0前言

随着国内经济不断增长,对生产效率及环境保护的要求也越来越高。气力输送是具有效率高、占地少、成本低和无污染的现代化输送方式。它属于流体管道输送方式之一,并在物料输送方式中占重要的地位。而且在食品行业中,不同于传统的人工投料,气力输送系统的自动化特点大大减少了用人成本,并有效避免了让工人直接接触物料的机会,甚至还减小了菌落数,在极大得提升生产效率的同时还使得食品安全得到了更大的保证,受到用户好评。此系统,不仅能够对各个阀门、电机和开关进行精确控制,结合外部检测设备和软件程序的设计,而且还能实现实时监控和故障诊断与自动处理。

1 工艺描述

本系统是广东厨邦食品有限公司基于原料(糖、盐、味精、淀粉)以及成品鸡精,成品鸡粉和半成品鸡粉配置工程的控制系统。气力输送线有多个环节,除了传统的一送一模式外,还有三送四以及二送八等逻辑较为复杂的输送线,在需要称重的仓泵底部安装模块,通过电气程序的精确控制以确保整个系统的正常运行。正压脉冲料酸气力输送环节控制对象为仓泵中的排气阀、进料阀、出料阀、脉冲气刀气阀和上进气阀。控制方式由西门子可编程序控制器作控制源,通过Proface触摸屏的操作,接触器,中间继电器对各电磁阀以及电机进行控制,便于调试与维修。并由系统中的称重模块、压力变送器、料位计、气动阀上的位置开关、气源压力表等,对工作情况进行检测和监控,多收料仓输送可以通过触摸屏控制三通阀进行选仓判断,在多仓泵对单一料仓进行输送时,为了防止物料回流,需在收料仓上方安装隔断阀。控制方式分为手动模式和自动模式。由于各个环节工艺流程大致相同,故不多做赘述,下面主要介绍的是称重以及送料环节。

首先介绍一下自动工艺流程:打开过渡料斗出料阀门,变频螺条输送机,再打开排气阀,将仓泵内余压全部排出,接着开进料阀,开始进料环节。待仓泵内物料重量离要求还差20kg时,为保证称重准确,变频螺条从50Hz降为10Hz,等物料称重满足条件后,关闭螺条输送机,过渡料斗出料阀门,再关进料阀,排气阀,进料环节结束,之后进入输送环节,首先打开收料仓除尘器,再用脉冲气刀阀吹扫输送管道5秒,开出料阀和上进气阀,仓泵压力上升,开始输送,为避免仓泵内物料下落不畅,设定气锤每20秒敲击一次,输送过程中,如遇压力上升,到达堵料趋势,则立即关闭上进气阀,待输送回复正常,压力下降至正常数值后,再将其开启。物料输送完毕后,仓泵压力迅速下降,下降到70kpa此时关上进气阀;继续下降到10kpa,此时关脉冲气刀阀;压力下降到0时,关出料阀,输送结束。重复以上步骤可循环输送。触摸屏上还可完成参数修改、报警查询及压力曲线的观察。

本次系统中储料仓底部安装了活化料斗与气化,出料时通过活化料斗不断震动以及气化的吹扫保证物料下落顺畅,且可以用偏心震荡模块调节震动幅度提高效率以及气化吹扫频率。

图1 第五环节PID图   下载原图

图2 触摸屏工艺流程画面   下载原图

在输送物料时可以通过调整气刀阀的气时及料时来改变输送量以及输送效率,有助于满足一些对破碎率有较高要求的环节。

除尘器脉冲控制仪也可以调整脉冲间隔以及脉冲宽度,以避免在输送过程时收料仓粉尘外漏。

2 自控系统硬件配置

2.1 PLC

本次工程设计中所采用的PLC,均为SIEMENS公司提供的S7-200系列CPU226型的PLC,选型为6ES7 2162BD23-0XB0。该PLC属于SIEMENS公司的小型PLC,可扩展数字量和模拟量的输入输出模块。

