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产品描述
上海西门子PLC代理商触摸屏供应商
一、引言
随着石化工业的发展，人类日常生活及各行业对塑料制品的需求日益增长，大地推动了塑料工业的发展。目前，塑料已广泛应用于机械、电子、医药、家用电器、食品、汽车及人类日常生活用品之中，尤其近年来随着人类生活水平的提高、消费意识的变化以及旅游产业的发展，中空制品已广泛用来盛装矿泉水、可乐等软性饮料，还包括奶瓶、瓶、化妆品瓶等。
挤出吹塑成型机是中空容器成形的主要设备，世界上80%至的中空容器是采用挤吹成形的。在我国中空塑料成型机的发展历程中，挤出吹塑成型机是发展快完善的中空塑料成型机，特别是小型挤出吹塑成型机的发展速度特别快。
近年来，挤出吹塑成型的主要技术趋势是朝着自动化、智能化、和高速度的方向发展。因此，要适应该行业技术发展趋势，就必需提高挤出吹塑成型的整体技术含量，其中就包括挤出吹塑成型的控制系统。
本文描述的挤出吹塑成型控制系统采用TrustPLC® CTS7-200系列PLC，CTS7-200 PLC采用了RISC芯片技术和软件优化设计，布尔指令执行速度达到0.15μs每步，浮点运算速度达到8μs，开关量点数多达248点，模拟量点数多达56点，扩展I/O模块种类多达26种，因而无论是替代传统继电器完成简单控制，还是应用于特殊场合实现复杂控制，无论是快速的离散量顺序处理，还是复杂的运动控制，CTS7-200 PLC都游刃有余。其专门为温度控制应用而量身订制的PID温控扩展模块，内置PID温控算法，用户编程即可实现复杂的闭环温度控制，而且减轻了CPU的运算负担，控制速度快，效果出色。
另外其针对电子尺推出的高速输入模块精度高达16位，单通道转换时间小于200us，而且模块本身提供1路10VDC电源输出，大的方便了基于电子尺的应用。
的CPU、智能PID模块加上高速输入模块等组合使用，大大提高挤出吹塑成型机的性能。
二、挤出吹塑成型工艺过程
挤出吹塑机是挤出机与吹塑机和合模机构的组合体，由挤出机及型坯模头﹑吹胀装置﹑合模机构﹑型坯厚度控制系统和传动机构组成。其工艺过程如下：
1．塑料的挤出
塑料加热熔化后塑炼和混合均匀成流体，再以一定的压力和容量挤入机头。
2．型坯的形成
机头内的流体在重力和挤出压力的作用下，通过机头口模挤出形成所需的型坯。
3．型坯的吹胀
将达到要求长度的型坯置于吹塑模具内合模，由模具上的刃口将型坯切断，通过模具上的进气口输入一定压力的气体吹胀型坯，使制品和模具内表面紧密接触。
4．制品的冷却
保持模具型腔内的气压，等待制品冷却定型。
5．制品的脱模
冷却定型完成后，打开模具，由机械手将制品取出。
在吹塑过程中，型坯的形成和吹胀是吹塑过程的，型坯形成和吹胀质量的高低直接影响着容器制品的质量好坏，而熔料的受热温度、挤出压力和和冷却时间将直接影响型坯的成型和吹胀质量。型坯壁厚在吹气成型过程中若没有得到有效控制，冷却后会出现厚薄不均的状况，胚壁产生的应力也不同，薄的位置容易出现破裂。因此，控制型胚壁厚对于提高产品质量和降也同样重要。
综上所述，如何控制挤出机的受热温度、挤出压力、制品的冷却时间以及型胚壁厚成为影响容器制品质量的几个关键因素。
三、控制系统设计
3.1 系统原理及配置
粒状或粉状的塑料经挤出机塑化达熔融状态，通过采集电子尺数据，反馈控制挤出熔料量，使熔料通过预定流速进入机头。当储料量达预定值时，机头口模打开，并根据设定的型坯壁厚曲线，调节模芯进行型坯壁厚控制。然后，将完成的制品型坯置于吹塑模腔内，模具按照设定的速度进行合模，合模时要求运动平稳，左右平衡。合模后进行吹气，型坯在气体压力的作用下紧贴模具内壁，保持压力冷却定型后开模，由机械手取出制品。
