塑料行業(yè)儲(chǔ)料罐和混色機(jī)的升級(jí)改造

吳社彬

（廣州百特醫(yī)療用品有限公司，廣東廣州 510730）

0 引言

塑料生產(chǎn)廠家為保證同一批次塑料粒的顏色均勻，需要對(duì)生產(chǎn)出來(lái)的同一批次塑料粒集中起來(lái)進(jìn)行攪拌混合減少色差，這個(gè)工序叫混色。廣州百特醫(yī)療用品有限公司2009 年前線(xiàn)上的儲(chǔ)料罐和混色機(jī)都是分隔兩地安裝的，生產(chǎn)線(xiàn)上由振動(dòng)上料器振動(dòng)上來(lái)的塑料，經(jīng)儲(chǔ)料罐收集后再打包，然后運(yùn)輸?shù)疆惖氐幕焐珯C(jī)進(jìn)行混色，經(jīng)拆包、投料、混色后，再稱(chēng)重，打包才能出貨。隨著生產(chǎn)成本的不斷升高，廠家需要科技創(chuàng)新，簡(jiǎn)化工序，降低成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

現(xiàn)采用真空吸料機(jī)上料，將混色機(jī)的功能融入到儲(chǔ)料罐里來(lái)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)上混色，化簡(jiǎn)了異地混色時(shí)多出來(lái)的打包、運(yùn)輸、拆包、投料的工序。

1 儲(chǔ)料罐和混色機(jī)

儲(chǔ)料罐即儲(chǔ)存物料的容器，用作儲(chǔ)存振動(dòng)上料器送上來(lái)物料。放料時(shí)通過(guò)定時(shí)器控制電磁閥打開(kāi)的時(shí)間，從而控制氣動(dòng)閥打開(kāi)放料。

混色機(jī)的工作原理：利用螺桿的快速旋轉(zhuǎn)將原料從桶體底部由中心提升至頂端，再以傘狀飛拋散落，回至底部，這樣原料在桶內(nèi)上下翻滾攪拌，短時(shí)間內(nèi)即可將大量原料均勻的混合完畢，通過(guò)定時(shí)器控制螺桿的攪拌時(shí)間。攪拌完成后，通過(guò)定時(shí)器控制電磁閥的打開(kāi)時(shí)間，從而控制氣動(dòng)閥打開(kāi)放料。

2 儲(chǔ)料罐和混色機(jī)的升級(jí)改造

2.1 改造前準(zhǔn)備

根據(jù)改造設(shè)想，改造分為兩大部分。第一部分為機(jī)械部分改造，即振動(dòng)上料器改為真空吸料機(jī)，增大儲(chǔ)料罐的容積，安裝了一條大螺桿，使用兩臺(tái)減速電機(jī)，一臺(tái)自轉(zhuǎn)和一臺(tái)公轉(zhuǎn)運(yùn)行來(lái)拖動(dòng)大螺桿旋轉(zhuǎn)，將原料從桶體底部由中心提升至頂端，再以傘狀飛拋散落，回至底部進(jìn)行混色。第二部分為電氣控制元件的升級(jí)改造，即把純繼電器電路改造為用PLC 和觸摸屏控制電路。電子稱(chēng)重儀表反饋傳感器的信號(hào)給PLC，PLC 與觸摸屏通訊，通過(guò)觸摸屏設(shè)置和監(jiān)控在線(xiàn)混色機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。

根據(jù)在線(xiàn)混色機(jī)的控制要求、電氣器件的穩(wěn)定性，選擇了西門(mén)子的S7-200 系列的CPU224XP CN 的PLC-1 臺(tái)，西門(mén)子觸摸屏6AV6643-0CD01-0AX1 人機(jī)界面MP277-10-1 臺(tái)，稱(chēng)重傳感器選擇寧波柯力BTB-3T-4 個(gè)，電子稱(chēng)重儀表選擇寧波柯力XK3101-1 臺(tái)。

