù)擔(dān)，消除原人工操控檢測誤差，提高硫化質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：PLC;HMI界面;PID控制;自動化

中圖分類號：TQ330 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：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

散貨碼頭裝卸設(shè)備中的“血管”膠帶輸送機(jī)俗稱皮帶機(jī)，經(jīng)常由于各種原因發(fā)生皮帶開裂、破損等問題，需要專業(yè)硫化人員用皮帶硫化機(jī)進(jìn)行硫化修補(bǔ)，避免更大事故的出現(xiàn)，而目前國內(nèi)皮帶硫化機(jī)自動化程度不高，一般采用人工控制的方法，不可避免地帶來了控制的不準(zhǔn)確，從而影響了皮帶的硫化品質(zhì)，針對這一不足，本課題用PLC及其HMI組合的方案，通過溫度PID調(diào)節(jié)控制實(shí)現(xiàn)了皮帶硫化機(jī)的操作控制平臺的自動化，保證硫化任務(wù)順利高效地完成。

1 總體目標(biāo)

溫度、壓力和時間，是皮帶硫化的重要因素，針對皮帶接頭硫化的工藝要求，在硫化膠接過程中，根據(jù)膠帶種類及厚度，必須嚴(yán)格控制各階段水壓板的壓力、加熱板的溫度、保溫時間等等。常用硫化機(jī)加熱及保溫時間由人口設(shè)定，水壓板通常由水泵打壓或人工手動打壓控制，整個硫化過程操作人員必須全程監(jiān)督，溫度及壓力異常、硫化時間不足或過長將直接影響皮帶接頭硫化質(zhì)量，嚴(yán)重將會導(dǎo)致返工，通過本課題研究并實(shí)現(xiàn)解決以上問題。

硫化機(jī)自動化的改造主要采取PLC標(biāo)準(zhǔn)硫化工藝設(shè)計編程程序代替原有人工硫化工藝操作，將加熱板溫度、水壓板壓力輸入至PLC，并控制加熱板及水泵啟停;在HMI觸屏上預(yù)設(shè)硫化參數(shù)，并可根據(jù)實(shí)際皮帶寬度厚度情況進(jìn)行調(diào)整，確認(rèn)后即可實(shí)現(xiàn)一鍵自動硫化。檢測程序在硫化前對設(shè)備進(jìn)行自檢報警，硫化過程中溫度及壓力異常報警。

1.1 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）采用模擬量溫度傳感器、調(diào)壓器、PID加熱程序閉環(huán)控制加熱溫度。

（2）采用模擬量壓力傳感器實(shí)時監(jiān)測，PLC程序閉環(huán)控制水泵啟停。

（3）采用HMI人機(jī)操作觸摸屏控制，預(yù)設(shè)硫化流程工藝，實(shí)現(xiàn)一鍵自動硫化。

（4）采用優(yōu)化整合外部設(shè)備接口，減少電纜接頭數(shù)量，減少拆裝難度。

1.2 難點(diǎn)及故障原因分析

在皮帶硫化過程中，硫化機(jī)操作難點(diǎn)及硫化質(zhì)量不穩(wěn)定的原因有以下幾點(diǎn)：

（1）硫化過程中如遇溫度、壓力、倒計時器故障時，控制器無法報警提醒，需要操作人員實(shí)時觀察檢測。

（2）硫化加熱保溫過程中，如遇傳感器脫離掉線，硫化機(jī)將無法持續(xù)保溫，操作人員需要憑借經(jīng)驗(yàn)設(shè)定剩余保溫時間，硫化質(zhì)量難以保障。

（3）硫化過程中如遇水壓板緩慢泄壓未被發(fā)現(xiàn)，已錯過硫化最佳壓力，從而導(dǎo)致硫化質(zhì)量較差。

（4）硫化過程對職業(yè)技術(shù)人員依賴性較高，每個硫化技術(shù)人員有各自的硫化工藝?yán)碚?，難以保證一致。

2 硬件選型

在確定了硫化機(jī)自動化改造目標(biāo)后，統(tǒng)計所需采集的信號種類及數(shù)量，控制目標(biāo)的參數(shù)及種類，繪制電氣原理圖，確定選型PLC模塊、HMI觸摸屏型號、各控制回路電氣設(shè)備種類及數(shù)量，合理放置各模塊位置，制定控制箱尺寸及航空接口位置， 硫化工藝PLC程序設(shè)計，HMI觸摸屏程序設(shè)計，現(xiàn)場安裝調(diào)試。具體實(shí)施內(nèi)容如下：

2.1 控制模塊選用及系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)硫化工藝（圖1），需要PLC現(xiàn)場采集信號種類及數(shù)量、控制目標(biāo)種類及數(shù)量如下：