系统电气控制部分的主要配置如下：
（1）控制器采用CTS7-200 PLC进行动作控制和50点型坯壁厚控制。
（2）温度的测量采用工业铠装热电偶。温度控制由CTS7-200系列的8路热电偶模块CTS7 231-7TF22 完成，该模块集成控制器带智能PID算法，只要设置几个参数，231-7TF22模块就可以自行对所控温区进行加热或冷却，并将实时温度反馈给CPU。
（3）挤出压力控制由模拟量输入模块采集压力传感器的信号来控制挤出机螺杆的转速，周时将实时压力显示在触摸屏上。
（4）壁厚控制由231-7HC22高速输入模块采集型坯长度和模芯间隙的电子尺反馈信号，然后通过4通道模拟量输出模块232-0HF22控制执行机构驱动伺服阀来实现。
（5）操作面板采用触摸屏完成整机的型坯温度、挤出压力、型坯壁厚以及冷却时间等各种工艺参数的设定、修改、画面显示等，采用菜单式程序控制，操作简便。
3.2 温度控制系统
在挤出吹塑的过程中，要使熔料温度稳定在设定温度，所以同时配有加热和冷却设备，常用的是电阻加热和风扇冷却。
挤出机的温度控制由PID模块CTS7 231-7TF22立完成。CTS7 231-7TF22模块集成智能PID控制器，具有8路热电偶输入，控制过程的数据通过数据存储区与CPU交换，控制精度达到±1℃。将初始PID参数和设定温度送给该模块，使能该模块的PID控制，模块便将热电偶所测得的温度送给PID控制器进行运算，然后将实时温度和运算得出的控制动作写入数据存储区，同时对PID三个控制环节的参数进行优化。CPU根据数据存储区中的值来控制输出(PWM模式下输出给DO点，模拟量模式下输出给AO)，实现温度闭环控制 。PID参数的设置、温度设定、启停控制、实时温度、温度曲线都在触摸屏上实现。
3.3 压力控制系统
挤出压力对于熔料的流变性能来说也是重要的影响因素，如果挤出工艺稳定，加工温度和螺杆速度不变，黏度是一个常数。根据黏性流体的流动可知，挤出机的挤出量与螺杆转速成正比，而机筒压力成反比。因此，控制好挤出压力是型坏形成质量的重要。压力控制系统如图所示，图中所示压力控制是一个闭环系统，将压力传感器反馈的数据和所需的压力进行比较，并根据比较调整挤出机的螺杆转速。
3.4 型坯壁厚控制
中空容器制品因其强度要求规定了小壁厚，而早期的中空吹塑成型设备缺少型坯壁厚控制系统，为使制品薄处达到小壁厚要求，制品的其它部位就要相应加厚，造成材料的浪费。为了节省成本、缩短制品冷却时间、加快制品生产周期，一种比较经济的做法就是控制型坯壁厚。熔料从口模挤出处于黏流态流动一段时间，由于原材料特性、挤出温度和挤出流量随时间变化呈非线性变化，所以型坯在挤出过程中，型坯壁厚发生变化。为使挤出吹塑制品满足壁厚要求，采取有效措施控制型坯壁的厚度。
壁厚控制系统是对模芯缝隙的开合度进行控制的系统，也即位置伺服系统，它由控制器、电液伺服阀、动作执行机构和作为位置反馈的电子尺构成。当机头口模打开时，PLC读取机筒电子尺反馈的型坯长度，然后根据型坯壁厚曲线，通过模拟量输出模块输出±10V的电压信号给电液伺服阀，伺服阀直接驱动执行机构控制模芯上下移动，调整口模与芯模的间隙来完成口模开度的控制，进而完成型坯壁厚的闭环控制。此时，壁厚型坯设定采用数字化方式，通过操作面板完成50点型坯壁厚控制的设定，型坯壁厚曲线的纵坐标显示型坯长度，横坐标显示口模开度。
3.5 冷却时间控制
在整个吹塑成形的过程中，冷却时间是控制制品的外观质量、性能和生产效率的一个重要的工艺参数。控制适当的冷却时间可防止型坯因弹性回复而引起的形变，使制品外形规整，表面图文清晰，质量优良。但是，如果冷却时间过长，那么就会造成因制品的结晶度增加而降低韧性和透明度，生产周期延长，生产效率降低。如果冷却时间过短，那么所吹制的容器会产生应力而出现孔隙，影响制品质量。因此，在挤出吹塑中需要对冷却时间做较的控制。
