摘要：由于牙膏生產(chǎn)后段需恒壓供膏，且為保證灌裝機(jī)的灌裝精度，輸送過程需要保證膏體的壓力恒定，膏體的流量根據(jù)灌裝需求進(jìn)行供給。本文研究的自動(dòng)化恒壓供膏控制系統(tǒng)通過PID控制算法，控制恒壓罐閥門開度以保證恒壓罐內(nèi)膏體壓力的恒定，通過對PID參數(shù)的整定保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為牙膏生產(chǎn)后段灌膏的工序提供有力保障。

0引言

牙膏的生產(chǎn)主要分為制膏和灌膏兩部分，供膏系統(tǒng)在制膏及灌膏兩部分間起到連接作用。在膏體生產(chǎn)結(jié)束后，恒壓供膏系統(tǒng)需要根據(jù)后段自動(dòng)化灌裝線的生產(chǎn)要求進(jìn)行膏體輸送。為保證灌裝機(jī)的灌裝精度，輸送過程需要保證膏體的壓力恒定，其中膏體流量根據(jù)灌裝需求進(jìn)行供給。自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)主要用于金殿日化牙膏生產(chǎn)過程中的制膏結(jié)束后膏體的自動(dòng)化輸送。國內(nèi)對供膏系統(tǒng)中對恒壓罐閥門的控制基本全依靠人工經(jīng)驗(yàn)，這種方法很難保證灌膏的穩(wěn)定性，加上人為操作的局限性且沒有相應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)，嚴(yán)重影響灌膏質(zhì)量。因此迫切需要研發(fā)自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)。

1自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)的工藝流程及系統(tǒng)組成

1.1自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)工藝流程

在制膏生產(chǎn)結(jié)束后將膏體輸送至膏體暫存移動(dòng)罐，然后由泵體輸送至恒壓輸送罐，輸送過程需根據(jù)灌裝機(jī)灌裝需求進(jìn)行膏體供料，同時(shí)需考慮避免泵體減少啟動(dòng)頻率，以免對泵體使用壽命造成影響。恒壓輸送罐容積740L，為保證0.3MPA壓力輸送，罐體要求設(shè)計(jì)壓力1.0MPA。恒壓罐根據(jù)后端灌裝機(jī)的灌裝量要求，保持0.3MPA壓力給料。自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)工藝流程見圖1。

1.2自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)主要工藝設(shè)備

3m3移動(dòng)暫儲罐8個(gè)，轉(zhuǎn)子輸送泵4臺，740L恒壓輸送罐8個(gè)。

2自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路為采用基于PLC的PID控制方法，在恒壓管內(nèi)安裝壓力傳感器、液位傳感器，由壓力傳感器及電容式液位傳感器將罐內(nèi)壓力及液位通過變送器實(shí)時(shí)傳給控制器，控制器通過變送器傳回的數(shù)據(jù)通過PID的控制算法來調(diào)節(jié)恒壓罐閥門的開度，進(jìn)而形成一個(gè)閉環(huán)控制。形成基于PLC的PID控制系統(tǒng)，采用了傳感器與PLC設(shè)計(jì)相結(jié)合，優(yōu)化了供膏系統(tǒng)的控制過程。

2.1系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)的控制采用負(fù)反饋控制理論和PID控制算法。對所要控制的恒壓系統(tǒng)進(jìn)行分析后，確定控制信號中的被控量為灌膏工作時(shí)閥門的開度，控制系統(tǒng)的目標(biāo)值為恒壓關(guān)內(nèi)的壓力，被控對象為恒壓罐閥門，控制裝置為可編程控制器。將恒壓罐內(nèi)的壓力、液位與設(shè)定值進(jìn)行比較，得到偏差，通過PLC控制變頻器調(diào)節(jié)輸送泵，#后使恒壓罐內(nèi)的壓力及液位跟進(jìn)設(shè)定值，使恒壓罐內(nèi)的壓力恒定不變。自動(dòng)化恒壓供膏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)以上工藝流程要求，以及現(xiàn)場工藝設(shè)備的安裝位置情況，將恒壓供料系統(tǒng)置于每臺灌裝機(jī)旁，使用一臺PLC作為邏輯控制運(yùn)算，一臺HMI作為操作人員人機(jī)交互，用于設(shè)定壓力等控制參數(shù)設(shè)定，恒壓供膏系統(tǒng)的示意圖如圖3所示。

PLC根據(jù)灌裝機(jī)的灌裝量控制恒壓罐閥門開度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)膏體流量的目的，灌裝機(jī)的膏體需求量根據(jù)液位計(jì)采集數(shù)據(jù)變化量來計(jì)算，罐體內(nèi)壓力通過管頂衛(wèi)生型壓力變送器進(jìn)行監(jiān)控，從而控制壓縮空氣比例調(diào)節(jié)器控制管內(nèi)壓力恒定。

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用西門子PLC-200型PLC作為控制中心，用PLC去控制恒壓罐閥門開度來達(dá)到恒壓穩(wěn)定的效果。

每套系統(tǒng)I/O統(tǒng)計(jì)數(shù)量為10個(gè)點(diǎn)位，考慮系統(tǒng)預(yù)留為今后擴(kuò)展使用。I/O口所需數(shù)量如表1所示。

從HMI上按下啟動(dòng)開關(guān)時(shí)輸送泵運(yùn)行且恒壓罐的閥門開啟，程序根據(jù)壓力、液位傳感器反饋的數(shù)據(jù)通過PLC輸出一個(gè)電壓或電流信號（0～10V或4～20mA）給閥門控制器，該電壓或電流信號控制閥門的開度，通過閥門開度的增大和減小從而達(dá)到調(diào)壓的目的。如果停止按鈕按下時(shí)，PLC會(huì)給閥門一個(gè)關(guān)閉信號，則輸送泵停運(yùn)，閥門關(guān)閉。自動(dòng)化恒壓供膏控制程序系統(tǒng)框圖如圖4所示

3結(jié)束語

根據(jù)系統(tǒng)要求及當(dāng)前恒壓供膏系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計(jì)了金殿日化自動(dòng)化恒壓供膏控制系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至今10年。即實(shí)現(xiàn)了為后端灌膏環(huán)節(jié)提供持續(xù)穩(wěn)定的牙膏源，又為公司節(jié)約了成本。由于使用PID控制方法，一方面使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，一方面提高了生產(chǎn)效率。