ZEROSPAN之Motosoft-NS馬達軟啟動器在塑膠配料自動控制系統的應用
在大型塑膠制品工廠中，原材料的混合工序是配料過程中的重要環節。目前大多工廠的混合系統採用繼電器控制，元器件多，線路複雜，現場環境惡劣。故障率高，且維護檢修困難。為改善現場工作環境、提高工作效率，應採用可編程式控制器完成整個混合過程的自動化控制。本設計是唐山曄聯管件有限公司的實際項目， PLC編程、模組化結構、蜂鳴器和指示燈結合的警報系統。採用手動和自動操作兩種方式，兩種方式間可以自由切換，且聯鎖保護。通過了生產現場的調試。
1 系統工作原理
本系統分高速混合和冷拌兩部分，主要設備有高速混合機、冷拌機、檢測設備和集塵器（自成系統）等。
1、1 系統自動工作過程如下：
（1）操作模式：混合機、冷拌機切置自動，混合機排料切置開
（2）啟動條件：
a.混合機、冷拌機維修蓋關閉定位。 b.混合機、冷拌機未超載異常。
c.混合機溫度未超溫異常。 d.儲料桶上限未到達。
（3）混合機啟動信號ON，或按一下混合機ON時，混合機由低速啟動運轉，待混合機低速運轉計時到達后，混合機高速運轉。
（4）待混合機混合完成溫度設定值到達，或混合時間計時完成時，則警報器鳴響，10秒后自動復歸警報器或按警報復歸按鈕復歸警報器。
（5）待警報計時完成，且混合機排料切置開，則自動排料到冷拌機，若冷拌機切置自動，則觸發啟動冷拌機運轉，若未將混合機排料切置開，則警報器動作，通知人員將其切置開，即能復歸警報器。
（6）當混合機排料計時器計時完成，則混合機停止，且料口吹氣清潔5秒后，關閉排料閥與吹氣閥，料口吹氣停止。
（7）冷拌機運轉，冷拌機冷卻溫度到達，延時10秒后冷拌機自動排料，且排料計時器計時，待冷拌機排料計時到達后，則冷拌機停止運轉，關閉冷拌機排料閥且吹氣清潔排料口。
1、2 系統設備及主要參數
1.2.1 混合機
全容量：1050L 物料入量：600-720L
混合重量：360KG 機械重量：5.6T
1） 驅動裝置
採用赫格隆液力馬達為動力裝置。自帶動力站，液壓油泵電機額定功率約125/250HP、4/8P。雙星型接線。液壓油溫、油位、壓力、流量、報警、液壓馬達啟動、準備就緒等信號上傳至控制室；控制電機啟動、液壓馬達啟動、液壓馬達停止、緊急停車等信號。
混合機驅動採用ZEROSPAN公司生產的NS-32420 型馬達緩衝啟動器。
2） 檢測裝置
（1）溫度檢測信號採用XMT-8000 系列智慧型類比量溫度控制器。
a.控溫精度：分辯率 512 Bit ，實際控制值 ± 0.1%。
b.控制功能：智慧型 PID自整定、專家模糊控制功能。
c.輸出方式：模擬量輸出控制:4-20 mA電流型、0-5V電壓型。
d.附屬功能：傳感線開、短路自動檢知並蜂鳴報警，超上、下限蜂鳴報警。
（2）料位元檢測信號採用PLS-3型γ射線料位元計，用於監測混合機料位。
1.2.2 冷拌機
全容量 ： 2000L 物料入量： 800-1400L
混合重量： 720KG 機械重量： 4T
1） 驅動裝置採用籠型三相非同步電動機，額定功率為45HP、4P。
2） 檢測裝置溫度檢測信號採用XMT-8000 系列智慧型類比量溫度控制器。
1.2.3 集塵器
集塵器採用自動逆洗式集塵器，加裝在混合桶及冷拌桶上，實現全封閉無塵混合。集塵器自成系統，採用三菱FX2N-16MR型PLC控制。本系統為其提供供電電源。
1.3 混合機系統的聯鎖要求