4. 应用实例
广东某机械实业有限公司是挤出吹塑中空成型机的制造厂家，其吹瓶机的控制采用CTS7-200系列PLC。CTS7-200系列PLC的CPU比西门子的CPU运算速度快，配合高速的模拟量输入模块和智能PID温控模块，使该机的控制系统上了一个台阶。另外该产品的单个模块具有较大的点数（如8路智能PID模块，8AI模块，
1 引 言
励磁系统是同步电动机中、主要的且成部分之一。长期以来同步电动机励磁装置技长性能不完善，导致同步机损坏，成为影响生产的、连续及稳定运行的制约环节。
随着可编程控制器(PLC)技术的发展，以微型PLC为、功能加完善的励磁控制系统的出现成为可能。该系统接线简单、控制功能丰富、可配置汉显的人机界面、价格适中、适合于恶劣的工业环境。采用PLC技术，克服同步机所配老式晶闸管励磁装置(俗称可控硅励磁装置)技术性能不完善；充分发挥PLC的作用，使控制系统为人性化。
2 同步机励磁装置的功能
同步电动机的励磁装置主要有三个方面的作用，一是完成同步机的异步启动并牵人同步运行；二是在牵入同步以后励磁电流的调节控制；三是监控系统故障，确保同步机运行。
2．1 励磁装置在启动过程中的作用
在异步启动的过程中，励磁装置保证启动回路具有良好的异步驱动特性，避免异步启动过程中所存在的脉振现象，满足带载起动及再整步要求。达到亚同步速时，准角度投励，励磁绕组产生同步力矩，使电机尽早进入同步。
2．2 励磁装置在运行过程中的作用
同步运行过程中的励磁电流控制模式分为：
(1)恒励磁电流模式：适合于负载恒定工况，如通风机、水泵。实际选取功率因数为前0.95-1之间任意值。
(2)恒无功功率模式：适用于电网负载不断变化，同步机向电网提供恒定的无功功率以补偿电网的功率因数，但同步机的功率因数是随着负载的变化而变化。
2．3 励磁装置的监控作用
同步电机在正常运行过程中，不可避免地会受到各种各样的扰动，就会引起电机失步，造成生产中断和设备损坏的严重事故。励磁装置能检测，同步机的失步，识别后判断是报警还是再整步运行，既设备的性，又保持运行连续性。
同样，励磁装置在正常运行过程中，自身也会受到各种干扰，造成可控整流器缺相或失控、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁电流限等故障。当出现上述故障，励磁装置识别后报警或跳闸，以保证励磁装置的运行。
3 系统硬件设计
为了满足同步机起动、运行和故障监控的要求，同时便于将机械设备的控制柜与励磁装置融为一体，减小体积、增强控制功能、提升原来系统的自动化水平。本励磁装置主控制器采用西门子微型可编程序控制器S7-200，并使用成熟的晶闸管的触发电路TC787。
显示电路采用西门子的TD200来完成，一是参数设置，如投励时刻、后备投励、强励时间；运行模式选择。二是工作状态显示，如实验投励、正常投励、后备投励；运行模式。三是故障显示，如失步、整步失败、晶闸管故障、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁限。全部采用汉字显示。
3．1 启动回路
(1)起动时灭磁继电器接点CJll、CJ22闭合，见同步电机起动回路图2，使同步电机在异步驱动状态时，灭磁晶闸管7KGZ、8KGZ在较低的电压下便可开通，保证感应电流在正负半周是对称的。有效地了传统励磁屏在同步电机异步启动过程中转子回路感应电流正负半周不对称现象，避免了异步启动过程中所存在的脉振现象，具有良好的异步驱动特性。
