摘要：由于牙膏生產(chǎn)后段需恒壓供膏，且為保證灌裝機的灌裝精度，輸送過程需要保證膏體的壓力恒定，膏體的流量根據(jù)灌裝需求進行供給。本文研究的自動化恒壓供膏控制系統(tǒng)通過PID控制算法，控制恒壓罐閥門開度以保證恒壓罐內(nèi)膏體壓力的恒定，通過對PID參數(shù)的整定保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為牙膏生產(chǎn)后段灌膏的工序提供有力保障。

0引言

牙膏的生產(chǎn)主要分為制膏和灌膏兩部分，供膏系統(tǒng)在制膏及灌膏兩部分間起到連接作用。在膏體生產(chǎn)結(jié)束后，恒壓供膏系統(tǒng)需要根據(jù)后段自動化灌裝線的生產(chǎn)要求進行膏體輸送。為保證灌裝機的灌裝精度，輸送過程需要保證膏體的壓力恒定，其中膏體流量根據(jù)灌裝需求進行供給。自動化恒壓供膏系統(tǒng)主要用于金殿日化牙膏生產(chǎn)過程中的制膏結(jié)束后膏體的自動化輸送。國內(nèi)對供膏系統(tǒng)中對恒壓罐閥門的控制基本全依靠人工經(jīng)驗，這種方法很難保證灌膏的穩(wěn)定性，加上人為操作的局限性且沒有相應的監(jiān)測系統(tǒng)，嚴重影響灌膏質(zhì)量。因此迫切需要研發(fā)自動化恒壓供膏系統(tǒng)。

1自動化恒壓供膏系統(tǒng)的工藝流程及系統(tǒng)組成

1.1自動化恒壓供膏系統(tǒng)工藝流程

在制膏生產(chǎn)結(jié)束后將膏體輸送至膏體暫存移動罐，然后由泵體輸送至恒壓輸送罐，輸送過程需根據(jù)灌裝機灌裝需求進行膏體供料，同時需考慮避免泵體減少啟動頻率，以免對泵體使用壽命造成影響。恒壓輸送罐容積740L，為保證0.3MPA壓力輸送，罐體要求設計壓力1.0MPA。恒壓罐根據(jù)后端灌裝機的灌裝量要求，保持0.3MPA壓力給料。自動化恒壓供膏系統(tǒng)工藝流程見圖1。

1.2自動化恒壓供膏系統(tǒng)主要工藝設備

3m3移動暫儲罐8個，轉(zhuǎn)子輸送泵4臺，740L恒壓輸送罐8個。

2自動化恒壓供膏系統(tǒng)設計

自動化恒壓供膏系統(tǒng)的基本設計思路為采用基于PLC的PID控制方法，在恒壓管內(nèi)安裝壓力傳感器、液位傳感器，由壓力傳感器及電容式液位傳感器將罐內(nèi)壓力及液位通過變送器實時傳給控制器，控制器通過變送器傳回的數(shù)據(jù)通過PID的控制算法來調(diào)節(jié)恒壓罐閥門的開度，進而形成一個閉環(huán)控制。形成基于PLC的PID控制系統(tǒng)，采用了傳感器與PLC設計相結(jié)合，優(yōu)化了供膏系統(tǒng)的控制過程。

2.1系統(tǒng)控制設計

自動化恒壓供膏系統(tǒng)的控制采用負反饋控制理論和PID控制算法。對所要控制的恒壓系統(tǒng)進行分析后，確定控制信號中的被控量為灌膏工作時閥門的開度，控制系統(tǒng)的目標值為恒壓關(guān)內(nèi)的壓力，被控對象為恒壓罐閥門，控制裝置為可編程控制器。將恒壓罐內(nèi)的壓力、液位與設定值進行比較，得到偏差，通過PLC控制變頻器調(diào)節(jié)輸送泵，#后使恒壓罐內(nèi)的壓力及液位跟進設定值，使恒壓罐內(nèi)的壓力恒定不變。自動化恒壓供膏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

2.2系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)以上工藝流程要求，以及現(xiàn)場工藝設備的安裝位置情況，將恒壓供料系統(tǒng)置于每臺灌裝機旁，使用一臺PLC作為邏輯控制運算，一臺HMI作為操作人員人機交互，用于設定壓力等控制參數(shù)設定，恒壓供膏系統(tǒng)的示意圖如圖3所示。

PLC根據(jù)灌裝機的灌裝量控制恒壓罐閥門開度，從而達到調(diào)節(jié)膏體流量的目的，灌裝機的膏體需求量根據(jù)液位計采集數(shù)據(jù)變化量來計算，罐體內(nèi)壓力通過管頂衛(wèi)生型壓力變送器進行監(jiān)控，從而控制壓縮空氣比例調(diào)節(jié)器控制管內(nèi)壓力恒定。

2.3系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)采用西門子PLC-200型PLC作為控制中心，用PLC去控制恒壓罐閥門開度來達到恒壓穩(wěn)定的效果。

每套系統(tǒng)I/O統(tǒng)計數(shù)量為10個點位，考慮系統(tǒng)預留為今后擴展使用。I/O口所需數(shù)量如表1所示。

從HMI上按下啟動開關(guān)時輸送泵運行且恒壓罐的閥門開啟，程序根據(jù)壓力、液位傳感器反饋的數(shù)據(jù)通過PLC輸出一個電壓或電流信號（0～10V或4～20mA）給閥門控制器，該電壓或電流信號控制閥門的開度，通過閥門開度的增大和減小從而達到調(diào)壓的目的。如果停止按鈕按下時，PLC會給閥門一個關(guān)閉信號，則輸送泵停運，閥門關(guān)閉。自動化恒壓供膏控制程序系統(tǒng)框圖如圖4所示

3結(jié)束語

根據(jù)系統(tǒng)要求及當前恒壓供膏系統(tǒng)存在的問題，設計了金殿日化自動化恒壓供膏控制系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定運行至今10年。即實現(xiàn)了為后端灌膏環(huán)節(jié)提供持續(xù)穩(wěn)定的牙膏源，又為公司節(jié)約了成本。由于使用PID控制方法，一方面使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，一方面提高了生產(chǎn)效率。