PLC和变频器在搅拌机上的应用.pdf

技术 DOI 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 2 ． 0 7 ． 0 4 7 P L C和变频器在搅拌机上的应用 李清安 广东省清远市技师学院，广东清远 5 1 1 5 1 7 摘要 搅拌机的控制一般是采用传统的动力控制模式，这种控制模式对于现代的高精度的搅拌要求是不适应的，对搅拌材质的 均匀控制也是难于实现生产控制要求的，结合实际，在制作搅拌机控制系统教学教具模板中采用了P L C 与变频器相结合的控制 模式，这种控制模式无论是操作还是功能上都是比较简单实用的。 关键词 P L C；变频器 ；搅拌机 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 2 0 7 0 1 5 00 3 Th e Ap p l i c a t i o n o f PLC a n d I n v e r t e r i n a Bl e n d e r L I Q i n g - a n Q i n y u a n T e c h n i c a l C o l l e g e ，Q i n g y u a n 5 1 1 5 1 7 ，C h i n a Ab s t r a c t Tr a d i t i o n a l p o we r c o nt r o l mo d e i s wi d l y u s e d i n b l e n d e r ， b u t t h i s mo d e c a n n o t me e t t h e n e e d s o f mo d e m h i g h p r e c i s i o n mi x i n g a n d o f t h e u n i f o r m c o n t r o l t o t h e mi x i n g ma t e ria l s ．T h e r e f o r e ，a c o n t r o l mo d e c o mb i n e d wi t h P LC a n d f r e q u e n c y c o n v e r s i o n i s u s e d i n b l e n d e r c o nt r o l s y s t e m t e a c h i n g t e mp l a t e ． I t i s a s i mp l e wh i l e p r a c t i c a l wa y i n b o t h o p e r a t i o n a n d f u n c t i o n ． Ke y wo r ds P L C i n v e r t e r ； b l e n d e r 生产瓷质板材的生产线中，原料搅拌是一个 很重要的生产环节，搅拌不均匀会直接影响到产 品的生产质量 。传统 的搅拌机控制一般是采用动 力控制模式 ，这种控制涉及到 比较复杂 的控制线 路，而且这种控制线路一旦安装好后就不容易改 动。对于原料均匀搅拌来说，要严格控制其搅拌 时间与搅拌速度，特别是搅拌电机在不同速度段 的控制 以及搅拌 电机正反转的控制方面等 ，对于 这些 ，传统的动力控制模式是很难适应。基于这 些，设计了一个比较简单的P L C与变频器相结合 的控制系统。 1 控制要求与方案 原料搅拌时，如果按一个方向以一种速度不 停的搅拌，搅拌出来的用料会出现部分搅拌比较 细 ，边沿部分 比较粗 ，甚至 出现 料池内壁面结垢的不 良现象，对 料垢的后续清理会造成较大 的困 难。如果用人工或传统的搅拌工 艺，费时费力 ，搅拌效果也不太 好 。如果能根据原料的不同 ，先 收稿日期2 0 1 2 一 O 1 1 7 正转搅拌再反转搅拌，或者先低速搅拌、然后再 中速搅拌，接着高速搅拌，这样适当控制搅拌时 间，原料搅拌的均匀度就会比较好，料粒粗细较 均匀 ，也不太容易结垢 。 