(2)在启动结束后，灭磁继电器接点CJll、CJ22断开，灭磁 晶闸管7KGZ、8KGZ在较高的电压下便可开通。当电机在同步状态时，灭磁晶闸管在过电压情况下才开通，既起到保护器件的作用，又当电机正常同步运行时，保证附加电阻RFl、RF2被切除，并防止灭磁晶闸管误导通，可使电机在遇到故障，被迫跳闸停机时，减少电机受损伤程度。
(3)起动前，人为按下ANl、AN2可以实验灭磁回路。
3．2 投励控制
同步电动机的投励过程控制是一个非常重要的问题，主要表现为对投励时间和投励角度的选择上。理想的投励时间是指当电机异步启动到亚同步速时，即转速达到同步速的95％-98％之间；准角度投励是指在转子感应电流的过零点，即从负半周到正半周的零点准确投励。满足两者条件时，励磁绕组产生同步力矩，使电机尽早进入同步。
转子两端的电压经电阻R12、R11、二管D7后，在稳压管Z7两端得到了近似的矩形波，经过光耦TPl送人PLC。经过计算和判断后，PLC输出点PLCDO控制光耦TP3，控制TC787的5脚，当其为低电位时，输出6路触发信号，完成投励，
4。有两种投励方式：
(1)按照"准角强励整步"的原则设计，并具有强励磁整步的功能。所谓准角度投励，系指电机转速进入临界滑差，按准角度投励方式，这样电机进入同步时轻松、快速平滑无冲击。投励时刻的滑差大小，通过面板按键菜单操作任意设定。
(2)后备投励
若滑差投励不成，即达不到设定的滑差值，可按预定的后备投励时间和准角度方式投励。后备投励时间的大小，通过面板按键菜单操作任意设定。
3．3 励磁电流控制
三相晶闸管移相触发电路选用TC787，经三管后，驱动6路脉冲变压器，输出为调制脉冲列，触发1KGZ～6KGZ晶闸管。TC787有移相控制端和投励控制端。
18、1、2脚是三相同步信号，来自同步变压器的三相电源电压Va、Vb、Vc；16、15、14、13脚外接电容用于调节脉冲列的频率；12、11、10、9、8、7输出六相脉冲，分别与T1、T2、T3、T4、T5、T6六个三管的基连接。三管驱动脉冲变压器，其二次经整流二管输出到晶闸管的门和阴，以满足电气隔离和触发功率的要求。4脚是有移相控制端；5脚是投励控制端；17、3脚是工作电源输入端；6脚为全桥控制端。
为了满足同步机各种工况的要求，运行过程中的励磁电流控制模式分为：恒励磁电流模式和恒无功功率模式。因此选用了模拟量模块与S7-200配合使用，构成单闭环控制系统。励磁给定值由外接电位器提供，无功电流由无功电流转换器提供，励磁电流由霍尔元件LEM块检测励磁电流得到。三个模拟信号送入PLC的模拟输入端。
3.4 系统故障监控
系统故障主要包括：同步机失步、可控整流器缺相或失控、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁电流限等。
3.4.1 失步监测
失步保护采样信号，来自串接在转子励磁回路的分流器两端的不失真毫伏信号。此信号经放大、变换，光耦隔离后输入PLC，对其波形特征进行分析，判断电机是否失步。当发生带励失步时，应切断励磁，识别后判断是报警还是再整步运行。
3.4.2 晶闸管故障监控
晶闸管励磁整流波形整型后经光耦送入PLC，如果波头相互比较，宽度误差较大，说明全控整流桥出现故障，如：脉冲丢失、三相丢波缺相、失控、管压降波形崎变等各种现象，造成励磁电流不稳定。
3.4.3 灭磁晶闸管误导通
在实际运行当中，偶尔会出现灭磁晶闸管误导通，引起附加电阻加热，经过一段时间后，造成控制柜内的控制线烤焦、进而发生电气短路事故。
检测附加电阻RFl、RF2两端的电压信号，经过比较判断，将结果送入PLC，进行联锁和报警。
3.4.4 励磁电流限
在整流变压器的一次侧，A相和C相装有电流互感器，二次引线经变换识别电路后，将信号送入PLC，过流信号达到设定时间后，报警或跳闸。以防止励磁电流过大引起励磁绕组过热，损坏电机。