2.2 检测元件

1)压力变送器

4~20m A模拟量输入信号,最大值1Mpa,显示仓泵输送系统的压力。

2)称重传感器

4~20m A模拟量输入信号,最大值1.6T,显示仓泵及内部物料的重量。

2.3 称重模块

此次工程对称重精度要求低于千分之五,所以我们选用了METTLER TOLEDO称重模块。由于三个称重传感器均安装与仓泵支撑点,所以可能会造成受重不均匀的情况。在调试时需在称重模块内插入铁片,然后在每个点位放上砝码进行精确校验,之后为减少模拟量损耗而产生的误差,还需精确校正模拟量输出。

2.4 触摸屏

随着自动化程度的提升,简单而又便捷的触摸屏受到越来越多的用户的认可,本次工程中使用的是Proface系列7寸及10寸触摸屏,在实现全自动化的同时也将各项数据反馈给了用户,方便用户日后进行检修与维护。

3 软件配置

3.1 编程软件

STEP 7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是SIMATIC工业软件的重要组成部分,因其使用便捷广受好评。此次我们用的STEP7-Micro/WIN32 V4.0是用于编辑SIMATIC S7-200的程序,并且可在WIN7系统中使用的SP9版本。

本次编辑程序的过程中,为了程序更有条理性和针对性便于之后的改善,我们引入了SBR的子程序。其中包括了模拟量处理子程序、通讯信号子程序、堵料保护子程序和触摸屏显示子程序。

1)模拟量处理子程序:即将4~20m A的模拟量信号通过PLC的程序转换成可以直接读取的整型信号,再经过与触摸屏的设定值进行比较处理之后,程序可以通过比较的结果辨别出输送的情况。

2)通讯信号子程序:将触摸屏的控制信号放入通讯寄存区,通过PLC通讯读取下来之后,再执行相应的操作。同时,PLC将触摸屏所要采集的监控信号移入通讯寄存区,而触摸屏通过读取其中的数据,则可在PC上进行监控。

3)堵料保护子程序:参数设定中有上进气高位保护和低位保护,仓泵在输送中如发现堵料趋势(即仓泵内压力高于高位保护),此时程序会自动关闭上进气阀,待压力下降,低于低位保护后,上进气重新打开继续输送,可以有效避免压力过高造成的堵料情况。

4)触摸屏显示子程序:为了让用户更直观得了解整个气力输送工艺流程的运行概况,PLC将每条输送线以动画的形式在触摸屏上显示,并且在压力曲线画面也可以读出设备使用的大致情况,让用户在检修时更加得心应手。

3.2 与触摸屏通讯

根据Proface触摸屏与西门子PLC之间的通讯协议,通过一根mini USB接口的数据线便能完成人机界面的连接,因此相当便利。

4 工程中遇到的问题与总结

4.1 物料输送不畅时的解决方案

由于此次工程环节非常复杂,并且个别物料流动性较差,输送难度较高,尤其是淀粉输送环节,极易堵料,为此我们对气刀阀上的调压阀压力进行精调,通过反复试验,保证物料能够输送顺畅。

在比较容易堵料的大角度弯管处增加气锤,在输送物料时每隔一段时间敲击一次,亦可有效改善输送情况。

4.2 称重精度不准的解决方案

相对于糖、味精、淀粉,盐的流动性则要好得多,但是也给称重精度带来一定的困难,通过ABB变频器变换螺旋频率,当离设定称重目标还剩20kg时,螺旋从50Hz变化到10Hz,放慢落料速度以保称重精确,但是物料良好的流动性仍然会导致称重不精确,为此我们在进料螺旋下方增加阀门,并且在仓泵进料处增加软连接,保证其完全隔离,从而提高称重精准度。

4.3 输送完毕后物料在收料仓内分层的解决方案

微波干燥后的鸡粉由于非常粘稠,输送完成后在收料仓很容易形成分层,为此我们将气刀阀的气时缩短,增加料时,在保证输送量的前提下尽量将物料均匀得输送至收料仓,有效地缓解了物料的分层情况。

5 结束语

本次工程中,气力输送展现出了强大的潜力,以PLC自动化控制系统为核心,通过压力元件以及称重模块等将整个系统串联在一起,实现工业自动化。其设计结果表明:该系统完全可以保证鸡精、鸡粉以及原料(糖、盐、味精、淀粉)在管道内可以进行顺畅输送,并且在提升输送效率的同时也有效地杜绝了粉尘外漏,给现场工人提供了良好的环境保护,在本系统过去运营的一年中,其安全稳定的特点也使用户对此赞不绝口。