白乳胶生产中的聚合反应主要是在搅拌反应釜中进行, 为了高效的进行生产, 必须对聚合反应生产工艺过程中的主要参数, 如流量、温度、pH值等进行有效的控制。其中最重要的环节就是反应器的温度和pH值控制, 其调节品质的好坏将直接影响产品质量。但是由于加料数量和品种的影响, 聚合反应中存在的一系列复杂化学变化, 以及聚合反应本身强烈的放热效应, 造成了在其生产过程中存在着高温、强酸、强碱和强刺激性的恶劣生产环境。而目前, 由于自身条件的限制, 在很多企业中, 白乳胶生产过程主要采用人工控制, 生产效率低, 劳动强度大, 工作环境恶劣, 白乳胶成品质量不稳定。本论文以进行白乳胶聚合反应的反应釜为研究对象, 采用先进的控制方法实现反应釜自动控制, 全面提高白乳胶的产品质量。
根据白乳胶的实际生产过程, 其生产流程图如图1所示, 白乳胶生产中采用反应釜, 釜内有搅拌器, 釜外有夹套层及保温装置, 反应釜容积为1t, 最高温度为100℃, 温度控制精度±1℃左右, 加热方式为蒸汽加热, 冷却方式为水冷却。pH值的控制精度为±0.1。
通过图1可以看出, 在白乳胶生产过程中, 其需要测量的量为:加入水的流量;反应釜的温度;反应釜的pH值。需要控制的量为:水量控制;温度控制;时间控制;pH值控制和搅拌器控制。生产中最恶劣的时间段为“加入原料1”后, 一直到“关搅拌器”为止, 在这段时间中既存在着高温环境, 又有强酸强碱的强腐蚀性, 还有甲醛的强刺激性, 在此段时间内要求系统进行自动控制。
硬件是控制系统的基础, 在软件的协调下实现生产的检测与控制, 根据控制系统的生产流程分析可以得出, 其硬件电路主要包含主电路和控制电路。
主电路工作原理:三相电L1、L2、L3引入后, 经过空气开关、熔断器和热继电器保护, 供给搅拌电机和水泵电机, KM1得电, 搅拌电机运行, KM2得电, 抽水水泵运行;220V电压经过空气开关和熔断器保护, 为电源模块和PLC供电, 同时, 还为PLC的输出端供电, 为接触器线圈、电磁阀线圈和指示灯供电。
根据白乳胶生产流程和系统的实际需要, 本系统在输入端要有供系统的启动和停止按钮, 要有操作模式切换的旋钮开关, 还要有方便调试各负载的手动操作按钮。在输出端控制接触器和电磁阀的线圈, 同时要有显示负载动作的指示灯和必要的故障指示, 为了使线圈和指示灯的供电方便, 其供电电压都选择220V电压。
FX 2N-5A特殊功能模块有4路输入通道和1路输出通道, 输入通道用于接收模拟量信号并转换成相应的数字值, 输出通道获取一个数字值并且输出相应的模拟量信号。其控制原理为:传感器将温度、pH值采样值经过FX2N-5A模块采样输入PLC (FX2N-48MR) , 将测量的温度、pH值和设定的温度、pH值经过多路开关根据需要显示出来, 输出控制量通过执行电路作用到相应的控制器件, 从而实现反应釜的自动控制。
程序是整个控制系统的核心, PLC所具有的智能功能要由软件来控制完成。它具有充分的灵活性, 可以根据系统的要求而变化。本系统采用模块化设计方案, 将控制程序按功能分成各个模块, 分别编写、调试, 所有模块完成之后, 再进行连接调试。模块化设计既使设计调试非常方便, 又便于维护系统, 增强系统的稳定性。本系统程序主要包括初始化程序、手动程序、设定程序、检测比较程序和故障显示程序。
主要程序说明如下。
(1) 初始化程序:是程序的初始准备阶段, 在此阶段中主要完成点动按钮的自锁, 停止按钮复位设定计数寄存器, 将生产控制程序中的各个状态寄存器复位, 同时停止生产程序中的各个负载输出, 及完成FX 2N-5A特殊功能模块的设定。
(2) 手动程序:主要是调试各个负载的输出, 当按下启动按钮后, 将操作开关转换到手动状态, 就可以通过各个手动按钮来检测各个负载输出的动作情况。
(3) 设定程序:用来设定白乳胶生产过程中的各个控制温度和PH值, 通过解码指令DECO分别接通不同的辅助继电器, 可以将生产过程中的各个控制温度和PH值存放到不同的数据寄存器中。
(4) 检测比较程序:在自动控制阶段, 实时读取传感器检测到的反应釜温度和PH值。通过比较指令, 使得在生产过程中能使PLC按照生产流程完成自动控制。
(5) 生产流程程序:采用步进控制程序, 严格按照白乳胶生产流程进行, 使得PLC在生产环境最恶劣的阶段完成自动控制。
自从该系统投入运行以来, 从实际运行情况来看, 大大提高了企业的自动化程度, 使得操作人员避开了生产中高温、强腐蚀性和强刺激性的时段, 从而改善了操作人员的工作环境。在生产过程中, 由于采用了自动检测元件, 提高了控制的精度, 避免了人为因素造成的失误, 从而提高了产品的质量。
摘要：以三菱公司的FX2N系列PLC为核心, 给出了硬件电路和整个系统的软件设计, 通过对白乳胶生产过程中的温度、pH值数据采集, A/D转换, 送入PLC, 经处理后控制执行器件, 从而实现白乳胶生产过程自动控制。
关键词：反应釜,PLC,温度,PH值
[1] FX2N系列微型可编程控制器使用手册, 2003.
[2] 三菱电机.FX2N-5A特殊功能模块使用手册.2005.
[3] 王兆义.小型可编程控制器实用技术[M].机械工业出版社, 2003.
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