塑料行业储料罐和混色机的升级改造

吴社彬

（广州百特医疗用品有限公司，广东广州 510730）

0 引言

塑料生产厂家为保证同一批次塑料粒的颜色均匀，需要对生产出来的同一批次塑料粒集中起来进行搅拌混合减少色差，这个工序叫混色。广州百特医疗用品有限公司2009 年前线上的储料罐和混色机都是分隔两地安装的，生产线上由振动上料器振动上来的塑料，经储料罐收集后再打包，然后运输到异地的混色机进行混色，经拆包、投料、混色后，再称重，打包才能出货。随着生产成本的不断升高，厂家需要科技创新，简化工序，降低成本，提高产品竞争力。

现采用真空吸料机上料，将混色机的功能融入到储料罐里来实现在线上混色，化简了异地混色时多出来的打包、运输、拆包、投料的工序。

1 储料罐和混色机

储料罐即储存物料的容器，用作储存振动上料器送上来物料。放料时通过定时器控制电磁阀打开的时间，从而控制气动阀打开放料。

混色机的工作原理：利用螺杆的快速旋转将原料从桶体底部由中心提升至顶端，再以伞状飞抛散落，回至底部，这样原料在桶内上下翻滚搅拌，短时间内即可将大量原料均匀的混合完毕，通过定时器控制螺杆的搅拌时间。搅拌完成后，通过定时器控制电磁阀的打开时间，从而控制气动阀打开放料。

2 储料罐和混色机的升级改造

2.1 改造前准备

根据改造设想，改造分为两大部分。第一部分为机械部分改造，即振动上料器改为真空吸料机，增大储料罐的容积，安装了一条大螺杆，使用两台减速电机，一台自转和一台公转运行来拖动大螺杆旋转，将原料从桶体底部由中心提升至顶端，再以伞状飞抛散落，回至底部进行混色。第二部分为电气控制元件的升级改造，即把纯继电器电路改造为用PLC 和触摸屏控制电路。电子称重仪表反馈传感器的信号给PLC，PLC 与触摸屏通讯，通过触摸屏设置和监控在线混色机的运行参数。

根据在线混色机的控制要求、电气器件的稳定性，选择了西门子的S7-200 系列的CPU224XP CN 的PLC-1 台，西门子触摸屏6AV6643-0CD01-0AX1 人机界面MP277-10-1 台，称重传感器选择宁波柯力BTB-3T-4 个，电子称重仪表选择宁波柯力XK3101-1 台。

2.2 机械改造

机械改造方面，为了增大储料罐的容积，安装了一条大螺杆，使用两台减速电机、一台自转和一台公转运行来拖动大螺杆旋转。此外，还安装了一台真空吸料机，将线上的料吸到储料罐内。在储料罐的壁上，均匀分布安装了4 个称重传感器。

2.3 PLC 和触摸屏的编程

2.3.1 西门子S7-200 PLC 的编程

在线混色机的控制要求如下：

（1）混色机有手动和自动两种运行方式。只有当罐内料重量低于混色下限重量时，方可切换到手动模式，按放料按钮排料。放料阀门打开时间取决于所设置的放料时间。

（2）在自动模式下，系统根据设置的混色时间，当物料在混色上限和混色下限之间重量时自动搅拌，当时间到达时，停止搅拌允许放料，然后再次搅拌，依次循环。搅拌时拌料的嗡鸣器响提示在线混色机正在搅拌。在允许放料的时间内，按放料按钮后自动放料。放料阀门打开的时间取决于所设置的放料时间。

（3）保护功能：搅拌电机具有过载保护，在线混色机料罐的检查口盖门打开后，搅拌电机和吸料机停止工作。

（4）在线混色机PLC 的I/O 分配。

2.3.2 电子称重仪表与PLC 通信

编程时需要重点解决的是电子称重仪表与PLC 通信问题，本项目采用自由口通信。现在大部分第三方设备都支持RS-485 串口通信，西门子S7-200 PLC 可以通过选择自由口通信模式控制串口通信。通信协议位于自由端口模式时PORT0 或PORT1 完全受梯形图程序的控制。当选择了自由口模式，用户可以通过发送指令，接收指令，发送中断，接收中断来控制通信口的操作[1]。

表1 在线混色机PLC常用的I/O 分配

（1）电子称重仪表设置串行接口。字符帧格式：一位起始位，一位停止位，8 位数据位，无校验。

（2）电子称重仪表设置通信协议：连续发送方式。

（3）电子称重仪表与PLC 自由口通信编程。

①定义自由口的模式，根据电子稳重仪表通信时使用的波特率、校验方式、起始位等参数（8 位数据位，1 位起始位，1 位停止位，无校验）配置PLC 自由口，即将上述参数16#05 用MOVB指令写入SMB30。

②定义控制接收发送的模式。将参数16#F0 用MOVB 指令写入SMB87。

③根据电子称重仪表的协议，写出控制接收或发送模式如。

④声明中断。发送数据和接收完数据都能链接到中断程序，发送完中断与接收完中断的中断号分别为9 和23，中断可在初始化子程序中声明。

⑤定义接收端口和接收的寄存器。

上述过程如下所示：

⑥接收。收到结束符后产生定时中断来接收，如下所示：

⑦最后通过数值转换把接收的数据转换为本系统的实际料重：

2.3.3 触摸屏的编程

首先需要对在线混色机的动作进行分析，确定触摸屏上需要显示的内容及需要控制调试的参数。控制要求有两条：

（1）显示当前料罐的重量和并占料罐的百分比，放料阀门打开的时间取决于所设置的放料时间便于操作者的操作。

（2）管理员需要设定在线混色机的工作模式，料罐容量，混色上限，混色下限，混色时间，停止时间，混色倒计时，放料状态。

3 在线混色机的调试

机械部分和电气部分安装完成后，按电气控制要求进行调试试机，最后一步对保护功能进行测试，评估保护装置的可靠性及发生概率，这样就完成了调试。调试过程如下：

（1）检查各电气接线是否正确、是否有松动，机械部分固定螺丝是否紧固。

（2）关闭各电源开关，检查线路是否有接地、短路。合上各电源开关，检查PLC、称重仪表、触摸屏工作是否正常。

（3）按柯力电子称重仪表XK3101 说明书对仪表进行参数设置，在空罐时对在线混色机进行称重校正。

（4）把混色机的运行模式转换到自动模式，预设在线混色机的运行参数，料罐容量2500 kg，混色上限2000 kg，混色下限1000 kg，混色时间720 s，停止时间1080 s，放料时间8 s。

（5）启动真空吸料机往储料罐加入准备好的2000 kg 料，观察当前重量是否为2000 kg，否则调整传感器偏差。在加料过程中当料达到1000 kg 时开始搅拌，模拟电机过载，分别按下公转电机和自转电机的热继电器，打开储料罐检查口，测试电机是否停止，复位后电机继续运行。达到搅拌时间后停止搅拌，这时按下放料按钮，放料阀门打开，8 s 后关闭。当搅拌停止时间到达后，又开始搅拌。

（6）在放料过程中，当储料罐内的料少于1000 kg 时自动模式不能再放料，只有把工作模式转换到手动模式后才可以放料。

4 效果分析

对于振动上料器和混色机的改造升级，大大提高了电气控制的稳定性和直观性，使整台设备上了一个档次。减少了异地混色时多出来的打包、运输、拆包、投料不必要的工序，从而降低了劳力成本，达到了改造目的。