不饱和聚酯树脂DCS生产系统的设计及应用
摘 要：不饱和聚酯树脂DCS系统主要由石粉储料罐、石粉气旋筛、石粉喂料仓、石粉和树脂的混料机、搅拌仓、气动隔膜泵等主要设备，以及显示和控制料位的音叉式料位开关、阻旋式料位开关和隔膜式料位计组成，通过PLC控制柜实现DCS系统的连续生产，不需要人工操作。
关键词：不饱和聚酯树脂DCS生产系统
引言
不饱和聚酯树脂DCS系统是生产不饱和聚酯树脂锚固剂的一个中间过程，不饱和聚酯树脂锚固剂主要应用于煤矿井下巷道支护。不饱和聚酯树脂DCS系统主要由石粉储料罐、石粉气旋筛、石粉喂料仓、石粉和树脂的混料机、搅拌仓、气动隔膜泵等主要设备，以及显示和控制料位的音叉式料位开关、阻旋式料位开关和隔膜式料位计，通过PLC控制柜实现DCS系统的连续生产。不饱和聚酯树脂DCS控制系统不需要人工操作，能够直观显示料位的状态，当出现供料不足或到高料位时，能够报警提示操作人员。
一、音叉式开关
音叉开关在音叉的基座上安装有一对压电晶体，使音叉开关在一定频率下振动，当音叉开关被物料掩埋后，音叉振动的频率和幅度会发生变化，由检测电路对输入的信号转换为一个开关信号输出。音叉开关有多种输出形式，2线制AC、2线制DC、3线制PNP/NPN型晶体管。
供电电压：220VAV/24VDC
工作温度：叉体-30～150℃仪表-20～70℃
工作压力：小于2Mpa
介质密度：最低0.6g/cm3
输出方式：一组继电器输出（AC220V/3A，DC30V/3A）
输出延时：1～20秒
可调灵敏度：1～10级
可调功耗：1W
安装接口：锥管G1"
电气接口：M20×1.5
二、阻旋式料位开关
阻旋式料位开关采用微型电机经过减速后，带动监测叶片慢速旋转，当物料的料位到达叶片的位置时，叶片受到阻力，转速发生变化，检测机构便会发出一个位移量，首先触发一个微动开关，输出一个有料的信号，另一个微动开关就是需要切断电机的电源。当料位发生变化，叶片不再受到阻力，弹簧恢复常态，微动开关使电机电源接通，并发出没有的信号。
用途：上、下限
测量输出：开关信号
叶片转速：2.5转/分
接点容量：220V/3A（AC）
介质密度：≥0.2g/cm（较大叶片）
物料温度：-10～80℃，-20～250℃
灵敏度：五档可调（机芯）
安装方式：法兰安装G1.5″
螺纹环境温度：-10～80℃
供电电源：36V、110V、220V，AC
耗电功率：<3W
三、各类别开关的对比
音叉式料位开关和阻旋式料位开关用在石粉储料罐和石粉喂料仓的高、低限位。音叉式料位开关用于侧装探测储罐内是否有料，阻旋式料位开关用于顶装测量料位是否到高位，到高位及时发出报警信号。音叉式开关和阻旋式开关组合使用于大型的料罐，能够直观监测料位的变化，输入到PLC，实现自动化控制。
隔膜式压力变送器通过检测到压力的变化，将压力的变化转变为标准信号，当压力直接作用在膜片的表面，使膜片发生变形，检测电路把微小的变形转换为标准信号。
液体储料罐和混合仓底部主要采用隔膜式压力变送器，根据储罐和仓的高度选择合适的压力变送器，将压力信号转换为4～20mA标准信号输入到模拟量模块。
四、西门子PLC控制器
可编程序控制器广泛应用于工业自动化控制，西门子PLC控制器是控制系统的核心器件，可编程控制系统主要包括S7-200控制器，开关量、模拟量输入和输出模块。通过控制器可以实现计算较、定时、计时、运算等逻辑运算功能。
西门子S7-200可编程控制器控制点一般在256点之内，适合于单机控制或小型系統的控制。处理速度0.8～1.2ms；存贮器2k；数字量248点；模拟量35路。西门子7.5彩色触摸屏，能够直观显示系统运行的参数，并在屏幕上直接修改设置参数。触摸屏和CPU联机，在触摸屏上可以运行参数进行设置，并适时的显示当前的工作状态，出现变频器、料位、电机等异常时，可以发出报警信号，并及时的关闭运行系统，保护设备不被损坏。
胶泥仓和固化剂仓电机由变频器控制，1台11kW三菱变频器控制2台5.5kW电机，通过改变变频器的频率实现转速可调，使2台电机按照相同的转速运转。变频器的主回路主要是给异步电动机提供调压调频电源的电力转变。
控制回路主要是给异步电动机供电的主回路提供控制信号的回路，它有频率、电压的运算回路，通过外部测得速度、转矩与检测回路的频率、电压进行比较，来决定输出的频率和电压，保护电路可以检测主回路的电压、电流，当发生过流或过压时，停止工作，防止烧坏逆变器和电动机。
变频器是通过改变电机工作电源的频率控制电机的设备，变频器主要由整流、滤波、逆变、制动、驱动等处理单元组成，变频器靠内部IGBT（绝缘栅双极性三极管）来控制输出电压和频率，从而达到节能、调速的目的。通过PLC、输入模块、输出模块硬件的选择，以及传感器、变频器的选型，最终要通过编程实现自动化控制的功能。根据要实现的功能列出逻辑关系图，转变为梯形图，输入到PLC控制器，按照设计要求进行安装、调试。
CPU模块上的工作方式可以打到RUN运行状态和TERM调试状态，当正常工作时达到RUN位置，当需要对程序进行修改时达到TERM位置。在程序执行过程中，直接读取输入输出模块的ON/OFF状态，或直接将输出的ON/OFF状态送到输出模块。一次扫描时间分输入传送、程序执行、输出传送三个过程。输入模块分为开关量和模拟量输入，其中音叉开关、阻旋式料位开关为开关信号，隔膜式压力变送器为模拟信号。输入模块的输入状态传送到CPU的寄存器内，每次扫描前更新寄存器的状态。输出状态的寄存器将输出传送给输出模块，直接控制电磁阀驱动外部工作。内部继电器只在CPU内部进行处理，不向外部输出的CPU内部辅助继电器。减少了外部继电器的接线，使用更简单、方便。物料的搅拌时间和设备运行时间的控制可通过CPU内部定时器进行设定，定时器有0.1s、0.01s等多种时间，定时器的设定时间自动存入相对应的寄存器中。
结语：
不饱和聚酯树脂DCS系统主要由石粉储料罐、石粉气旋筛、石粉喂料仓、石粉和树脂的混料机、搅拌仓、气动隔膜泵等主要设备，以及显示和控制料位的音叉式料位开关、阻旋式料位开关和隔膜式料位计组成，通过PLC控制柜实现DCS系统的连续生产，不需要人工操作。笔者针对不饱和聚酯树脂DCS生产系统的设计以及应用进行了分析以及相关总结。
参考文献
[1]张娜娜，黄先会.不饱和聚酯树脂预混料控制系统的设计及应用[J].科技创新与应用，2016（23）：119.
（作者单位：宜兴市兴合树脂有限公司）