油膏除气泡装置电控系统设计

一、引言

油膏填充除气泡装置主要应用于二次套塑生产线油膏的填充，它对油膏处理的效果直接影响产品的质量。由于生产线速度的提高，工艺的不断发展，因此就需要比较稳定的除气泡系统对其进行控制。以前除气泡装置的电控系统采用复杂的逻辑电路进行控制，安装时间长、线路多，维护起来不方便。现在我们对其进行了改进，电控系统采用西门子S7-200PLC和西门子触摸屏进行控制。PLC运行可靠性高，程序编制灵活多样，适应环境能力强，使用方便，维护和保养简便。因此，利用PLC和人机界面对除气泡系统进行控制，代替复杂的逻辑线路，有利于提高设备的可靠性和利用率。

二、组成结构及工作原理介绍

1、除气泡填充装置的组成结构

油膏除气泡填充装置结构如图1所示，它由打胶电机、储膏桶、加热器、除气泡电机、离心盘、真空泵、供给泵、填充泵、循环电机、填充电机、称重传感器、输送管路等组成。

图1 油膏除气泡填充装置结构图

2、工作原理介绍及影响除气泡效果的因素

（1）工作原理介绍

油膏经打胶电机输入加热器预热后，通过注膏器注入高速旋转的离心盘中，经过除气泡电机进行离心除气，这样纯净的油膏被甩出贮存在真空密封桶中由循环电机输出，其中一部分输送到机头进行生产，另一部分输送回离心盘循环除气。

（2）影响除气泡效果的因素

影响除气泡效果的因素有很多，从电气方面能够控制的因素主要有以下三个部分：

a.真空度的保持

b.油膏的温度

c.除气泡电机的速度

根据影响因素及系统要求，该装置在电气设计上有以下几个特点：

①抽真空电机采用550W的真空泵，配电接点式真空表，并且可通过单向节流阀来调节真空度的大小，保证了密封桶内的真空度；

②西门子PLC编程实现对加热的过程进行PID控制；PID控制功能可保证温度误差控制在设定温度的+/-2℃；

③离心作用越大除气效果越好，在满足要求的情况下，除气泡电机我们选择1.5KW的三相异步电机，额定转速1500r/min；

④利用PLC和人机界面对除气泡装置控制，有利于提高设备的可靠性和利用率。

除气泡装置实物如图2：

图2  除气泡装置实物图

三、控制系统的设计

油膏除气泡装置电控系统采用西门子小型可编程控制器S7-200和西门子触摸屏Smart-700对系统进行控制。西门子S7-200具有高可靠性、丰富的指令集、丰富的扩展模块以及极高的性价比；同时配备西门子Smart-700触摸屏，系统的兼容性更好，通讯效率更高。

PLC系统检测所有的输入信号，根据动作要求进行逻辑判断，显示故障，操作人员根据故障信息进行故障处理，故障解除以后系统才能正常运行。

1、系统配置

控制系统的PLC采用数字I/O模块对除气泡的电气元件进行控制及报警信号进行检测，通过输出对各个部件的运行和速度进行控制，系统配置表如表1：表1  PLC系统配置表

名称 型号 点数 数量 用途

CPU CPU224 14入/10出 1 数字量输入输出

输入/输出模块 EM235 4入/1出 1 模拟量输入/输出

热电偶输入模块 EM231 4入 1 模拟量输入

CPU224（型号6ES7 214-1BD23-0XB8）的I/O点分配如下：

（1）开关量输入：

通道0（I0.0）：急停

通道1（I0.1）：复位

通道2（I0.2）：备用

通道3（I0.3）：循环泵控制器报警

通道4（I0.4）：打胶电机跳闸报警

通道5（I0.5）：除气泡电机跳闸报警

通道6（I0.6）：真空泵跳闸报警

通道7（I0.7）：真空表下限

通道8（I1.0）：真空表上限

（2）开关量输出：

通道0（Q0.0）：打胶电机启动

通道1（Q0.1）：除气泡电机启动

通道2（Q0.2）：真空泵启动

通道3（Q0.3）：循环电机启动

通道4（Q0.4）：除气泡装置故障报警提醒

通道5（Q0.5）：蜂鸣器报警

通道6（Q0.6）：备用

通道7（Q0.7）：油膏预热启动

模拟量输入/输出模块EM235（型号6ES7 235-0KD22-0XA8）为四输入/单输出模块和温度采集模块EM231（6ES7 231-7PD22-0XA8）其通道分配如下：