2.2 機(jī)械改造

機(jī)械改造方面，為了增大儲(chǔ)料罐的容積，安裝了一條大螺桿，使用兩臺(tái)減速電機(jī)、一臺(tái)自轉(zhuǎn)和一臺(tái)公轉(zhuǎn)運(yùn)行來(lái)拖動(dòng)大螺桿旋轉(zhuǎn)。此外，還安裝了一臺(tái)真空吸料機(jī)，將線(xiàn)上的料吸到儲(chǔ)料罐內(nèi)。在儲(chǔ)料罐的壁上，均勻分布安裝了4 個(gè)稱(chēng)重傳感器。

2.3 PLC 和觸摸屏的編程

2.3.1 西門(mén)子S7-200 PLC 的編程

在線(xiàn)混色機(jī)的控制要求如下：

（1）混色機(jī)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式。只有當(dāng)罐內(nèi)料重量低于混色下限重量時(shí)，方可切換到手動(dòng)模式，按放料按鈕排料。放料閥門(mén)打開(kāi)時(shí)間取決于所設(shè)置的放料時(shí)間。

（2）在自動(dòng)模式下，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)置的混色時(shí)間，當(dāng)物料在混色上限和混色下限之間重量時(shí)自動(dòng)攪拌，當(dāng)時(shí)間到達(dá)時(shí)，停止攪拌允許放料，然后再次攪拌，依次循環(huán)。攪拌時(shí)拌料的嗡鳴器響提示在線(xiàn)混色機(jī)正在攪拌。在允許放料的時(shí)間內(nèi)，按放料按鈕后自動(dòng)放料。放料閥門(mén)打開(kāi)的時(shí)間取決于所設(shè)置的放料時(shí)間。

（3）保護(hù)功能：攪拌電機(jī)具有過(guò)載保護(hù)，在線(xiàn)混色機(jī)料罐的檢查口蓋門(mén)打開(kāi)后，攪拌電機(jī)和吸料機(jī)停止工作。

（4）在線(xiàn)混色機(jī)PLC 的I/O 分配。

2.3.2 電子稱(chēng)重儀表與PLC 通信

編程時(shí)需要重點(diǎn)解決的是電子稱(chēng)重儀表與PLC 通信問(wèn)題，本項(xiàng)目采用自由口通信?，F(xiàn)在大部分第三方設(shè)備都支持RS-485 串口通信，西門(mén)子S7-200 PLC 可以通過(guò)選擇自由口通信模式控制串口通信。通信協(xié)議位于自由端口模式時(shí)PORT0 或PORT1 完全受梯形圖程序的控制。當(dāng)選擇了自由口模式，用戶(hù)可以通過(guò)發(fā)送指令，接收指令，發(fā)送中斷，接收中斷來(lái)控制通信口的操作[1]。

表1 在線(xiàn)混色機(jī)PLC常用的I/O 分配

（1）電子稱(chēng)重儀表設(shè)置串行接口。字符幀格式：一位起始位，一位停止位，8 位數(shù)據(jù)位，無(wú)校驗(yàn)。

（2）電子稱(chēng)重儀表設(shè)置通信協(xié)議：連續(xù)發(fā)送方式。

（3）電子稱(chēng)重儀表與PLC 自由口通信編程。

①定義自由口的模式，根據(jù)電子穩(wěn)重儀表通信時(shí)使用的波特率、校驗(yàn)方式、起始位等參數(shù)（8 位數(shù)據(jù)位，1 位起始位，1 位停止位，無(wú)校驗(yàn)）配置PLC 自由口，即將上述參數(shù)16#05 用MOVB指令寫(xiě)入SMB30。

②定義控制接收發(fā)送的模式。將參數(shù)16#F0 用MOVB 指令寫(xiě)入SMB87。

③根據(jù)電子稱(chēng)重儀表的協(xié)議，寫(xiě)出控制接收或發(fā)送模式如。

④聲明中斷。發(fā)送數(shù)據(jù)和接收完數(shù)據(jù)都能鏈接到中斷程序，發(fā)送完中斷與接收完中斷的中斷號(hào)分別為9 和23，中斷可在初始化子程序中聲明。