（1）混合機啟動的條件為：混合機維修蓋關閉定位，由電磁閥控制。
（2）冷拌機啟動的條件為：冷拌機維修蓋關閉定位，儲料桶上限未到達，自動時混合機排料后自動觸發冷拌機運轉。
（3）系統自動運行時，原則上不允許手動介入，以免引起系統的誤動作。
（4）當混合機料位計對通時，自動關閉上方計量桶排料閥，並將信號回饋給中央控制室。
1、4 總體控制方案
採用可編程控制器（PLC）來實現對混合機系統的全程序控制的方案。電氣控制採用三菱電機公司生產的FX2N-64MR型PLC為控制核心，設置了一個本地站、一個遠端站，由通訊電纜連接。PLC系統實現流程選擇、流程聯鎖、流程起動、故障停止、緊急停止、流程報警等流程功能。
採用ZEROSPAN公司生產的NS-32420馬達緩衝啟動器對混合機調速。使用前設置電動機的起動方式為轉矩控制起動,並由PLC控制起停。
系統運行過程中所有的位置檢測和安全檢測都均由限位元開關和電磁閥門實現，另外混合機和冷拌機配備電磁接觸器完成控制聯鎖。混合機高料位元的安全檢測採用γ射線料位元計完成。
外部電路包括電動機、軟啟動器、限位元開關、電磁接觸器、按鈕、指示燈等，控制系統框圖
2、硬體設計
2、1 設備驅動
2、1、1混合機驅動
主要由CPU為8096的主控板、驅動板、電機主控制迴路及控制面板構成。本系統選用ZEROSPAN公司生產的NS-32420型馬達緩衝啟動器進行軟啟動，在使用前設置電動機的起動方式為轉矩控制起動。
系統的工作原理為：當電動機達到啟動條件時，可編程控制器向軟啟動器發出啟動命令，軟啟動器通過可控矽控制電動機的啟動電壓和電流，使混合機平滑啟動到低速。當電壓達到額定值時，接觸器吸合，可控矽短路，三相電源直接加在電動機上，軟啟動器啟動完成，並向可編程控制器發啟動完成信號。當混合機達到停機條件時，由可編程控制器向軟啟動器發停機命令，在軟啟動器的制動停車控制下，電動機逐漸減速至完全停機。
2、1、2 冷拌機驅動
由可編程控制器控制電磁接觸器M2來控制冷拌機的啟動和制動。
2、1、3 集塵機驅動
集塵機自成系統，但仍由本系統提供電源。當它們達到運行條件時，由可編程控制器之間的通訊信號來控制其運轉，以完成此系統的供電。
2、2 γ射線料位元計
本系統採用北戴河蘭德科技生產的PLS系列γ射線料位元計完成混合機的安全檢測。裝于混合機入口處，該料位計內置繼電器，使用前設置其輸出為高料位元狀態。當原料進入混合機內，原料高度達到上限位時，探測器被原料擋住，不能接收到放射源放射出的γ射線，γ射線料位元的內置繼電器斷開，此時由PLC控制計量桶排料閥關閉，並報警。實現混合機的安全檢測。
工作原理如下：由放射源和探測器兩部分組成。使用Cs-137放射源，其放射出γ粒子能量是0.662Mev。密封于不鏽鋼圓柱中，置於外包鋼殼的密封鉛室內。鉛室厚度遠大於國家規定的安全防護標準值，因此使用該儀器是安全的。源室是為裝放射源而設，放射源旋轉在鉛室中心，並由准直孔射出γ射束。由蓋革計數管或閃爍晶體來接收從放射源准直孔射出的γ粒子。當γ粒子與其發生相互作用時，產生電壓脈衝，此電壓脈衝經過信號預處理電路進行適當的變換后進入信號處理電路進行處理。在實際應用時，當γ射線經過准直孔對準探測器探頭部位元時，探測器電路中的脈衝信號對應著經過容器壁誤差后到達探頭的束流強度。當容器中有物料時，到達探頭的放射性束流強度進一步被衰減，對應的脈衝信號資訊將變化，由這些信號差別即可測知物料存在的資訊。電路中的信號處理電路對接收到的不同情況下的信號資訊進行處理后，可以按用戶使用要求和料位元情況驅動繼電器動作，完成控制或報警工作。接線如圖3所示。其中3腳用於安裝時現場測量。4、5及6腳用於接向控制電路。
