台达PLC在乳化机控制系统中的应用

《控制与传动》2012第五期 江南大学 张相胜 李艳坡供稿

1 序言

真空均质乳化机（简称乳化机）主要应用于化工、医药、生物、食品等诸多领域中非均相液一固和液一液多相体分散体系的混合。目前该设备在国内主要是采用传统的继电器控制系统构成，操作人员需要根据经验和仪表显示输入指令或数据进行手动操作，自动化程度不高，同时控制系统存在操作繁琐、温度控制超调量大、能耗高等缺点。

2 乳化机的工作过程

2.1 工作原理

乳化机由乳化锅、水相锅、油相锅、真空装置、温度控制系统、电气控制系统等组成。

生产工艺流程如图1所示[1，2]。油溶性和水溶性原料分别在油相锅和水相锅内熔化或溶解，温度一般保持在80℃左右，将用水蒸气加热的油相和水相原料通过过滤器加至乳化锅内，以进行均质搅拌、乳化和真空脱气。然后，向夹套通入冷水，冷却到一定温度后，添加香精，继续冷却至要求的温度停止搅拌，待恢复常压即可出料。

2.2 工作过程

(1)油相锅、水相锅进料后，启动油相、水相搅拌电机，在线设定油相、水相电机的转速；

(2)设定油相锅、水相锅控制温度后，启动油相锅、水相锅的温度控制；

(3)当油相锅、水相锅内原料初处理完成后，启动油相锅、水相锅出料泵，将初处理后的物料泵入乳化锅内；

(4)当油相锅、水相锅内的物料完全泵入乳化锅内后，出料泵停止运行。启动液压电机，垂直下降主搅拌器与均质搅拌器，当下降到位时，液压电机停止工作，然后手动旋紧密封阀；

(5)当真空乳化锅密封后，启动主搅拌、均质搅拌电机。转速将从零上升到用户的设定值，并可根据不同的加工要求，在线改变主搅拌、均质搅拌电机的转速；

(6)启动真空泵电机，乳化锅负压力不断变大，最终将达到用户设定值；达到用户设定值后真空泵电机自动停止；

(7)启动乳化锅温度控制，自动对乳化锅进行加热控制，控制方法采用模糊PID恒温控制，乳化锅内原料将被加热到用户设定温度；

(8)当乳化工作完成后，通过排气口减小乳化锅内负压力，当乳化锅压力为零时，打开出料阀，排出乳化品。



图1 乳化生产工艺流程

3 控制系统的构成

3.1 控制系统的结构
电感器电路
根据系统设计要求，实现油相、水相、主搅拌、均质搅拌电机转速控制，控制范围依次是10rpm~1500rpm、10rpm~1500rpm、10rpm~80rpm、100rpm~4500rpm；实现油相锅、水相锅、乳化锅温度的智能控制，控制量范围依次是：0~100℃、0~140℃、20~140℃；实现乳化压力控制，控制范围为-100Kpa~+100Kpa和液压升降控制。

系统的结构如图2所示。控制系统主要由上位机、下位机两个部分组成，上位机采用台达的HMI(DOP-B)[3]；下位机采用台达DVP48EH00R系列的PLC[4]；电机的转速控制，采用台达VFD系列变频器实现。



图2 乳化机控制系统结构图

3.2 控制系统的模块划分

系统的控制部分可以划分为各种模块，如图3所示。

（1）压力采集模块

实现将压力仪表的模拟电压信号转化为PLC可以识别的数字量信号，压力表的信号通过PLC的AD(DVP-04AD-H)模拟量输入模块采样到PLC中。

（2）温度采集模块

油相锅、水相锅和乳化锅的使用铂电极(Pt100)测量温度，采用三线制接法。信号通过PLC的TM（DVP-04PT-H）PT100模块采样到PLC中。

（3）连锁保护模块

设置硬件和软件双重安全连锁装置，保证乳化锅在抽真空的过程中不能打开锅盖，液压站也不能启动。



图3 乳化机控制系统模块图

3.3 PLC容量选择

乳化机控制系统的I/O点数分析见表1。

表1 I/O点数分析表

序

号

设备名称

DI点

DO点

测控要求

乳化锅

水相锅

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