基于三菱PLC和變頻器的棉籽炒拌機自動化改造實踐

趙鵬飛，劉曉芳

（新疆阿克蘇技師學(xué)院，新疆 阿克蘇 843000）

基于三菱PLC和變頻器的棉籽炒拌機自動化改造實踐

趙鵬飛，劉曉芳

（新疆阿克蘇技師學(xué)院，新疆 阿克蘇 843000）

阿克蘇新食油脂股份有限責(zé)任公司是我校機電技術(shù)系多年的校企合作單位，棉籽深加工及調(diào)和食用油生產(chǎn)是該企業(yè)的主要經(jīng)營業(yè)務(wù)之一。公司有一臺JDS1500型棉籽炒拌設(shè)備因年陳久遠自動化程度較低，許多部件老化導(dǎo)致設(shè)備故障頻發(fā)，經(jīng)常耽誤正常生產(chǎn)。經(jīng)校企雙方領(lǐng)導(dǎo)商榷，確定由學(xué)院機電專業(yè)優(yōu)秀教師和企業(yè)技術(shù)員組成工作團隊，對這臺設(shè)備進行機械部件維修和電氣控制系統(tǒng)改造。歷經(jīng)半個月的緊張工作，本項目順利通過了測試和驗收。文章針對該項目工藝設(shè)計主要內(nèi)容和關(guān)鍵參數(shù)進行整理，希望能夠在職業(yè)院電氣專業(yè)的項目化教學(xué)中發(fā)揮典型案例的作用。

PLC；變頻；棉籽炒拌機

1 工業(yè)棉籽炒拌機

（1）棉籽炒拌機的應(yīng)用與基本結(jié)構(gòu)。新疆是我國重要的棉花種植和棉副產(chǎn)品生產(chǎn)地，棉籽（棉花的種子）是棉副產(chǎn)品中經(jīng)濟價值最高的部分，作為棉籽油的主要生產(chǎn)原料，在壓榨之前需要經(jīng)過精細地炒制和攪拌工藝。棉籽炒拌機是棉籽油規(guī)?；a(chǎn)時完成炒制和攪拌工藝的主要生產(chǎn)設(shè)備，從機械結(jié)構(gòu)角度講主要有儲料斗、運輸帶、上料斗、抄拌桶、電爐、臨時儲料箱和機架組成，從電氣結(jié)構(gòu)角度講主要有運輸帶電機、上料電機、抄拌電機、電爐絲、排煙電機和電氣控制柜組成。

（2）棉籽炒拌機電氣工作原理。精選處理過的棉籽被儲存在儲料斗，由皮帶運輸帶運送至上料斗，上料斗在上料電機的拖動下將棉籽送入抄拌桶，抄拌桶和電爐配合對棉籽進行炒制和攪拌，炒制好的棉子從出料口流出，經(jīng)鐵槽流入臨時儲料箱。運輸帶電機主要參數(shù)為三相～380/3.5kW/748r/min，上料電機主要參數(shù)為三相～380/5.5kW/740r/min、抄拌電機主要參數(shù)為三相～380/10kW/1420r/min、電爐由十組220V/1.2kw爐絲組成、排煙電機主要參數(shù)為單相～220/150W/2980r/min，繼電控制線路安裝在電氣控制柜內(nèi)，操作開關(guān)、按鈕和指示燈安裝在控制面板上。

（3）傳統(tǒng)棉籽炒拌機的缺點。①整個生產(chǎn)流程都由人工手動操作，主令器件使用過于頻繁，經(jīng)常出現(xiàn)線頭接觸不良、觸點老化和機械破損等故障；②設(shè)備工作過流程非常復(fù)雜，操作人員的輕微操作失誤都會給設(shè)備造成損傷；③設(shè)備自動化程度較低，操作過程需要人員注意力高度集中，長時間的連續(xù)工作人員勞動強度很大；④工藝參數(shù)控制精度很低，人員操控質(zhì)量嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品品質(zhì)一致性較差。

2 控制工藝設(shè)計

（1）系統(tǒng)初始化。系統(tǒng)上電后自動進行系統(tǒng)初始化操作，所有電動機處于停止狀態(tài)，紅色指示燈HL1常燈，綠色指示燈HL2和黃光指示燈HL3熄滅。

