基于PLC棉种脱绒加工酸控系统的设计

杨艳华,张晓海,穆兴隆

(石河子大学机械电气工程学院,石河子,832003)

基于PLC棉种脱绒加工酸控系统的设计

杨艳华,张晓海,穆兴隆

(石河子大学机械电气工程学院,石河子,832003)

以PLC为核心控制单元,根据在线采集的反应溶液液位、p H值的变化控制浓硫酸和水实时定量加注,应用变频调节技术实现酸液均匀搅拌,最大限度地保证了配酸过程的稳定性,经过配比的稀硫酸浓度保持在8%～10%的范围内,残酸率和残绒率符合国标中规定的棉种残酸率小于等于0.15%,残绒率小于0.27%,生产出的棉种质量合格,完全满足棉花种子脱绒加工的工艺要求,有效提高了种子加工质量,解决生产难题,为精量播种技术的推广奠定了坚实的基础。

棉花种子;脱绒;酸控系统;PLC;液位控制

棉花是我国重要的经济作物和纺织工业原料,棉花生产的质量直接关系到棉区农民的收入和纺织工业生产及国民经济的发展。目前,我国有一亿多农民以植棉为主要经济来源,还有几百万纺织工人以棉纺为主,因此,棉花在我国国民经济和人民生活中占有举足轻重的地位。随着现代科学技术的飞速发展,人们对棉种加工的质量要求越来越高,对自动化控制技术的要求也越来越高。棉种稀硫酸脱绒是将浓硫酸稀释到8%～10%的浓度后,利用硫酸的腐蚀作用,将硫酸与毛籽上的短绒接触,使之碳化,然后进入烘干机、摩擦机内进行脱水、去绒、磨光变成光籽。棉种稀硫酸脱绒工艺是目前比较先进[2]、技术比较成熟的一种棉种加工方法,另外硫酸还起到一个消毒作用,可以有效防止病虫害蔓延,使棉种质量提高。

对于棉种脱绒加工生产线中的酸控系统中的配酸池内的液位和浓度有一定的要求,液位既不能过高也不能过低,浓度需在8%～10%范围内,否则不能满足生产的要求。目前,国内的棉种脱绒加工成套设备中的配酸系统都存在很严重的问题,自动化程度低,劳动强度大,配酸精度低,生产成本较高。所以需要设计一套可靠性高的酸控系统,对于改善环境和降低劳动强度、提高效率和降低成本具有十分重要的意义。

1 系统的硬件设计

系统硬件结构示意图如图1所示。棉种稀硫酸脱绒加工酸控系统以可编程控制器PLC为核心,数据采集采用4位A/D转换器FX2N-4AD,由浓度传感器、液位传感器、电磁阀、液位指示灯、变频器和搅拌电机、按钮等组成输入、输出部分。PLC选用日本三菱公司 FX系列小型 PLC,其型号为 FX2N-32MR。液位传感器采用体积小,功能齐全,电线引出式的NPN常开红外线光电开关。搅拌电机由变频器控制,这样不仅可以达到调速的目的,还能够节能,延长电机使用寿命,提高设备自动化程度。采用全自动、实时监控以保证系统的高可靠性。

图1 系统硬件结构示意图Fig.1 Schematic diagram of system hardware

1.1 数据采集部分

液位及浓度传感器把信号送入PLC中,由PLC调节各阀门的动作及报警指示;由于采集到的硫酸浓度信号为4～20 mA模拟信号,所以需要通过模/数转换器FX2N-4AD转换成数字信号再进行相应的处理。

1.2 液位的调节及浓度控制部分

液位的调节及控制包括对液位数据的处理及对调节阀所发出的指令,由传感器测得的配酸池的液位信号送入PLC进行数据处理,将测得的液位值与上下限位值进行比较并发出相应的控制指令。浓度传感器测得的浓度信号经变送器、A/D转换器送至PLC中,经过程序处理保证硫酸浓度在8%～10%的这个范围内。