1、2－交流220V電源輸入線 3－脈衝測量線 4、5、6腳－繼電器觸點引出線 7－探測器地線
2、3 溫度控制器
混合機的混合溫度採用XMT-8000智慧PID溫度控制器監測及控制。
2、4 信號指示
本系統在運行和故障時均給出信號指示，均由可編程控制器控制。
3 軟體設計
3、1軟體構成
3、1、1任意位置的程式停止
程式中將系統運行過程中所有的輸入、輸出信號都做了記憶處理，這樣即使程式停止一段時間，再次啟動程式控制運行時設備仍會按停止前的狀態重新繼續運行，而不受系統停止位元的影響。
3、1、2警報系統
對出現異常情況時的報警做了特殊的處理，同時能通過相應的信號指示燈顯示出異常所在。如：當混合機（冷拌機）馬達超載或混合機混合溫度超溫異常時，則系統隨之停止，且混合機（冷拌機）OFF指示燈閃爍、警報器鳴響，按一下警報復歸按鈕即能復歸警報，在查看超載保護器併排除異常后，即能復歸指示燈。當儲料桶滿料時，儲料桶高液位指示燈亮。
3、1、3所有設備的單獨操作均可在空輸中控室完成
3、2 系統控制方式
有手動和自動2種，轉換均可以在程式控制臺上切換完成。並且在中控室操作台、本地設備操作台及集控台均加裝了緊急停止按鈕，以便在運行中發現故障時緊急停止設備運行。
（1）手動控制方式：通過本地設備操作台和集控臺上的相應按鈕直接控制各設備運行，在此方式下設備之間的相互聯鎖完全保留。
（2）自動控制方式：通過PLC可以實現整個系統的混合及冷拌的全自動控制。聯鎖條件與手動控制方式相同。
4、結論
本系統不僅可以做PVC粉體之混合，且可作為多種塑膠原料混合系統的框架，只需依所混合原料之特性稍加適當調整。實踐証明，在PVC粉料的混合中，採用本設計的混合機控制系統，加上正確的混合工序和嚴謹的操作，能夠得到高品質的混合料。
1 系統工作原理
本系統分高速混合和冷拌兩部分，主要設備有高速混合機、冷拌機、檢測設備和集塵器（自成系統）等。
1、1 系統自動工作過程如下：
（1）操作模式：混合機、冷拌機切置自動，混合機排料切置開
（2）啟動條件：
a.混合機、冷拌機維修蓋關閉定位。 b.混合機、冷拌機未超載異常。
c.混合機溫度未超溫異常。 d.儲料桶上限未到達。
（3）混合機啟動信號ON，或按一下混合機ON時，混合機由低速啟動運轉，待混合機低速運轉計時到達后，混合機高速運轉。
（4）待混合機混合完成溫度設定值到達，或混合時間計時完成時，則警報器鳴響，10秒后自動復歸警報器或按警報復歸按鈕復歸警報器。
（5）待警報計時完成，且混合機排料切置開，則自動排料到冷拌機，若冷拌機切置自動，則觸發啟動冷拌機運轉，若未將混合機排料切置開，則警報器動作，通知人員將其切置開，即能復歸警報器。
（6）當混合機排料計時器計時完成，則混合機停止，且料口吹氣清潔5秒后，關閉排料閥與吹氣閥，料口吹氣停止。
（7）冷拌機運轉，冷拌機冷卻溫度到達，延時10秒后冷拌機自動排料，且排料計時器計時，待冷拌機排料計時到達后，則冷拌機停止運轉，關閉冷拌機排料閥且吹氣清潔排料口。
1、2 系統設備及主要參數
1.2.1 混合機
全容量：1050L 物料入量：600-720L
混合重量：360KG 機械重量：5.6T
1） 驅動裝置