3.5 辅助控制环节
3.5.1 停车后逆变控制
当同步机停车或故障跳闸时，PLC发出指令使三相全控整流桥晶闸管1KGZ-6KGZ的控制角变为140°，可控整流桥工作在逆变状态，不致因同步机停车时转子电感放电造成续流或颠覆而烧坏元件。
当电网电压下降到整定值，一般为80％时，PLC发出强励信号，可达到正常励磁电流的1.4倍，进行强励，以防止同步机失步，10s钟后，若电网电压不回升，PLC撤消强励信号，以防转子绕组过热。强励时间为10-14s，具体时间人机界面设定。
4 系统软件设计
同步机励磁，PLC它的软件主要由三大部分组成：主控程序、显示及设置程序、实时处理程序。
4.1 主程序
主要完成PLC的各种参数的初始化，子程序的调用、及系统的主要监控环节。
4.2 显示及设置程序
依据系统程序调用汉显内容的使能位，显示有关内容；将设置的内容存放在的存储器，以便调用。
4.3 实时处理程序
4.3.1 投励模块
一是正常投励：智能监测转子滑差，在主机起动后，通过计算转子滑差的变化来开放相应的功能(如投全压、投励)，即转子频率为5Hz时，发出投全压指令；当转子频率为2.5Hz时，选择在"感应电压顺性尾端过零点"的时刻投励，此时，转子感应电压及电流接近于零，转子感应电流方向与励磁装置输出电流方向一致，投励为容易，有利于将电机牵人同步，完成正常投励。
二是后备投励：若正常投励不成功，在主机起车后，开始记时，若记时到后备投励设定时间，同样选择在"感应电压顺性尾端过零点"的时刻投励，完成后备投励。
4.3.2励磁调节模块
一是恒定励磁调节模式，将励磁给定信号和励磁电流反馈信号经模拟量输人模块送人PLC进行数字PID运算，通过模拟量输出端控制晶闸管移相触发电路；
二是恒定无功功率调节模式，将励磁给定信号和无功电流反馈信号经模拟量输入模块送人PLC进行数字PID运算，通过模拟量输出端控制晶闸管移相触发电路。
4.3.3 晶闸管故障检测模块
如果励磁整流波头相互比较，宽度误差大于10％，报警；如果波头相互比较误差大于20％，或周期内缺一个波头，而且时间过1 min，停机并报警。总之，正常情况下，三相全控桥的整流波形在一个周期，有六个波头，而且，每个波头几乎相同。不符合此标准者，被认为故障，会引起带励失步，若不及时处理必将事故扩大。
4.3.4 失步检测模块
将失步信号整形后送人PLC，测量矩形的宽度和频率，与设定值比较，达到者被认为失步。当电机失步后，PLC立即封锁投励控制信号，同时灭磁继电器复位，使电机进入异步驱动阶段，然后电机转速自动上升，待进入临界滑差后，励磁装置自动投励，按准确强励对电机实施整步，使电机恢复到同步状态。如整步失败，PLC发出跳闸信号动作于跳闸回路。液晶显示屏显示"失步"或"整步失败"，按复位键复位。
4.3.5 故障连锁模块
同步机的负载以压风机为例来说，把压风机的保护检测信号，如轴温、一排温度、二排温度、一排压力、二排压力、冷却水压等等报警信号送人PLC，依据压风机的具体要求实现连锁。
5 结束语
上述系统已通过实验验证，各项指标达到预期目标，样机进入工业实验阶段。
(1)同步机励磁装置PLC控制器，与单片机控制器相比较，研制，整个系统成本小、功能强大，配置汉显的人机界面、适合于恶劣的工业环境。
(2)便于将机械设备的控制柜与励磁装置融为一体，减小体积、增强控制功能、提升原来系统的自动化水平。
该厂自动化系统以德国西门子公司的SIMATIC S5-115U型PLC作为控制站，用PROFIBUS现场总线实现PLC与PLC之间、PLC与上位机之间的数据通讯，并在国内采用西门子的SINAUT无线通讯技术，实现了取水泵站与中控室通讯控制站之间的远程数据交换。上位机通过以太网与公司总调度室实现远遥。