根据生产瓷质板材的生产工艺特点，要求搅 拌机能实现手动与 自动操作。手动操作时，通过 转换开关与调速电位器能调整搅拌电机的转向与 转速。自动操作时能实现如图 1 所示的循环工作 过程 ，即在 自动控制时 ，搅拌机先低速正转 5 分 钟 ，使原料作初始搅拌时力度较均匀 ，然后再中 速正转5 分钟 ，接着高速正转 5 分钟 ，再停 3 0 秒，再反转搅拌机，也是低速、中速与高速各5 分钟搅拌 ，最后再停 3 0 秒 [ 1 1 ；因为原料用料是间 断循环进行 的 ，所 以上述过程也是循环进行 的。 开 匿 一叵囹一匿 一 困 一 l 竺 垩 竺 Ii 垩 蔓 坌 竺 Il 里 蔓 苎 坌 竺 lI堡 竺 l 一 匝一 图1 自动操作工艺流程 匪 [ 应 用 在搅拌力度与搅拌时间方面，P L C自动控制的优 点在于 固定 、均匀且循环进行 ，每一档转速控 制时间是不变的，而传统动力控制在时间方面不 太好控制 ，如果要严格设 置好时间 ，器件会 比较 多。 根据生产工艺与控制的要求，设计出的操作 界面如图2 所示，操作界面包括手动 自动转换开 关、正转反转转换开关、手动调速电位器 、急停 按钮以及相应的工作指示灯 ，直观简单 ，容易操 作 。 图2 控制操作界面 由于搅拌机控制涉及 的因素比较多 ，特别是 速度 的控制 ，对于不同的原料 、不 同的料池 、用 料量、料温、料品及搅拌电机功率大小等都会有 不同的搅拌速度。原来打算只用P L C 控制，但发 现不同搅拌速度的控制不容易实现，或者说即使 按实际做起来也会造成程序比较长，对操作的要 求会比较高，不符合简单可靠的指导思路。为了 简化控制程序及操作要求，在P L C 控制的基础上 增加 了变频器控制 ，通过 P L C 控制变频器 ，再通 过设定变频器 的相应参数就可 以适应不 同的搅拌 速度 的需求 。将 调速控制 由动力控制变为 P L C与 变频控制相结合的控制，这种控制模式在系统的 组成和连接上都比较简单 ，可以使调速系统发挥 其最高效率。而由变频器直接控制电机的转速 ， 还能可靠的得到所需要的工作参数 如频率、电 压、功率、转速及电流等 。 有时候用料较少或搅拌时对时间控制要求不 太严格时 ，设 置手动控制。在这种状况下 ，通过 人工控制转换开关使搅拌机是正转还是反转，通 过控制调速电位器来控制搅拌机的转速 ，这种模 式下的转速是在上下 限固定 的平滑调速 ，速度范 围大，调节简单，容易操作 ，缺点是不能准确控 制速度。 手动 自动 正转 反转 2 F L C与变频器电路图设计 按照控制要求，设计的P L C 与变频器电路如 图 3 所示。其 中手 动 、自动操作转换开关和正反 转操作转换开关都是三个位置两个触头的转换开 关。调速电位器用来对搅拌电机进行手动调速， 带急停与指示功能。图 1 中K A为中间继电器，用 K A的常开触头控制接触器 K M线 圈 K M线圈在 电路图上没有画出来 ，再用K M主触头控制变频 器 的三相电源进线-z J 。X 0 、X1 为手动 、自动操作 转换开关上的触头，X 2 、X 3 为正反转操作转换开 关上的两个触头。Y 0 控制变频器正转输 出，Yl 控 制 变频 器 反 转输 出 ，Y 2 、Y 3 、Y 4分 别 控 制 高 速 、中速 、低速三档速度 。Y1 1 至 Y1 5 分别用来 控制各个指示灯。I ／ O分配表如表 1 所示。 Y0 S Ⅱ __________一 X0 Y1 s T R 蛮 r ‘ 1 Y 2 翥 ／ X l Y 3 R L 器 ．．．．．．．．．．．．