ZEROSPAN之Motosoft-NS马达软启动器在塑胶配料自动控制系统的应用
在大型塑胶制品工厂中，原材料的混合工序是配料过程中的重要环节。目前大多工厂的混合系统采用继电器控制，元器件多，线路复杂，现场环境恶劣。故障率高，且维护检修困难。为改善现场工作环境、提高工作效率，应采用可编程式控制器完成整个混合过程的自动化控制。本设计是唐山晔联管件有限公司的实际项目， PLC编程、模组化结构、蜂鸣器和指示灯结合的警报系统。采用手动和自动操作两种方式，两种方式间可以自由切换，且联锁保护。通过了生产现场的调试。
1 系统工作原理
本系统分高速混合和冷拌两部分，主要设备有高速混合机、冷拌机、检测设备和集尘器（自成系统）等。
1、1 系统自动工作过程如下：
（1）操作模式：混合机、冷拌机切置自动，混合机排料切置开
（2）启动条件：
a.混合机、冷拌机维修盖关闭定位。 b.混合机、冷拌机未超载异常。
c.混合机温度未超温异常。 d.储料桶上限未到达。
（3）混合机启动信号ON，或按一下混合机ON时，混合机由低速启动运转，待混合机低速运转计时到达后，混合机高速运转。
（4）待混合机混合完成温度设定值到达，或混合时间计时完成时，则警报器鸣响，10秒后自动复归警报器或按警报复归按钮复归警报器。
（5）待警报计时完成，且混合机排料切置开，则自动排料到冷拌机，若冷拌机切置自动，则触发启动冷拌机运转，若未将混合机排料切置开，则警报器动作，通知人员将其切置开，即能复归警报器。
（6）当混合机排料计时器计时完成，则混合机停止，且料口吹气清洁5秒后，关闭排料阀与吹气阀，料口吹气停止。
（7）冷拌机运转，冷拌机冷却温度到达，延时10秒后冷拌机自动排料，且排料计时器计时，待冷拌机排料计时到达后，则冷拌机停止运转，关闭冷拌机排料阀且吹气清洁排料口。
1、2 系统设备及主要参数
1.2.1 混合机
全容量：1050L 物料入量：600-720L
混合重量：360KG 机械重量：5.6T
1） 驱动装置
采用赫格隆液力马达为动力装置。自带动力站，液压油泵电机额定功率约125/250HP、4/8P。双星型接线。液压油温、油位、压力、流量、报警、液压马达启动、准备就绪等信号上传至控制室；控制电机启动、液压马达启动、液压马达停止、紧急停车等信号。
混合机驱动采用ZEROSPAN公司生产的NS-32420 型马达缓冲启动器。
2） 检测装置
（1）温度检测信号采用XMT-8000 系列智慧型类比量温度控制器。
a.控温精度：分辩率 512 Bit ，实际控制值 ± 0.1%。
b.控制功能：智慧型 PID自整定、专家模糊控制功能。
c.输出方式：模拟量输出控制:4-20 mA电流型、0-5V电压型。
d.附属功能：传感线开、短路自动检知并蜂鸣报警，超上、下限蜂鸣报警。
（2）料位元检测信号采用PLS-3型γ射线料位元计，用于监测混合机料位。
1.2.2 冷拌机
全容量 ： 2000L 物料入量： 800-1400L
混合重量： 720KG 机械重量： 4T
1） 驱动装置采用笼型三相非同步电动机，额定功率为45HP、4P。
2） 检测装置温度检测信号采用XMT-8000 系列智慧型类比量温度控制器。
1.2.3 集尘器
集尘器采用自动逆洗式集尘器，加装在混合桶及冷拌桶上，实现全封闭无尘混合。集尘器自成系统，采用三菱FX2N-16MR型PLC控制。本系统为其提供供电电源。
1.3 混合机系统的联锁要求
（1）混合机启动的条件为：混合机维修盖关闭定位，由电磁阀控制。
（2）冷拌机启动的条件为：冷拌机维修盖关闭定位，储料桶上限未到达，自动时混合机排料后自动触发冷拌机运转。
（3）系统自动运行时，原则上不允许手动介入，以免引起系统的误动作。
（4）当混合机料位计对通时，自动关闭上方计量桶排料阀，并将信号回馈给中央控制室。
1、4 总体控制方案
采用可编程控制器（PLC）来实现对混合机系统的全程序控制的方案。电气控制采用三菱电机公司生产的FX2N-64MR型PLC为控制核心，设置了一个本地站、一个远端站，由通讯电缆连接。PLC系统实现流程选择、流程联锁、流程起动、故障停止、紧急停止、流程报警等流程功能。
采用ZEROSPAN公司生产的NS-32420马达缓冲启动器对混合机调速。使用前设置电动机的起动方式为转矩控制起动,并由PLC控制起停。
