PLC对硫化剂半成品生产环节的控制

1第一章绪论1.1课题研究的背景硫化剂半成品生产环节主要由硫化剂聚合反应釜和生产流水线构成，硫化剂是一种橡胶助剂，它是能使橡胶分子链起交联反应，使线形分子形成立体网状结构，可塑性降低，弹性剂强度增加的物质。除了某些热塑性橡胶不需要硫化外，天然橡胶和各种合成橡胶都需配入硫化剂进行硫化。橡胶经硫化后才具有宝贵的使用价值，力学性能大大提高。国外生产橡胶助剂的大型企业都是跨国公司，其中最大的富莱克斯公司年销售额超过6亿美元，产品囊括了所有助剂产品，在世界上首创并率先工业化生产了硫化稳定剂和抗硫化返原剂。其次是拜耳公司，其经营另有特色，拜耳公司经营促进剂、防老剂、防焦剂等用量大的助剂产品，其子公司莱茵化学公司经营促进剂和防老剂及硫化剂的预分散体、加工助剂、发泡剂及防护蜡等产品。另外，斯洛伐克彼特里密克斯、日本大内新兴公司等是在本国生产，外国销售的区域性公司均生产用量大的助剂产品[1]。据不完全统计，我国橡胶助剂总生产能力约为14万吨/年，年总产量超过10万吨。生产能力超过千吨的橡胶助剂企业有80余家，分布在18个省、市，形成了南京化工厂、山东圣奥化工有限公司、沈阳东北助剂总厂、兰州化学公司有机厂、浙江永嘉化工厂、镇江第二化工厂、四川染料厂、湖南株洲助剂厂等为代表的生产基地。自20世纪80年代以来，橡胶助剂行业完成了20类68个新助剂产品的工业开发，产品品种由原来的100多个扩大到200多个[2]。反应釜则广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品行业，是用来完成硫化、硝化、氢化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器。而在社会快速发展、竞争激烈的今天，提高生产效率，降低生产工艺成本，最大限度的满足生产要求将直接决定各企业工厂能否紧跟社会脚步，赢得时间，占领市场甚至将决定企业的生死存亡。为此，企业生产自动化无疑扮演着重要的角色，生产流水线自动化作为工业自动化的一部分，能提高生产效率，降低工艺流程成本，最大限度的适应产品变化，提高产品质量，它是现代化生产控制系统中的重要组成部分。1.2研究对象存在的问题未进行自动控制前的工作流程：手动将三种原料加入聚合反应釜，手动打开热水阀加入定量热水，按下高速按钮高速搅拌，人工观察温度计数值，温度达到85℃，关闭热水阀，按下中速按钮进行中速搅拌，观察温度计数值，温度达到135℃，手动打开冷水阀，按下低速按钮进行低速搅拌，观察温度计数值，温度降到120℃，关闭冷水阀，继续低速搅拌，观察温度计数值，温度降到40℃，打开出料阀出料，等到反应釜中原料全部放空在进行清洗工作，灌注、封装以及搬运都是由人工操作。缺点及问题：（1）人工观察反应釜温度计，会产生误差导致加热时间过长或冷却时间过长，导致原料浓度发生问题，出现不合格产品的概率大大增加。（2）人工来回切换加热、2冷却和搅拌状态，容易记混，使原料制作流程出现混乱，出现废料。（3）基本上所有工作都是由人工操作进行，效率低下，工时与成本增加。1.3国内外研究现状可编程控制器的产生可以追溯到上世纪60~70年代，1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司（GM）对于用来取代继电器控制系统的新的电气控制装置所提出的10项指标，研制出世界第一台可编程控制器并在GM公司汽车生产线上首次应用成功，实现了生产的自动化控制[3]。此后日本、德国等相继引入可编程控制器，使之迅速发展起来。这一时期它主要用于顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思想，但当时只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称PLC（ProgrammableLogicController）。20世纪70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，可编程逻辑控制器更多地具有了计算机的功能，不仅用逻辑编程取代硬件连线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理等功能，真正成为一种电子计算机工业控制装置，而且做到了小型化和超小型化。