摘要:针对传统酸性硅酮玻璃胶生产控制手段落后、效率低的问題，应用PID控制算 法和综合控制方法，采用西门子S7-224xp PLC控制系统对酸性硅鲷玻璃肢生产进行控 制.该系统很好地解决了投料量化、釜内时序温度控制、综合控制等.实践证明，该技术 是解决现有问题的关键，而且使生产过程中的产品质量得以保证，大大地提高了生产效 率•

 

关键词:酸性硅酮玻璃肢;控制系统;PLC;变频器 中图分类号:TP393 文献标识码:A

 

The Application of PLC in Control System of Producing Acid Silicone Glass Adhesive

 

WANG Xian-chun

 

(Shenyang Ligong Univesity, Shenyang 110159,China)

Abstract ； To improve the control means and low efficiency of the tradition producing of acid silicone glass adhesive, the producing of acid silicone glass adhesive is controlled by using the Siemens S7-224xp PLC control system and applying PID algorithm and comprehensive control method. The system does well in the feeding quantification, timing temperature control of the reactor, and the comprehensive control, and so on. It has been proved that the technology would be the key to solving the existing problems, and guarantee the quality of products greatly in production process, and increase the production efficiency.

 

Key words：acid silicone glass adhesive;control system；PLC；inverter

PLC 是将 3C ( Computer、Control、Communica-tion)技术融为一体，应用到工业控制领域的一种 高可靠性控制器，代表了当今电气控制技术世界 先进水平，它已与数控技术、CAD/CAM技术、工业 机器人技术并列为工业自动化技术四大支柱.从 其产生至今,尽管只有四十几年时间,由于其编程 简单，可靠性高，使用维护方便容易，价格适中等

收稿日期=2009 - 05 - 21

 

作者简介:王显春(1965—），男，副教授，研究方向：电气工程及其 自动化.

优点,使其得到迅猛发展，在冶金、机械、石油、化 工、建筑、运输、电力部门得到了广泛应用⑴.目 前，我国化工生产特别是小化工生产基本上还是 采用继电接触控制技术，它不能对化工生产实现 运动控制、过程控制和数据处理，控制效果差、精 度低、反应速度慢，实时性不佳，直接影响产品质 量和产量,而采用PLC可很好地解决上述问题，成 为现代化工生产先进控制发展趋势本文针对 传统玻璃胶生产控制缺陷，提出一种PLC控制策 略，可显著提高产品质量和生产效率.

 

 

1传统玻璃胶生产过程的主要问题

 

玻璃胶是以白炭黑、107胶、硅油为定量配比 原料，在一定的温度和压力的条件下，以催化剂为 载体经过化学反应而生成的产品.其工艺流程如 图1所示.

图1酸性硅酮玻璃胶工艺流程图

 

原生产工艺由人工操作完成,主要存在以下 几个问题：

 

1)投料口远离反应釜，易出现盲目性、不及时 性，很难做到投料的量化.

 

2)水分率无检测控制，易引起水分超标，造成 产品固化.

 

3)釜内温度靠人工调节，温度忽高、忽低，影 响反应过程，且时间很难按时控制.

 

4)操作工的责任心不强也是出现不合格产品 的原因之一.

 

这些问题造成了月产不合格率高达50% ~ 60% ,存在着严重的生产效率低的问题.由于人工 操作也很难进行产品质量跟踪和运行指导，有必 要实施自动控制及质量管理运行指导.

 

2酸性硅酮玻璃胶生产工艺分析

 

对整个生产过程的操作条件（温度、真空、时 间、反应程度、质量)进行分析：

 

先将配方中全部107胶和1#油总量的一半投 入配料罐中，启动物料泵，当釜内物料上升至主轴 搅拌时，启动主轴搅拌,投完料搅拌lOtnin后，开 始投人沉淀白炭黑，检测每一袋白炭黑含水率(30 袋共300kg，由此计算出基料脱出水量），同时启动 高速搅拌，边投白炭黑边搅拌，随时观察主轴搅拌 电流表•高值时,停止投白炭黑,将剩余的1#油再 投人一半，当电流降至某一个值以下时,投白炭 黑，按此操作投完剩余的沉淀白炭黑和1#油.投完 后，关闭进料阀，搅拌20min_开始升温，外温设置

为160弋，釜内物料温度为80尤时启动真空泵•物 料温度达135尤时,开始计时，同时监测真空度 (绝压小于6 OOOPa)和釜内物料温度（148T ~ 150t),保持4h,放空釜内真空度，然后停真空 栗、产品出料.