⑤定義接收端口和接收的寄存器。

上述過(guò)程如下所示：

⑥接收。收到結(jié)束符后產(chǎn)生定時(shí)中斷來(lái)接收，如下所示：

⑦最后通過(guò)數(shù)值轉(zhuǎn)換把接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本系統(tǒng)的實(shí)際料重：

2.3.3 觸摸屏的編程

首先需要對(duì)在線(xiàn)混色機(jī)的動(dòng)作進(jìn)行分析，確定觸摸屏上需要顯示的內(nèi)容及需要控制調(diào)試的參數(shù)?？刂埔笥袃蓷l：

（1）顯示當(dāng)前料罐的重量和并占料罐的百分比，放料閥門(mén)打開(kāi)的時(shí)間取決于所設(shè)置的放料時(shí)間便于操作者的操作。

（2）管理員需要設(shè)定在線(xiàn)混色機(jī)的工作模式，料罐容量，混色上限，混色下限，混色時(shí)間，停止時(shí)間，混色倒計(jì)時(shí)，放料狀態(tài)。

3 在線(xiàn)混色機(jī)的調(diào)試

機(jī)械部分和電氣部分安裝完成后，按電氣控制要求進(jìn)行調(diào)試試機(jī)，最后一步對(duì)保護(hù)功能進(jìn)行測(cè)試，評(píng)估保護(hù)裝置的可靠性及發(fā)生概率，這樣就完成了調(diào)試。調(diào)試過(guò)程如下：

（1）檢查各電氣接線(xiàn)是否正確、是否有松動(dòng)，機(jī)械部分固定螺絲是否緊固。

（2）關(guān)閉各電源開(kāi)關(guān)，檢查線(xiàn)路是否有接地、短路。合上各電源開(kāi)關(guān)，檢查PLC、稱(chēng)重儀表、觸摸屏工作是否正常。

（3）按柯力電子稱(chēng)重儀表XK3101 說(shuō)明書(shū)對(duì)儀表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，在空罐時(shí)對(duì)在線(xiàn)混色機(jī)進(jìn)行稱(chēng)重校正。

（4）把混色機(jī)的運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換到自動(dòng)模式，預(yù)設(shè)在線(xiàn)混色機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，料罐容量2500 kg，混色上限2000 kg，混色下限1000 kg，混色時(shí)間720 s，停止時(shí)間1080 s，放料時(shí)間8 s。

（5）啟動(dòng)真空吸料機(jī)往儲(chǔ)料罐加入準(zhǔn)備好的2000 kg 料，觀察當(dāng)前重量是否為2000 kg，否則調(diào)整傳感器偏差。在加料過(guò)程中當(dāng)料達(dá)到1000 kg 時(shí)開(kāi)始攪拌，模擬電機(jī)過(guò)載，分別按下公轉(zhuǎn)電機(jī)和自轉(zhuǎn)電機(jī)的熱繼電器，打開(kāi)儲(chǔ)料罐檢查口，測(cè)試電機(jī)是否停止，復(fù)位后電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。達(dá)到攪拌時(shí)間后停止攪拌，這時(shí)按下放料按鈕，放料閥門(mén)打開(kāi)，8 s 后關(guān)閉。當(dāng)攪拌停止時(shí)間到達(dá)后，又開(kāi)始攪拌。

（6）在放料過(guò)程中，當(dāng)儲(chǔ)料罐內(nèi)的料少于1000 kg 時(shí)自動(dòng)模式不能再放料，只有把工作模式轉(zhuǎn)換到手動(dòng)模式后才可以放料。

4 效果分析

對(duì)于振動(dòng)上料器和混色機(jī)的改造升級(jí)，大大提高了電氣控制的穩(wěn)定性和直觀性，使整臺(tái)設(shè)備上了一個(gè)檔次。減少了異地混色時(shí)多出來(lái)的打包、運(yùn)輸、拆包、投料不必要的工序，從而降低了勞力成本，達(dá)到了改造目的。