上加熱回路：斷路器DI，熱繼電器DI，接觸器DI+DO

下加熱回路：斷路器DI，熱繼電器DI，接觸器DI+DO

水泵回路：馬達(dá)斷路器DI，接觸器DI+DO

輔助電源：PLC電源斷路器DI，直流開關(guān)電源斷路器DI

信號回路：上加熱板電加熱晶閘管AO，上加熱板溫度AI，下加熱板電加熱晶閘管AO，下加熱板溫度AI，水泵壓力AI

操作面板：緊停按鈕DI，聲光報警DO

電磁閥泄壓：DO

數(shù)字量輸入（DI）為11個，數(shù)字量輸出（DO）為4個，模擬量輸入（AI）為5個，模擬量輸出（AO）為2個

2.2 選定PLC模塊及觸摸屏型號

模塊選型

模塊導(dǎo)軌、電源模塊、CPU模塊、DI模塊、DO模塊、AI模塊、AO模塊其他模塊;

觸摸屏、觸屏PLC連接線、加熱調(diào)壓器、壓力傳感器：0-5MPa，0-250攝氏度，4-20mA模擬量。

2.3 根據(jù)硫化工藝?yán)L制HMI觸摸屏界面圖

自動硫化機(jī)硫化工藝主要流程為：

加熱加壓→加熱保壓→保溫保壓→冷卻保壓→泄壓結(jié)束

圖2 自動硫化機(jī)HMI控制主界面

在自動控制界面中（圖2），需要將保溫溫度設(shè)定、水壓設(shè)定、保溫時間設(shè)定及冷卻時間設(shè)定完后，即可按啟動進(jìn)行硫化。在HMI人機(jī)觸摸屏中還設(shè)計了手動控制界面（圖3），防止因外界條件影響PID加熱無法穩(wěn)定運(yùn)行時的備用措施。

3 控制PLC及HMI程序設(shè)計

根據(jù)目標(biāo)設(shè)定的硫化工藝流程，在選用的西門子300系列PLC通用編程軟件中進(jìn)行編程并預(yù)先通過虛擬機(jī)測試運(yùn)行。

在PLC中，工藝流程主要以梯形圖結(jié)合功能塊的模式實(shí)現(xiàn)自動硫化程序，并包含加熱回路過熱、傳感器掉線、壓力異常等報警信息傳送至HMI觸摸屏。

HMI界面根據(jù)已設(shè)計的自動硫化機(jī)硫化工藝界面進(jìn)行編程繪制，深紫色背景區(qū)域?yàn)榭梢暂斎雲(yún)?shù)，右側(cè)為功能按鈕;在原先設(shè)計的自動硫化控制界面中，添加完成硫化條件可以以冷卻時間或冷卻溫度來判定硫化結(jié)束條件，可供操作人員自行設(shè)定。

4 結(jié)束語

經(jīng)過自動化改造后的皮帶硫化機(jī)在硫化使用后，硫化質(zhì)量有較大提升，硫化操作簡單方便，HMI參數(shù)設(shè)置位置簡單明了，并能提供及時報警信號，大大減少硫化操作人員工作強(qiáng)度，減少了對專業(yè)技術(shù)人員的依賴性，普通操作工人簡單培訓(xùn)即可自行操作。

皮帶硫化機(jī)自動化改造，無論是新技術(shù)、新工藝的引進(jìn)和應(yīng)用，還是設(shè)計思路和理念都是顯著的，是機(jī)電結(jié)合、系統(tǒng)性的自動化改造，它不僅解決了現(xiàn)場的一些實(shí)際疑難問題，同時也使得技術(shù)人員的技術(shù)水平得以提升，設(shè)計思路得到擴(kuò)展，在以后其他的項目，使用傳感器技術(shù)、PLC以及HMI觸摸屏界面編程，從現(xiàn)場調(diào)試設(shè)定、電控改造、人機(jī)界面編程，完整體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)備與人之間的聯(lián)系，在其他機(jī)構(gòu)人機(jī)控制改造有較強(qiáng)的示范意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]來葉剛，史磊.電動硫化機(jī)電氣控制系統(tǒng)改造[J].輪胎工業(yè)，2019，39（06）：370-374.

[2]張麗霞，王其營，賈明.利用PLC技術(shù)及組態(tài)實(shí)現(xiàn)內(nèi)胎等效硫化自動控制[J].橡塑技術(shù)與裝備，2013，39（01）：57-59.

[3]阮殿旭，劉新軍，鄭昌祥，等.PLC及其HMI在礦用皮帶硫化機(jī)中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2011（04）：201-202.