 

3控制系统

3.1控制系统结构

 

控制系统结构框图如图2所示[5]，由上位机 实时对整个生产过程实现监控并实时设置控制参 数，同时对各工艺参数进行显示、记录，如釜内外、 冷却温度，釜内、泵、管道的真空度，泵料的水率 等;历史趋势曲线记录;质量管理及运行指导等. S7-224提供8个回路的PID功能[6_7]，共3路用于 温度加热，完成对釜内温度、釜内水率进行自动调 节的控制任务.模拟量采集使用EM231模块,将 水率、真空度、电压、电流和温度等4 ~20mA的电 流信号输人到PLC中.

 

 

在控制回路中，输人/输出数据都是实数.所 以要使用PID功能,还需要对实际的过程和设定 数据进行转换和标准化.输出数据也要经过转换， 才能送到模拟量输出通道或者开关量调节通道. 主搅拌机电流和电压的检测用于计算功率或力矩 来提醒加料、停料和进行运行指导.油泵调速低于 某值时，采用电磁阀控制回油,避免回油流量过 小,造成油碳化.

 

3.3时序控制

 

在生产中，许多参数是互相影响、互相牵制 的.为了提高产品的质量、产量，减少损耗，降低成

本,往往需要对多种参数、多个回路作各种较为复 杂的控制.图3表示分散反应釜的温度控制曲线. 开始时，按照一定的速率升温至r2，随后保温 lOmin，加人另一反应物料，再按另一速率升温至 反应温度，反应进行一段时间之后，即按照一定 速率降温至7].

图3分散釜反应的温度控制曲线

AT-

h ~h (T3-T)s

h ~h

其中s为设定值.由式(5)可实现极为简单的时序 控制•

 

3.4综合控制

 

在化工生产中,为了提高产量、质量，或者稳 定地控制某一个重要参数，需要对多个有关回路、 参数进行全面的综合考虑和调节，将这种控制方 法称为综合控制.图1流程图中七、42是成分检 测仪表，分别为其浓度测量值;F,、F2是流 量检测仪表/2分别为流量测量值.工艺要求进 人第一次分散反应釜的物料已成一定比例的配 料，而物料的成分随着反应的情况在不断地改变. 可见这个反应系统中的浓度仏、流量_/；是不可控 的，它们的量值大小完全取决于上一工序的反应 情况，所以，它们是一些随机改变的因子.相对来 讲/2是需要控制而且是可以控制的因子.要使控 制水平达到工艺要求，必须使/2随_/；、/>,的不断 改变作相应的变化.它们之间的关系可以用以下 的数学关系式来表示：

(f)

其中,M2是比例因子，其大小必须根据工艺、具体 的生产情况加以确定.

 

4控制功能及管理功能

 

4.1控制功能

 

投料控制由于原系统的盲目性、不及时性， 将系统改进为由主搅拌的功率值来提醒投料,并 进行辅助搅拌调速控制.

 

加热工作控制方式油加热炉加热器将油温 度控制在恒定200尤±21,而釜内温度变频调速 采取时序控制,即按照设定好的时间表执行启停 命令，组态王软件的定时器函数（Reach Time)或 PLC定时器可以很容易地实现定时功能[8]，误差

在±2弋内.

 

水分率控制以实际计算值与给定值比较，采 用PWM控制方式控制真空泵.

 

该PLC控制程序使用Step7-Micro/Win V3. 2 (SP3以上)编程，实现了结构化程序设计.根据工 艺控制要求，将编程设计成多个子程序和中断子 程序，从而构成了完整的控制功能.其控制效果如 表1所示.

 

表1 PLC控制前后的控制精度与产品质量对比

PLC控制前 PLC控制后.

温度控制 145X ±5*3^ 1451 ±2.0 弋

真空压力控制 (绝压） 6 OOOPa ±500Pa 6 000Pa±50Pa

水率控制 质量损失率 5% ~15% 50% -60% 8% 土 1% 专10%

 

4.2管理功能

 

4.2.1工艺流程画面管理

 

在上位机上用组态王制成工艺流程图、历史 趋势曲线、报警画面，同时实现质量跟踪及运行指 导功能['将工艺流程真实地反映在流程画面上， 不但具有实时显示参数、状态等功能，还可以通过 PLC直接对设备进行控制和监视，具有保护和报 警功能.

 

4.2.2班组核算管理功能

 

班组核算制是目前国内各企业普遍采用的一 种经济管理方式.它是把实际生产中的有关参数 取出来，然后按企业确定的核算公式进行计算，从 而得到该班组一定时间内的经济效益.这样，不仅 消除了繁琐的人工计算过程和工作强度,而且大 大地提高了管理水平.例如,班组核算是依依照消 耗的原材料、电、油等的量，经过核算公式计算，得 到一段时间内的经济效益及各岗位的费用支出， 然后根据用户的要求定时打印班组核算表，并利 用数据库DB把相关参数保存起来，进而加强了企 业对生产的监督.