（2）自動運行工作模式。①系統(tǒng)處于初始化狀態(tài)時，當模式轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動位置，系統(tǒng)以自動運行模式工作；②自動運行模式下，系統(tǒng)具體控制要求如下：上料：初始化操作完成后，啟動按鈕SB1動作時系統(tǒng)進入上料工序，上料電動機M1正轉(zhuǎn)，當行程開關(guān)SQ1動作時上料電動機停止，延時75秒后上料電動機反轉(zhuǎn)，當行程開關(guān)SQ2動作時上料電動機停止，上料工序結(jié)束。預(yù)熱：系統(tǒng)上料工序結(jié)束后，自動進入預(yù)熱工序，排煙電機開啟，通過PID方式控制電爐PWM工作電流，將棉籽溫度加熱至60℃，延時5秒后預(yù)熱工序結(jié)束?？焖俪瑁侯A(yù)熱工序結(jié)束后，自動進入快速抄拌工序，抄拌電動機M3以40Hz頻率正向運轉(zhuǎn)，同時通過PID方式控制電爐PWM工作電流，將棉籽溫度穩(wěn)定在125℃，10分鐘后快速抄拌工序結(jié)束。慢速抄拌：系統(tǒng)快速抄拌工序結(jié)束后，為防止棉籽炒胡，系統(tǒng)自動進入慢速抄拌工序，抄拌電動機M3以30Hz頻率正向運轉(zhuǎn)，控制電爐PWM工作電流，維持棉籽溫度在80℃，當出料按鈕SB2按下時慢速抄拌工序結(jié)束。出料：慢速抄拌工序結(jié)束后，系統(tǒng)自動進入出料工序，黃色指示燈HL3以2Hz的頻率（占空比50%）閃爍；延時5秒后，黃色指示燈閃爍的同時，抄拌電動機M3以20Hz頻率反向運轉(zhuǎn)；當抄拌電動機M3反轉(zhuǎn)運行累計時間達到40秒系統(tǒng)進入停止工序。停止：停止工序時綠色指示燈以1Hz頻率（占空比50%）閃爍。至此，系統(tǒng)一次自動工作流程結(jié)束，當啟動按鈕SB1動作時，系統(tǒng)再次從初始化狀態(tài)開始按照圖2流程工作。

3 手動運行模式

（1）系統(tǒng)處于初始化狀態(tài)時，當模式轉(zhuǎn)換開關(guān)處于手動位置，系統(tǒng)以手動運行模式工作。

（2）系統(tǒng)在手動運行模式時上料、預(yù)熱、快速抄拌、慢速抄拌和停止工序控制工藝與自動運行模式相同，但出料工序控制要求不同，具體要求如下：系統(tǒng)慢速抄拌工序結(jié)束后，系統(tǒng)自動進入出料工序，當出料按鈕SB2按下時，抄拌電動機M3以20Hz頻率反向運轉(zhuǎn)；當出料按鈕SB2放松時，系統(tǒng)進入慢速抄拌工序；當出料按鈕SB2再次按下時，系統(tǒng)再次進入慢速抄拌工序，如此循環(huán)，直至抄拌電動機M3反向運轉(zhuǎn)累計時間達到50s，系統(tǒng)進入停止工序。

4 急停與停止功能

（1）不論系統(tǒng)工作于自動模式或是手動

模式，當急停開關(guān)按下時，全部電動機停止運轉(zhuǎn)，綠色指示燈熄滅，紅色指示燈以1Hz頻率（占空比50%）閃爍；當急停開關(guān)恢復(fù)時，紅色指示燈熄滅,綠色指示燈常亮，系統(tǒng)從按下急停開關(guān)前的狀態(tài)繼續(xù)工作。

（2）不論系統(tǒng)工作于自動模式或是手動模式，當暫停按鈕SB3動作后，系統(tǒng)直接進入停止狀態(tài)。

5 結(jié)語

根據(jù)設(shè)備原有生產(chǎn)工藝要求設(shè)計性能更好的新工藝，是老舊設(shè)備自動化改造的第一步，也是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。該棉籽炒拌機自動化改造項目能夠取得成功，是之前設(shè)備生產(chǎn)工藝分析到位、自動化生產(chǎn)工藝設(shè)計方法科學(xué)合理的最好證明。

趙鵬飛（1986-），男，甘肅武威人，大學(xué)本科，助講，主要研究方向：電氣自動化設(shè)備安裝與維修。