採用赫格隆液力馬達為動力裝置。自帶動力站，液壓油泵電機額定功率約125/250HP、4/8P。雙星型接線。液壓油溫、油位、壓力、流量、報警、液壓馬達啟動、準備就緒等信號上傳至控制室；控制電機啟動、液壓馬達啟動、液壓馬達停止、緊急停車等信號。
混合機驅動採用ZEROSPAN公司生產的NS-32420 型馬達緩衝啟動器。
2） 檢測裝置
（1）溫度檢測信號採用XMT-8000 系列智慧型類比量溫度控制器。
a.控溫精度：分辯率 512 Bit ，實際控制值 ± 0.1%。
b.控制功能：智慧型 PID自整定、專家模糊控制功能。
c.輸出方式：模擬量輸出控制:4-20 mA電流型、0-5V電壓型。
d.附屬功能：傳感線開、短路自動檢知並蜂鳴報警，超上、下限蜂鳴報警。
（2）料位元檢測信號採用PLS-3型γ射線料位元計，用於監測混合機料位。
1.2.2 冷拌機
全容量 ： 2000L 物料入量： 800-1400L
混合重量： 720KG 機械重量： 4T
1） 驅動裝置採用籠型三相非同步電動機，額定功率為45HP、4P。
2） 檢測裝置溫度檢測信號採用XMT-8000 系列智慧型類比量溫度控制器。
1.2.3 集塵器
集塵器採用自動逆洗式集塵器，加裝在混合桶及冷拌桶上，實現全封閉無塵混合。集塵器自成系統，採用三菱FX2N-16MR型PLC控制。本系統為其提供供電電源。
1.3 混合機系統的聯鎖要求
（1）混合機啟動的條件為：混合機維修蓋關閉定位，由電磁閥控制。
（2）冷拌機啟動的條件為：冷拌機維修蓋關閉定位，儲料桶上限未到達，自動時混合機排料后自動觸發冷拌機運轉。
（3）系統自動運行時，原則上不允許手動介入，以免引起系統的誤動作。
（4）當混合機料位計對通時，自動關閉上方計量桶排料閥，並將信號回饋給中央控制室。
1、4 總體控制方案
採用可編程控制器（PLC）來實現對混合機系統的全程序控制的方案。電氣控制採用三菱電機公司生產的FX2N-64MR型PLC為控制核心，設置了一個本地站、一個遠端站，由通訊電纜連接。PLC系統實現流程選擇、流程聯鎖、流程起動、故障停止、緊急停止、流程報警等流程功能。
採用ZEROSPAN公司生產的NS-32420馬達緩衝啟動器對混合機調速。使用前設置電動機的起動方式為轉矩控制起動,並由PLC控制起停。
系統運行過程中所有的位置檢測和安全檢測都均由限位元開關和電磁閥門實現，另外混合機和冷拌機配備電磁接觸器完成控制聯鎖。混合機高料位元的安全檢測採用γ射線料位元計完成。
外部電路包括電動機、軟啟動器、限位元開關、電磁接觸器、按鈕、指示燈等，控制系統框圖
2、硬體設計
2、1 設備驅動
2、1、1混合機驅動
主要由CPU為8096的主控板、驅動板、電機主控制迴路及控制面板構成。本系統選用ZEROSPAN公司生產的NS-32420型馬達緩衝啟動器進行軟啟動，在使用前設置電動機的起動方式為轉矩控制起動。
系統的工作原理為：當電動機達到啟動條件時，可編程控制器向軟啟動器發出啟動命令，軟啟動器通過可控矽控制電動機的啟動電壓和電流，使混合機平滑啟動到低速。當電壓達到額定值時，接觸器吸合，可控矽短路，三相電源直接加在電動機上，軟啟動器啟動完成，並向可編程控制器發啟動完成信號。當混合機達到停機條件時，由可編程控制器向軟啟動器發停機命令，在軟啟動器的制動停車控制下，電動機逐漸減速至完全停機。
2、1、2 冷拌機驅動
由可編程控制器控制電磁接觸器M2來控制冷拌機的啟動和制動。