系统运行过程中所有的位置检测和安全检测都均由限位元开关和电磁阀门实现，另外混合机和冷拌机配备电磁接触器完成控制联锁。混合机高料位元的安全检测采用γ射线料位元计完成。
外部电路包括电动机、软启动器、限位元开关、电磁接触器、按钮、指示灯等，控制系统框图
2、硬体设计
2、1 设备驱动
2、1、1混合机驱动
主要由CPU为8096的主控板、驱动板、电机主控制回路及控制面板构成。本系统选用ZEROSPAN公司生产的NS-32420型马达缓冲启动器进行软启动，在使用前设置电动机的起动方式为转矩控制起动。
系统的工作原理为：当电动机达到启动条件时，可编程控制器向软启动器发出启动命令，软启动器通过可控矽控制电动机的启动电压和电流，使混合机平滑启动到低速。当电压达到额定值时，接触器吸合，可控矽短路，三相电源直接加在电动机上，软启动器启动完成，并向可编程控制器发启动完成信号。当混合机达到停机条件时，由可编程控制器向软启动器发停机命令，在软启动器的制动停车控制下，电动机逐渐减速至完全停机。
2、1、2 冷拌机驱动
由可编程控制器控制电磁接触器M2来控制冷拌机的启动和制动。
2、1、3 集尘机驱动
集尘机自成系统，但仍由本系统提供电源。当它们达到运行条件时，由可编程控制器之间的通讯信号来控制其运转，以完成此系统的供电。
2、2 γ射线料位元计
本系统采用北戴河兰德科技生产的PLS系列γ射线料位元计完成混合机的安全检测。装于混合机入口处，该料位计内置继电器，使用前设置其输出为高料位元状态。当原料进入混合机内，原料高度达到上限位时，探测器被原料挡住，不能接收到放射源放射出的γ射线，γ射线料位元的内置继电器断开，此时由PLC控制计量桶排料阀关闭，并报警。实现混合机的安全检测。
工作原理如下：由放射源和探测器两部分组成。使用Cs-137放射源，其放射出γ粒子能量是0.662Mev。密封于不锈钢圆柱中，置于外包钢壳的密封铅室内。铅室厚度远大于国家规定的安全防护标准值，因此使用该仪器是安全的。源室是为装放射源而设，放射源旋转在铅室中心，并由准直孔射出γ射束。由盖革计数管或闪烁晶体来接收从放射源准直孔射出的γ粒子。当γ粒子与其发生相互作用时，产生电压脉冲，此电压脉冲经过信号预处理电路进行适当的变换后进入信号处理电路进行处理。在实际应用时，当γ射线经过准直孔对准探测器探头部位元时，探测器电路中的脉冲信号对应著经过容器壁误差后到达探头的束流强度。当容器中有物料时，到达探头的放射性束流强度进一步被衰减，对应的脉冲信号资讯将变化，由这些信号差别即可测知物料存在的资讯。电路中的信号处理电路对接收到的不同情况下的信号资讯进行处理后，可以按用户使用要求和料位元情况驱动继电器动作，完成控制或报警工作。接线如图3所示。其中3脚用于安装时现场测量。4、5及6脚用于接向控制电路。
1、2－交流220V电源输入线 3－脉冲测量线 4、5、6脚－继电器触点引出线 7－探测器地线
2、3 温度控制器
混合机的混合温度采用XMT-8000智慧PID温度控制器监测及控制。
2、4 信号指示
本系统在运行和故障时均给出信号指示，均由可编程控制器控制。
3 软体设计
3、1软体构成
3、1、1任意位置的程式停止
程式中将系统运行过程中所有的输入、输出信号都做了记忆处理，这样即使程式停止一段时间，再次启动程式控制运行时设备仍会按停止前的状态重新继续运行，而不受系统停止位元的影响。
3、1、2警报系统
对出现异常情况时的报警做了特殊的处理，同时能通过相应的信号指示灯显示出异常所在。如：当混合机（冷拌机）马达超载或混合机混合温度超温异常时，则系统随之停止，且混合机（冷拌机）OFF指示灯闪烁、警报器鸣响，按一下警报复归按钮即能复归警报，在查看超载保护器并排除异常后，即能复归指示灯。当储料桶满料时，储料桶高液位指示灯亮。
3、1、3所有设备的单独操作均可在空输中控室完成
3、2 系统控制方式
有手动和自动2种，转换均可以在程式控制台上切换完成。并且在中控室操作台、本地设备操作台及集控台均加装了紧急停止按钮，以便在运行中发现故障时紧急停止设备运行。
（1）手动控制方式：通过本地设备操作台和集控台上的相应按钮直接控制各设备运行，在此方式下设备之间的相互联锁完全保留。
（2）自动控制方式：通过PLC可以实现整个系统的混合及冷拌的全自动控制。联锁条件与手动控制方式相同。