这种采用微电脑技术的工业控制装置的功能远远超出了逻辑控制、顺序控制的范围，故称为可编程控制器，简称PC（ProgrammableController）[4]，但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，所以人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。自从60年代末美国首先研制和使用可编程控制器之后，到80年代初，PLC的应用已在工业控制领域中占据主导地位，进入90年代后，工业控制领域几乎完全被PLC占领。国外专家预言，PLC技术将在工业自动化的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）中跃居首位。我国从1974年开始研制可编程控制器，1977年应用于工业。如今可编程控制器已经大量应用在引进设备和国产设备中，我国不少厂家引进或研制了一批可编程控制器，各行各业也涌现出大批应用可编程控制器改造设备的成果，电气行业生产的设备越来越多地采用可编程控制器作为控制装置。目前，国内硫化剂生产的控制水平基本上可分为4个层次：（1）完全手动操作方式。这一方式是早期生产企业和目前小企业采用的方式。主要特点是手动阀门操作控制。对温度、压力、液位、流量等生产过程中的模拟量信号采用常规分散仪表进行采集，然后集中或现场显示，操作人员在现场或集中操作盘上控制主要设备的启停，阀门有工人在现场操作。（2）半自动控制方式（集中手动控制方式）。以模拟屏为代表，主要特点是阀门多采用气动或电动自动阀门，采取数据采集器等手段采集各种过程量进入控制室，进行集中手动控制。（3）计算机控制方式。以工业计算机为代表，过程控制中的各种型号在外围通过相应的表送气送入，在计算机画面上显示各种过程参数，同时控制阀门、电机等设备的启停来满足生产工艺要求。（4）分布式控制方式。采用计算机控制技术与多层网络结构相结合的先进控制方法对生产工序进行自动控制，其主要特点是采用可编程控制器作为下拉机，对硫化剂半成品生产过程进行控制，工业控制计算机用于实现生产流程的监控，这种控制方式是国内硫化剂半成品生产控制发展的主流方向。3但是，现在我国很多化工厂对于硫化剂聚合反应釜和流水线生产依然使用的是手动操作，这种工作方式具有工人工作紧张，工作环境艰苦和反应釜温度波动大等缺点，利用PLC对其进行改造，可实现对整个工艺的控制。1.4课题研究的目的和意义由于硫化剂生产的工艺过程复杂，而对硫化剂成品的质量要求较高，因为对硫化剂生产线的自动控制系统提出了较高的要求。在其发展过程中，生产线的自动控制系统也经历了继电器直接控制，继电器直接控制线路简单、触点多、故障率高，现已逐渐被淘汰。随着PLC技术、自动检测技术及变频器技术的飞速发展，原先的控制方式已经被由高新科技技术所组合成的新的控制方式所取代。从国内硫化剂生产自动控制发展的趋势看，研究一种具有结构简单、操作方便、自动化程度高等优点的硫化剂半成品自动控制系统，是目前的发展方向。本课题研究目的是设计基于PLC的硫化剂半成品生产环节的自动控制系统，对硫化剂半成品的生产工序进行自动控制。系统由PLC、检测器件和执行器件共同组成。PLC根据系统工艺流程要求，对硫化剂的原料制作、灌注加工和封装搬运进行控制，从而实现对硫化剂生产过程的控制。本课题是化学原料生产环节中的一种，同样适用于其他化学原料的生产，能够将PLC、自动检测技术和变频器技术应用到此生产环节中，不仅仅是对硫化剂的生产起到了重要作用，同时也是为整个化学原料生产行业提供更多地帮助。1.5课题研究的主要内容课题基于可编程控制器配合自动检测技术、气动原理以及变频调速技术，以化工行业生产流水线操作为标准，研究硫化剂半成品生产环节的自动控制。此生产环节主要由原料制作站、灌注加工站和封装搬运站三部分组成。本课题主要内容为：（1）了解系统工作流程及控制要求，确定控制方案。详细分析了系统的设备功能，对比各种控制方式，确定系统的最终控制方案。（2）完成系统的硬件设计，选择系统主要部件，绘制硬件连接图。