2、1、3 集塵機驅動
集塵機自成系統，但仍由本系統提供電源。當它們達到運行條件時，由可編程控制器之間的通訊信號來控制其運轉，以完成此系統的供電。
2、2 γ射線料位元計
本系統採用北戴河蘭德科技生產的PLS系列γ射線料位元計完成混合機的安全檢測。裝于混合機入口處，該料位計內置繼電器，使用前設置其輸出為高料位元狀態。當原料進入混合機內，原料高度達到上限位時，探測器被原料擋住，不能接收到放射源放射出的γ射線，γ射線料位元的內置繼電器斷開，此時由PLC控制計量桶排料閥關閉，並報警。實現混合機的安全檢測。
工作原理如下：由放射源和探測器兩部分組成。使用Cs-137放射源，其放射出γ粒子能量是0.662Mev。密封于不鏽鋼圓柱中，置於外包鋼殼的密封鉛室內。鉛室厚度遠大於國家規定的安全防護標準值，因此使用該儀器是安全的。源室是為裝放射源而設，放射源旋轉在鉛室中心，並由准直孔射出γ射束。由蓋革計數管或閃爍晶體來接收從放射源准直孔射出的γ粒子。當γ粒子與其發生相互作用時，產生電壓脈衝，此電壓脈衝經過信號預處理電路進行適當的變換后進入信號處理電路進行處理。在實際應用時，當γ射線經過准直孔對準探測器探頭部位元時，探測器電路中的脈衝信號對應著經過容器壁誤差后到達探頭的束流強度。當容器中有物料時，到達探頭的放射性束流強度進一步被衰減，對應的脈衝信號資訊將變化，由這些信號差別即可測知物料存在的資訊。電路中的信號處理電路對接收到的不同情況下的信號資訊進行處理后，可以按用戶使用要求和料位元情況驅動繼電器動作，完成控制或報警工作。接線如圖3所示。其中3腳用於安裝時現場測量。4、5及6腳用於接向控制電路。
1、2－交流220V電源輸入線 3－脈衝測量線 4、5、6腳－繼電器觸點引出線 7－探測器地線
2、3 溫度控制器
混合機的混合溫度採用XMT-8000智慧PID溫度控制器監測及控制。
2、4 信號指示
本系統在運行和故障時均給出信號指示，均由可編程控制器控制。
3 軟體設計
3、1軟體構成
3、1、1任意位置的程式停止
程式中將系統運行過程中所有的輸入、輸出信號都做了記憶處理，這樣即使程式停止一段時間，再次啟動程式控制運行時設備仍會按停止前的狀態重新繼續運行，而不受系統停止位元的影響。
3、1、2警報系統
對出現異常情況時的報警做了特殊的處理，同時能通過相應的信號指示燈顯示出異常所在。如：當混合機（冷拌機）馬達超載或混合機混合溫度超溫異常時，則系統隨之停止，且混合機（冷拌機）OFF指示燈閃爍、警報器鳴響，按一下警報復歸按鈕即能復歸警報，在查看超載保護器併排除異常后，即能復歸指示燈。當儲料桶滿料時，儲料桶高液位指示燈亮。
3、1、3所有設備的單獨操作均可在空輸中控室完成
3、2 系統控制方式
有手動和自動2種，轉換均可以在程式控制臺上切換完成。並且在中控室操作台、本地設備操作台及集控台均加裝了緊急停止按鈕，以便在運行中發現故障時緊急停止設備運行。
（1）手動控制方式：通過本地設備操作台和集控臺上的相應按鈕直接控制各設備運行，在此方式下設備之間的相互聯鎖完全保留。
（2）自動控制方式：通過PLC可以實現整個系統的混合及冷拌的全自動控制。聯鎖條件與手動控制方式相同。
4、結論
本系統不僅可以做PVC粉體之混合，且可作為多種塑膠原料混合系統的框架，只需依所混合原料之特性稍加適當調整。實踐証明，在PVC粉料的混合中，採用本設計的混合機控制系統，加上正確的混合工序和嚴謹的操作，能夠得到高品質的混合料。