4、结论
本系统不仅可以做PVC粉体之混合，且可作为多种塑胶原料混合系统的框架，只需依所混合原料之特性稍加适当调整。实践证明，在PVC粉料的混合中，采用本设计的混合机控制系统，加上正确的混合工序和严谨的操作，能够得到高品质的混合料。
1 系统工作原理
本系统分高速混合和冷拌两部分，主要设备有高速混合机、冷拌机、检测设备和集尘器（自成系统）等。
1、1 系统自动工作过程如下：
（1）操作模式：混合机、冷拌机切置自动，混合机排料切置开
（2）启动条件：
a.混合机、冷拌机维修盖关闭定位。 b.混合机、冷拌机未超载异常。
c.混合机温度未超温异常。 d.储料桶上限未到达。
（3）混合机启动信号ON，或按一下混合机ON时，混合机由低速启动运转，待混合机低速运转计时到达后，混合机高速运转。
（4）待混合机混合完成温度设定值到达，或混合时间计时完成时，则警报器鸣响，10秒后自动复归警报器或按警报复归按钮复归警报器。
（5）待警报计时完成，且混合机排料切置开，则自动排料到冷拌机，若冷拌机切置自动，则触发启动冷拌机运转，若未将混合机排料切置开，则警报器动作，通知人员将其切置开，即能复归警报器。
（6）当混合机排料计时器计时完成，则混合机停止，且料口吹气清洁5秒后，关闭排料阀与吹气阀，料口吹气停止。
（7）冷拌机运转，冷拌机冷却温度到达，延时10秒后冷拌机自动排料，且排料计时器计时，待冷拌机排料计时到达后，则冷拌机停止运转，关闭冷拌机排料阀且吹气清洁排料口。
1、2 系统设备及主要参数
1.2.1 混合机
全容量：1050L 物料入量：600-720L
混合重量：360KG 机械重量：5.6T
1） 驱动装置
采用赫格隆液力马达为动力装置。自带动力站，液压油泵电机额定功率约125/250HP、4/8P。双星型接线。液压油温、油位、压力、流量、报警、液压马达启动、准备就绪等信号上传至控制室；控制电机启动、液压马达启动、液压马达停止、紧急停车等信号。
混合机驱动采用ZEROSPAN公司生产的NS-32420 型马达缓冲启动器。
2） 检测装置
（1）温度检测信号采用XMT-8000 系列智慧型类比量温度控制器。
a.控温精度：分辩率 512 Bit ，实际控制值 ± 0.1%。
b.控制功能：智慧型 PID自整定、专家模糊控制功能。
c.输出方式：模拟量输出控制:4-20 mA电流型、0-5V电压型。
d.附属功能：传感线开、短路自动检知并蜂鸣报警，超上、下限蜂鸣报警。
（2）料位元检测信号采用PLS-3型γ射线料位元计，用于监测混合机料位。
1.2.2 冷拌机
全容量 ： 2000L 物料入量： 800-1400L
混合重量： 720KG 机械重量： 4T
1） 驱动装置采用笼型三相非同步电动机，额定功率为45HP、4P。
2） 检测装置温度检测信号采用XMT-8000 系列智慧型类比量温度控制器。
1.2.3 集尘器
集尘器采用自动逆洗式集尘器，加装在混合桶及冷拌桶上，实现全封闭无尘混合。集尘器自成系统，采用三菱FX2N-16MR型PLC控制。本系统为其提供供电电源。
1.3 混合机系统的联锁要求
（1）混合机启动的条件为：混合机维修盖关闭定位，由电磁阀控制。
（2）冷拌机启动的条件为：冷拌机维修盖关闭定位，储料桶上限未到达，自动时混合机排料后自动触发冷拌机运转。
（3）系统自动运行时，原则上不允许手动介入，以免引起系统的误动作。
（4）当混合机料位计对通时，自动关闭上方计量桶排料阀，并将信号回馈给中央控制室。
1、4 总体控制方案
采用可编程控制器（PLC）来实现对混合机系统的全程序控制的方案。电气控制采用三菱电机公司生产的FX2N-64MR型PLC为控制核心，设置了一个本地站、一个远端站，由通讯电缆连接。PLC系统实现流程选择、流程联锁、流程起动、故障停止、紧急停止、流程报警等流程功能。
采用ZEROSPAN公司生产的NS-32420马达缓冲启动器对混合机调速。使用前设置电动机的起动方式为转矩控制起动,并由PLC控制起停。
系统运行过程中所有的位置检测和安全检测都均由限位元开关和电磁阀门实现，另外混合机和冷拌机配备电磁接触器完成控制联锁。混合机高料位元的安全检测采用γ射线料位元计完成。
外部电路包括电动机、软启动器、限位元开关、电磁接触器、按钮、指示灯等，控制系统框图