／ X 2 c0 M 1 Y 2 4 S D ／ X 3 厂 h ] K A Y 1 0 U Y1 1 ， 正转 ， 7 、 反 转 P LC Y1 2 y Yl 3 y 高速 ， 7 、 Y1 4 中速 y ， 低速 Y 1 5 y C0 M CO M4 ，5 、 9 ’ nV Ar 图3 P L C与变频器电路图 表 1 I／ O分配表 制作了三个模块板 ，分别是 P L C 控制模块 板 、变频器控制模块板以及指示控制模拟板，它 区 亘]l 们之 间主要是 通过信号 线与外 接导线来 相互联 系 。因为没有办法直接进行现场试验 ，所以咨询 了相关的技术人员 ，也和瓷质板材厂家进行 了多 次 联 系 沟 通 。 采 用 的 器 材 有 P L C F X 2 N 一 4 8 MR 、变频器 、调速电动机 、中间继电 器 、交 流接触 器 、电位器 、按 钮开关 、转换 开 关 ，1 2 V指示灯 、稳压电源等冈 。控制面板是规定 好要求后请人进行丝印的，设计、焊接、调试及 修改都是自己在操作的。因为是初始做这样一个 模板 ，做 出来后也出现 了一些 问题 ，这方面的问 题在后面会说 到一部分 。笔者主要负责系统的连 线焊 接与运行 测试 ，把遇到或 出现 的问题写 出 来 ，以便加以改进。 3制作 P I G与变频器电路模板过程中所遇到 的问题及解决措施 在制作 P L C 与变频器控制搅拌机电路模板的 过程中 ，主要遇到了下面的几个 问题 ，采取 了相 应的解决措施。 1 速度量值的大小控制 P L C可 以输出某个信号值 ，但不能直接控制 调速 电机 ，只有通过控制变频器来间接控制 电机 转速。但对于不同的原料 、不同的料池 、用料 量 、料温 、料 品及搅拌 电机功率大小等都会有不 同的搅拌速度 ，这样 的话就需要工作人员来设置 不同的变频器三速参数 ，工作量大不说 ，操作要 求也 比较高。通过咨询相关专业人员及厂家 ，了 解到一个厂家生产瓷质板材时 ，一般所用原料变 化并不大 ，不 同原料往往也不在同一个料池里进 行搅拌 ，这样 的话 只要设计人员设 定好一套参数 就基本可行 了 。 2 不 同转速档搅拌时间的控制 一 般刚开始搅拌时 ，由于料粒 比较大 ，如果 用高速档来搅拌 ，较大 的料粒 由于惯性 比较大 ， 必然被甩向料池的内壁面，再搅拌就不容易形成 均匀 的物料 了。原 料搅拌 的均匀 度与原料 的粘 度 、料水 比、加热湿度等因素有关 ，综合分析正 转或反转时的每一档转速搅拌时间不宜超过 1 O 分 钟 ，以 5 分钟为宜 ，但 这不是绝对 的。所以最大 的困难就在于这里 。对于专业人员来说 ，通过修 改 P L C程序 固然可行 ，但 对于 工厂操作 人员来 说 ，难度是 比较大 的，可 以说这是此模板的不足 之处 。 3 手动操作时 ，不同的速度段没 指示 ，也不太好设置速度段指示 ，如果一 行速度段指示 ，就要加一个单片机 ，这1 会增加许多 ，这个也考虑过 ，下一阶段{ 有的基础上增加一个单片机及将操作界1 摸屏控制 。当然这需要核算成本 ，特别 家更是如此。 4 最主要 的是 这个模 板还 停 留 里 ，没有真正在实际中检验 ，其在工作 出现什么问题这是任何设计都是必经 其实 ，这个控制模块不但对搅拌机 到作用 ，对相关 的电机控制 同样可 以走 只要做相应的修改和补充就可以了。 4 结束语 搅拌机通过P L C 控制、变频调速改 的可靠性预见是可 以得 到提高的 ，故障 统控制要少得多 ，而功能方面肯定要强 频调速的节能效果应该是 比较明显的 ， 控制变频调速的方式 ，不但能满足生产 求 ，而且在其它方面如简单操作、功能 面也会得到体现。 参考文献 [ 1 ]三菱公司． 三菱变频调速器使用手册 [ z ]． [ 2 ]王永华． 现代 电气控制及 P L C应用技术 [ 北京航空航天大学出版社 ，2 0 0 3 ． [ 3 ]王兆义． 小型可编程控制器实用技术 [ M] 械 工业 出版社 ，2 0 0 6 ． 作者简介李清安，男 ，1 9 7 0 年生，湖南常德 科，讲师。研究领域机电一体化、机电工程 等。已发表论文4 篇。 f 编 L L