（1）模拟量输入

通道0（AIW0）：同步信号

通道1（AIW2）：称重传感器

（2）模拟量输出

通道0（AQW0）：循环泵给定

（3）热电偶输入模块

通道4（AIW8）：油膏预热热电偶

2、系统程序设计

（1）系统时序及各部分的介绍

按照生产和工艺的要求，除气泡系统装置采用两种控制方式：手动控制和自动控制。在手动控制模式下，可以分别按先后启动真空泵、除气泡电机和循环电机，也可使用手动模式对除气泡装置进行初始调试。自动模式下，按下面板启动按钮，真空泵，循环电机和除气泡电机按照程序设定好的时序进行工作。

时序如图3所示：

图3  自动模式时序

在密封桶内油膏油气分离后，需将气体从密封桶中分离出去，可以通过真空泵来保持桶内真空度，在生产开始时先启动真空泵，提前工作4分半钟的时间，真空度达到-0.08Mpa；根据工艺要求保持真空度为-0.08Mpa~-0.09Mpa范围内。

循环泵采用1.5KW丹佛斯变频控制器控制，可以为必要时两条生产线同时工作的供胶量提供了保证，充分保证了生产的稳定性、可靠性。在生产线处于准备状态时循环电机按照低速状态运转，正式生产时循环电机按照高速状态运转，保证了套管供胶量的稳定性。

除气泡系统的重量控制比较重要，生产过程中要确保胶桶内有充足的油膏，当油膏不足时及时补充，同时油膏不能超重。采用隔离式液位自动控制，利用称重传感器，保证桶体内油膏的重量，方便生产过程中更换油膏桶。通过西门子模块EM235采集重量传感器的0～10V电压信号。在程序中换算为对应的0～32000的数值进行运算。通过在界面上设定的重量上限和下限设定控制供胶电机的运转。

油膏的温度对除气泡的效果影响也很大：温度升高，油膏中的气泡浮力就越大，当浮力大于阻力时气泡上升到达液面，气泡爆炸，气体溢出。所以油膏在循环的过程中，按照工艺要求，我们需要对其进行加热控制。我们将热电偶的信号通过6ES7 231-7PD22-0XA8模块采集到PLC里，通过换算在触摸屏上进行显示。同时根据触摸屏设定温度进行加热控制。按照工艺要求，我们设置油膏温度在70℃左右。

（2）除气泡系统触摸屏界面

人机界面的作用是对控制系统进行监视和管理，如参数的设置、各部件的启停、显示故障信息等。鉴于我们对该装置的操作要求以及性价比等因素，选用西门子触摸屏Smart-700。      该系统设置了除气泡和油膏预热两个界面。如图4和图5所示：

图4   除气泡主菜单

在除气泡主界面显示的信息有：显示油膏的实际重量，设定要往桶内注入的油膏重量，通过设定上下限偏差来保证桶内油膏充足。

打胶启动/停止、除气泡启动/停止、循环泵启动/停止三个按钮分别用来手动控制打胶电机、除气泡电机和循环电机的运转。

图5  油膏预热界面

油膏预热控制界面显示的信息有：设定油膏工艺需要加热的温度、显示加热块的实际温度、同步比例以及预真空时间。

油膏温度的设置，设定油膏的加热温度，现场调试记录是70℃。

同步比例用来调节生产中套管注胶的速度，使出胶量按照生产线速度的变化同步线性变化。

设定预真空时间，在自动模式下，真空泵提前4分半钟启动，通过真空表内部的下限和上限限位控制真空泵的启动/停止。

打胶预热启动/停止按钮、真空启动/停止按钮用来控制加热和真空泵启动/停止。手动/自动按钮控制系统的工作模式。

除气泡系统各个部件都有报警信号的采集，在系统出现故障时，界面会弹出相应的报警信息和声音报警，为快速及时处理故障赢得了时间。

四、结束语

该系统稳定可靠，除气泡效果明显，控制简单可靠，编程灵活多样，为以后的组态联网通讯提供了必要的条件。一套除气泡系统可以供两条束管生产线同时工作，提高了设备的利用率，为生产厂家节约了成本；在实际的生产中取得了良好的效果。为二次套塑生产线的稳定运行提供了良好的保障。