1.3 PLC端口配置

作为整个控制系统的核心,PLC负责接收传感器检测信号、执行控制程序并发出控制信号,PLC还可以通过串口通讯方式与上位监控计算机相连,为实现运行监控、参数显示等做准备。I/O地址的分配见表1。

表1 I/0地址分配表Tab.1 I/0 address assignment table

2 软件设计

2.1 程序流程

本设计利用 FX系列丰富的基本指令系统编程,流程图如图2所示。

图2 系统流程图Fig.2 System flowchart

2.2 系统主要控制程序指令

LD X004

OR MO MPS 液位调节

ANI X5 ANI M10

OUT M0系统启动程序 ANI M20

LDI M30 FROM K0 K5 D0 K1

OR T3 MPP

ANI Y002 CMP K8 K0 M30

ANI Y003 MPS

AND M0 AND M30

OUT Y000进酸指示 OUT T3 K50

LD X002 MPP

ANI Y002 CMP K10 D0 M40

ANI Y003 ZCP K8 K10 D0 M50

AND M0 LD M51

FROM K0 K30 D4 K1检查特殊功

能模块 ANI Y011

CMP K2010 D4 M1 OUT Y002

LD M2 OUT Y012

T0 K0 K0 H3330 K1建立模拟输

入通道 LD X003

T0 K0 K1 K4 K1 AND M0

FROM D0 K29 K4 M10 K1采集硫

酸浓度数据 OUT Y003

3 系统调试及结果分析

利用组态监控系统建立PLC与计算机串口通讯,将PLC的通讯参数与组态设置一致,即波特率为9600 bps,数据位为7位,停止位为1位,奇偶校验位为偶校验,通信方式选为RS232。下载程序至PLC中,然后启动控制系统。系统按程序运行并将浓度传感器、温度传感器等采集到的数据送入PLC中进行处理,同时在计算机监控系统中显示并记录液位及浓度数据,通过所测得的数据对棉种质量进行控制和数据分析。

系统调试结果表明,棉种脱绒加工酸控系统部分影响棉种质量的指标主要是棉种的残酸率和残绒率,通过本系统加工出来的棉种经调试测得的数据为:残酸率为0.14%,残绒率为0.2%,均符合国标中规定棉种的残酸率小于等于0.15%,残绒率小于0.27%[3]因此,本系统加工生产的棉种质量合格。

4 结语

该控制系统采用PLC作为现场控制核心,不仅对液位进行监测和控制,而且硫酸浓度保持在8%～10%,使个系统能够持续稳定的运行,改变了传统人工配酸精度不高、劳动强度大的缺点,还可以通过计算机监控软件实现系统的全程监控和数据实时记录,保证了控制的可靠性,给调试和维护带来方便。

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Cotton Seed Dilute Sulphuric Acid off with Acid System Flocking Process Control of Design

YANG Yanhua,ZHANG Xiaohai,MU Xinglong
(College of Mechanical and Electronic Engineering,Shihezi University,Shihezi 832003,China)

With PLC as the core control unit,according to the reaction solution,we collected online level,p H value of the change,control of concentrated sulfuric acid and water,real-time quantitative filling,application of inverter control technology to achieve uniform mixing of acid,the maximum guarantee with acid process stability,through the ratio of sulfuric acid concentration was kept at 8%to 10%range,the residual acid ratio and rate of residual wool cotton meet the national standard set forth in the residual acid is less than equal to 0.15%,residual rate of less than 0.27%Cashmere,produced by the cotton seed quality standards,and fully meet the cashmere of cotton seed processing technology requirements,and effectively improve the quality of seed processing and to solve production problems,to promote the implementation of precision sowing technology.

cotton seed;from cashmere;acid control system;PLC;level control

S562;Q78

A

1007-7383(2011)02-0257-03

2010-11-01

国家自然科学基金项目(60664002)

杨艳华(1985-),女,硕士研究生,专业研究方向为自动化控制技术;e-mail:48667818@qq.com。

张晓海(1973-),男,副教授,从事自动化控制技术研究e-mail:zxh_shz@sina.com。