同时，该厂还采用了西门子公司的800KW大功率变频调速系统、FIX DMAC上位机监控系统、美国W&T的全套自动真空加氯系统、ALL-DOS自动投矾系统、德国E+H和美国HACH、德国Krohn公司等的仪器仪表系统。
该厂全套自动化仪表系统、加氯、加矾系统的设计、施工、调试由武汉自来水工程公司自动化工程技术公司承担，在项目实施过程中，得到西门子（中国）有限公司自动化与驱动部的大力支持。
上述系统在1998年7月1日成功投入运行之后，在1998年特大洪水淹没了九江市区的危机关头，刚投入运行的新水厂运行稳定良好，发挥了其的作用，事后受到了国内的一致高度评价，被电视台誉为长江沿岸的一个有现代化水平的水厂。
一、 系统结构配置：
全厂按工艺流程分为四个PLC子站进行数据采集和控制：
1#PLC站：取水深进泵站；
2#PLC站：厂区净化部分；（加矾、加氯、反应沉淀池、滤池）
3#PLC站：送水泵站；
4#PLC站：中控室通讯控制站；
其中：取水泵站与中控室通讯控制站是采用SIEMENS的无线通讯SINAUT系统进行远距离无线传输，2#PLC与3#PLC、4#PLC则是通过PROFIBUS现场总线相联。
二、 系统功能简介：
1． 取水泵站：
PLC除采集监视泵机、阀门、配电设备的运行状态和相关数据外，对水泵、阀门、开关柜、800KW变频调速等设备可进行远距离操作及全自动优化操作。
通过取水、无线通讯系统SINAUT，将所有的数据采集并传到厂中控室进行处理，由中控室发指令对现场设备进行远遥操作。
2． 厂区净化部分：
反应沉淀池部分：
— 反应池为PLC自动投矾，由游动电流仪检测SCD值，反馈到加矾间变频调速计量泵，通过PID调节投矾量，排泥方式为PLC控制进行周期排泥。
— 沉淀池为行车排泥，全过程由PLC程序控制，排泥方式为检测泥位值与周期排泥两方式。
滤池部分：
— 所有滤池由声波水位计检测水位，PLC根据水位设定值对清水阀门进行连续PID调节，达到衡水位过滤运行效果。
— 滤池反冲洗全过程由PLC程序控制，冲洗条件为水头损失值与周期反冲洗相结合两种方式。单口滤池冲洗设备程序联动。滤池之间冲洗互锁，达到合理调度的效果。
加矾部分：
加矾间的成品矾配制。成品矾浓度测量和耗矾量均由PLC完成。投加计量由沉淀池的SCD反馈控制，控制方式分调频率和调冲程两种，运用合理的数学模型使沉淀水出水浊度长期保持在0.5-3NTU之间。
加氯部分：
整套加氯系统分为氯库，切换系统、加氯机、及水射器部分，除人工换氯瓶外，其它过程由PLC来完成；加氯系统配有漏氯报警器和余氯分析仪，以确保加氯全过程，，出厂水指标准确合格。前加氯为流量配比型；后加氯为余氯反馈型；
3． 送水泵站：
PLC采集泵机、阀门配电设备的运行状态、相关数据，对各类泵机、阀门、配电设备等可操作设备进行远距离操作或优化调度控制，对全厂变电站的所有数据参数采集传到中控室工作站上（如：电压、电流、电度、有功功率、无功功率、功率因素等）。
4． 中控室通讯控制站：
本站PLC专门负责PLC1-PLC3的网络管理，并直接与工作站相连并进行全厂的数据交换；本站的SINAUT无线通讯系统与取水泵站PLC1组成无线通讯网。
5． 工作站：
工作站采用FIX DMAC人机界面软件，可浏览所有工艺过程画面，能完成各类数据的记录、存盘、报警；处理打印各种生产报表、曲线图和直方图等。同时，全厂所有可操作的设备均可通过操作员在工作站上通过鼠标和权限进行遥控操作，完成生产指挥调度过程；同时，它还通过以太网将水厂的到公司总调度室，让公司总调度室能实时地掌握水厂的生产情况。
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