对系统中所使用到的主要元器件进行选择，绘制气动回路连接图，确定PLC的I/O地址，绘制各站别PLC的硬件连接图。（3）完成系统的软件设计，分析系统工作原理，编写PLC程序，设置变频器参数，并进行了运行调试。详细分解了系统各站别的工作原理，绘制出系统流程图，根据工作原理，来编写PLC梯形图程序，根据变频器设置方法和计算所得频率参数设置变频器。4第二章系统内容介绍及其设计方案2.1系统的结构硫化剂半成品生产环节主要由原料制作站、灌注加工站和封装搬运站三部分组成。并由运行指示面板对整个生产环节进行及时的指示调控。2.1.1原料制作站的工作流程图2-1原料制作站示意图原料制作站的结构如图2-1所示，TK-A、TK-B、TK-C是原料储罐，分别带有液位检测：LI301、LI302、LI303。SSV-501、SSV-503、SSV-505是三个原料储罐的进料阀组，SSV-502、SSV-504、SSV-506是三个原料储罐的加料阀组，SSV-507是总加料阀。SSV-509、SSV-510分别是热水和冷水的开关阀。TIC20l是温度检测装置，控制放热反应阶段的温度。SSV-511是出料阀。SSV-512是纯水阀，SSV-513是放出清洗水阀，用于在反应结束时清洗反应釜。LI304-（1、2、3、4、5）是液位检测装置。REACTOR是聚合反应釜，DRV是反应釜搅拌器。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:5-May-2013SheetofFile:F:\学习\无锡技师学院\论文资料\图\DDB\论文.ddbDrawnBy:SSSSLI301LI302LI303SSSSSSSSLI304SSV-501SSV-502SSV-507SSV-506SSV-505SSV-504SSV-503SSV-513SSV-512SSV-511SSV-510SSV-509DRVDEACTOR冷水热水纯水TK-ATK-BTK-CTIC2015系统原料制作站始终按照：进料—制作—出料—清洗，这四个步骤进行工作，系统上电，进料环节对反应釜进料，进料完毕，制作环节对反应釜中原料进行加热、搅拌、冷却工作，试剂调配完毕，出料环节将釜内已调配完成的试剂灌入灌注加工站的原料存储罐存储。期间由液位传感器和温度传感器来控制生产过程中原料的液位及温度。2.1.2灌注加工站的工作流程图2-2灌注加工站示意图灌注加工站的结构如图2-2所示，1号缸是双作用气缸，由双控电磁阀1Y1、1Y2控制，实现将物料从1号位推送至2号位，1B1实现位置检测；2号缸是双作用气缸，由双控电磁阀2Y1、2Y2控制，实现将物料从2号位推送至回转存储仓3号位，2B1实现位置6检测；3号缸是双作用气缸，由双控电磁阀3Y1、3Y2控制，实现对灌注阀SSV-514的升降动作，由3B1、3B2实现位置检测。回转料仓电机和缺料报警使用的报警灯以及蜂鸣器分别由中间继电器K1、K2、K3控制。初始位以及1、2、3号位分别由B0~B3来实现物料位置检测。灌注加工站实现了空瓶—满瓶的这样一个过程，系统上电，回转料仓转动，其中的空瓶转出，灌注机构对空瓶进行灌注，最后灌注完成的物料进入回转存储仓进行存储。期间由气缸的动作来控制物料的动作。2.1.3封装搬运站的工作流程封装搬运站的结构如图2-3所示，封装搬运站主要由一个机械手构成，4号缸是双作用气缸，由双控电磁阀4Y1、4Y2控制，实现将物料从4号位推送至5号位，4B1实现位置检测；5号缸是旋转气缸，由双控电磁阀5Y1、5Y2控制，实现机械手的左右旋转，5B1、5B2实现位置检测；6号缸是双作用气缸，由双控电磁阀6Y1、6Y2控制，实现机械手的伸缩动作，6B1、6B2实现位置检测；7号缸是双作用气缸，由双控电磁阀7Y1、7Y2控制，实现机械手的升降动作，7B1、7B2实现位置检测；8号缸是双作用气缸，由双控电磁阀8Y1、8Y2控制，实现机械手的松紧动作，8B1、8B2实现位置检测；9号缸是双作用气缸，由双控电磁阀9Y1、9Y2控制，实现封装器的升降动作，9B1、9B2实现位置检测。回转存储仓电机由中间继电器K4控制。4~6号位分别由B4~B6来实现物料位置检测