2、硬体设计
2、1 设备驱动
2、1、1混合机驱动
主要由CPU为8096的主控板、驱动板、电机主控制回路及控制面板构成。本系统选用ZEROSPAN公司生产的NS-32420型马达缓冲启动器进行软启动，在使用前设置电动机的起动方式为转矩控制起动。
系统的工作原理为：当电动机达到启动条件时，可编程控制器向软启动器发出启动命令，软启动器通过可控矽控制电动机的启动电压和电流，使混合机平滑启动到低速。当电压达到额定值时，接触器吸合，可控矽短路，三相电源直接加在电动机上，软启动器启动完成，并向可编程控制器发启动完成信号。当混合机达到停机条件时，由可编程控制器向软启动器发停机命令，在软启动器的制动停车控制下，电动机逐渐减速至完全停机。
2、1、2 冷拌机驱动
由可编程控制器控制电磁接触器M2来控制冷拌机的启动和制动。
2、1、3 集尘机驱动
集尘机自成系统，但仍由本系统提供电源。当它们达到运行条件时，由可编程控制器之间的通讯信号来控制其运转，以完成此系统的供电。
2、2 γ射线料位元计
本系统采用北戴河兰德科技生产的PLS系列γ射线料位元计完成混合机的安全检测。装于混合机入口处，该料位计内置继电器，使用前设置其输出为高料位元状态。当原料进入混合机内，原料高度达到上限位时，探测器被原料挡住，不能接收到放射源放射出的γ射线，γ射线料位元的内置继电器断开，此时由PLC控制计量桶排料阀关闭，并报警。实现混合机的安全检测。
工作原理如下：由放射源和探测器两部分组成。使用Cs-137放射源，其放射出γ粒子能量是0.662Mev。密封于不锈钢圆柱中，置于外包钢壳的密封铅室内。铅室厚度远大于国家规定的安全防护标准值，因此使用该仪器是安全的。源室是为装放射源而设，放射源旋转在铅室中心，并由准直孔射出γ射束。由盖革计数管或闪烁晶体来接收从放射源准直孔射出的γ粒子。当γ粒子与其发生相互作用时，产生电压脉冲，此电压脉冲经过信号预处理电路进行适当的变换后进入信号处理电路进行处理。在实际应用时，当γ射线经过准直孔对准探测器探头部位元时，探测器电路中的脉冲信号对应著经过容器壁误差后到达探头的束流强度。当容器中有物料时，到达探头的放射性束流强度进一步被衰减，对应的脉冲信号资讯将变化，由这些信号差别即可测知物料存在的资讯。电路中的信号处理电路对接收到的不同情况下的信号资讯进行处理后，可以按用户使用要求和料位元情况驱动继电器动作，完成控制或报警工作。接线如图3所示。其中3脚用于安装时现场测量。4、5及6脚用于接向控制电路。
1、2－交流220V电源输入线 3－脉冲测量线 4、5、6脚－继电器触点引出线 7－探测器地线
2、3 温度控制器
混合机的混合温度采用XMT-8000智慧PID温度控制器监测及控制。
2、4 信号指示
本系统在运行和故障时均给出信号指示，均由可编程控制器控制。
3 软体设计
3、1软体构成
3、1、1任意位置的程式停止
程式中将系统运行过程中所有的输入、输出信号都做了记忆处理，这样即使程式停止一段时间，再次启动程式控制运行时设备仍会按停止前的状态重新继续运行，而不受系统停止位元的影响。
3、1、2警报系统
对出现异常情况时的报警做了特殊的处理，同时能通过相应的信号指示灯显示出异常所在。如：当混合机（冷拌机）马达超载或混合机混合温度超温异常时，则系统随之停止，且混合机（冷拌机）OFF指示灯闪烁、警报器鸣响，按一下警报复归按钮即能复归警报，在查看超载保护器并排除异常后，即能复归指示灯。当储料桶满料时，储料桶高液位指示灯亮。
3、1、3所有设备的单独操作均可在空输中控室完成
3、2 系统控制方式
有手动和自动2种，转换均可以在程式控制台上切换完成。并且在中控室操作台、本地设备操作台及集控台均加装了紧急停止按钮，以便在运行中发现故障时紧急停止设备运行。
（1）手动控制方式：通过本地设备操作台和集控台上的相应按钮直接控制各设备运行，在此方式下设备之间的相互联锁完全保留。
（2）自动控制方式：通过PLC可以实现整个系统的混合及冷拌的全自动控制。联锁条件与手动控制方式相同。
4、结论
本系统不仅可以做PVC粉体之混合，且可作为多种塑胶原料混合系统的框架，只需依所混合原料之特性稍加适当调整。实践证明，在PVC粉料的混合中，采用本设计的混合机控制系统，加上正确的混合工序和严谨的操作，能够得到高品质的混合料。
