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乳化机控制系统中的应用

编辑:山东泰山乳化机有限公司   时间:2014/04/25   字号:
摘要:乳化机控制系统中的应用

1 序言
真空均质乳化机(简称乳化机)主要应用于化工、医药、生物、食品等诸多领域中非均相液一固和液一液多相体分散体系的混合。目前该设备在国内主要是采用传统的继电器控制系统构成,操作人员需要根据经验和仪表显示输入指令或数据进行手动操作,自动化程度不高,同时控制系统存在操作繁琐、温度控制超调量大、能耗高等缺点。
2 乳化机的工作过程
2.1 工作原理
乳化机由乳化锅、水相锅、油相锅、真空装置、温度控制系统、电气控制系统等组成。
生产工艺流程如图1所示[1,2]。油溶性和水溶性原料分别在油相锅和水相锅内熔化或溶解,温度一般保持在80℃左右,将用水蒸气加热的油相和水相原料通过过滤器加至乳化锅内,以进行均质搅拌、乳化和真空脱气。然后,向夹套通入冷水,冷却到一定温度后,添加香精,继续冷却至要求的温度停止搅拌,待恢复常压即可出料。
2.2 工作过程
(1)油相锅、水相锅进料后,启动油相、水相搅拌电机,在线设定油相、水相电机的转速;
(2)设定油相锅、水相锅控制温度后,启动油相锅、水相锅的温度控制;
(3)当油相锅、水相锅内原料初处理完成后,启动油相锅、水相锅出料泵,将初处理后的物料泵入乳化锅内;
(4)当油相锅、水相锅内的物料完全泵入乳化锅内后,出料泵停止运行。启动液压电机,垂直下降主搅拌器与均质搅拌器,当下降到位时,液压电机停止工作,然后手动旋紧密封阀;
(5)当真空乳化锅密封后,启动主搅拌、均质搅拌电机。转速将从零上升到用户的设定值,并可根据不同的加工要求,在线改变主搅拌、均质搅拌电机的转速;
(6)启动真空泵电机,乳化锅负压力不断变大,最终将达到用户设定值;达到用户设定值后真空泵电机自动停止;
(7)启动乳化锅温度控制,自动对乳化锅进行加热控制,控制方法采用模糊PID恒温控制,乳化锅内原料将被加热到用户设定温度;
(8)当乳化工作完成后,通过排气口减小乳化锅内负压力,当乳化锅压力为零时,打开出料阀,排出乳化品。

图1 乳化生产工艺流程
3 控制系统的构成
3.1 控制系统的结构
根据系统设计要求,实现油相、水相、主搅拌、均质搅拌电机转速控制,控制范围依次是10rpm~1500rpm、10rpm~1500rpm、10rpm~80rpm、100rpm~4500rpm;实现油相锅、水相锅、乳化锅温度的智能控制,控制量范围依次是:0~100℃、0~140℃、20~140℃;实现乳化压力控制,控制范围为-100Kpa~+100Kpa和液压升降控制。
系统的结构如图2所示。控制系统主要由上位机、下位机两个部分组成,上位机采用台达的HMI(DOP-B)[3];下位机采用台达DVP48EH00R系列的PLC[4];电机的转速控制,采用台达VFD系列变频器实现。

图2 乳化机控制系统结构图
(本文转自电子工程世界:

3.2 控制系统的模块划分
系统的控制部分可以划分为各种模块,如图3所示。
(1)压力采集模块
实现将压力仪表的模拟电压信号转化为PLC可以识别的数字量信号,压力表的信号通过PLC的AD(DVP-04AD-H)模拟量输入模块采样到PLC中。
(2)温度采集模块
油相锅、水相锅和乳化锅的使用铂电极(Pt100)测量温度,采用三线制接法。信号通过PLC的TM(DVP-04PT-H)PT100模块采样到PLC中。
(3)连锁保护模块
设置硬件和软件双重安全连锁装置,保证乳化锅在抽真空的过程中不能打开锅盖,液压站也不能启动。

图3 乳化机控制系统模块图
3.3 PLC容量选择
乳化机控制系统的I/O点数分析见表1。


3.4 变频器的选择及通信
乳化机系统有主搅拌电机1个,均质电机1个,液压站电机1个,真空泵1个,功率均为KW级,对于电能的消耗大,由于变频器具有调速节能和软启动节能的作用,因此考虑选择用变频器。
本系统中选用台达VFD-M和B系列的变频器。根据人机界面上控制的转速设定,输出4~20mA的信号以调节电机的转速,变频器的运行需要和PLC进行MODBUS通信来确定是否启动或停止。
4 控制系统的软件设计
4.1 软件设计的基本要求
操作功能主要是方便操作,需要人机对话界面。系统的规模越大,自动化程度越高,要求也越复杂,比如下拉式菜单设计、趋势报警、I/O信息的显示以及有关数据、表格的更新存储和输出等。图4为设计的乳化锅人机界面。

 

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