楊艷華,張曉海,穆興隆

(石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院,石河子,832003)

基于PLC棉種脫絨加工酸控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊艷華,張曉海,穆興隆

(石河子大學(xué)機(jī)械電氣工程學(xué)院,石河子,832003)

以PLC為核心控制單元,根據(jù)在線采集的反應(yīng)溶液液位、p H值的變化控制濃硫酸和水實(shí)時(shí)定量加注,應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)酸液均勻攪拌,最大限度地保證了配酸過(guò)程的穩(wěn)定性,經(jīng)過(guò)配比的稀硫酸濃度保持在8%～10%的范圍內(nèi),殘酸率和殘絨率符合國(guó)標(biāo)中規(guī)定的棉種殘酸率小于等于0.15%,殘絨率小于0.27%,生產(chǎn)出的棉種質(zhì)量合格,完全滿足棉花種子脫絨加工的工藝要求,有效提高了種子加工質(zhì)量,解決生產(chǎn)難題,為精量播種技術(shù)的推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

棉花種子;脫絨;酸控系統(tǒng);PLC;液位控制

棉花是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物和紡織工業(yè)原料,棉花生產(chǎn)的質(zhì)量直接關(guān)系到棉區(qū)農(nóng)民的收入和紡織工業(yè)生產(chǎn)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。目前,我國(guó)有一億多農(nóng)民以植棉為主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源,還有幾百萬(wàn)紡織工人以棉紡為主,因此,棉花在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活中占有舉足輕重的地位。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)棉種加工的質(zhì)量要求越來(lái)越高,對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的要求也越來(lái)越高。棉種稀硫酸脫絨是將濃硫酸稀釋到8%～10%的濃度后,利用硫酸的腐蝕作用,將硫酸與毛籽上的短絨接觸,使之碳化,然后進(jìn)入烘干機(jī)、摩擦機(jī)內(nèi)進(jìn)行脫水、去絨、磨光變成光籽。棉種稀硫酸脫絨工藝是目前比較先進(jìn)[2]、技術(shù)比較成熟的一種棉種加工方法,另外硫酸還起到一個(gè)消毒作用,可以有效防止病蟲害蔓延,使棉種質(zhì)量提高。

對(duì)于棉種脫絨加工生產(chǎn)線中的酸控系統(tǒng)中的配酸池內(nèi)的液位和濃度有一定的要求,液位既不能過(guò)高也不能過(guò)低,濃度需在8%～10%范圍內(nèi),否則不能滿足生產(chǎn)的要求。目前,國(guó)內(nèi)的棉種脫絨加工成套設(shè)備中的配酸系統(tǒng)都存在很嚴(yán)重的問(wèn)題,自動(dòng)化程度低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,配酸精度低,生產(chǎn)成本較高。所以需要設(shè)計(jì)一套可靠性高的酸控系統(tǒng),對(duì)于改善環(huán)境和降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高效率和降低成本具有十分重要的意義。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。棉種稀硫酸脫絨加工酸控系統(tǒng)以可編程控制器PLC為核心,數(shù)據(jù)采集采用4位A/D轉(zhuǎn)換器FX2N-4AD,由濃度傳感器、液位傳感器、電磁閥、液位指示燈、變頻器和攪拌電機(jī)、按鈕等組成輸入、輸出部分。PLC選用日本三菱公司 FX系列小型 PLC,其型號(hào)為 FX2N-32MR。液位傳感器采用體積小,功能齊全,電線引出式的NPN常開紅外線光電開關(guān)。攪拌電機(jī)由變頻器控制,這樣不僅可以達(dá)到調(diào)速的目的,還能夠節(jié)能,延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命,提高設(shè)備自動(dòng)化程度。采用全自動(dòng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控以保證系統(tǒng)的高可靠性。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of system hardware

1.1 數(shù)據(jù)采集部分

液位及濃度傳感器把信號(hào)送入PLC中,由PLC調(diào)節(jié)各閥門的動(dòng)作及報(bào)警指示;由于采集到的硫酸濃度信號(hào)為4～20 mA模擬信號(hào),所以需要通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器FX2N-4AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再進(jìn)行相應(yīng)的處理。

1.2 液位的調(diào)節(jié)及濃度控制部分

液位的調(diào)節(jié)及控制包括對(duì)液位數(shù)據(jù)的處理及對(duì)調(diào)節(jié)閥所發(fā)出的指令,由傳感器測(cè)得的配酸池的液位信號(hào)送入PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將測(cè)得的液位值與上下限位值進(jìn)行比較并發(fā)出相應(yīng)的控制指令。濃度傳感器測(cè)得的濃度信號(hào)經(jīng)變送器、A/D轉(zhuǎn)換器送至PLC中,經(jīng)過(guò)程序處理保證硫酸濃度在8%～10%的這個(gè)范圍內(nèi)。

1.3 PLC端口配置

作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,PLC負(fù)責(zé)接收傳感器檢測(cè)信號(hào)、執(zhí)行控制程序并發(fā)出控制信號(hào),PLC還可以通過(guò)串口通訊方式與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連,為實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控、參數(shù)顯示等做準(zhǔn)備。I/O地址的分配見表1。

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

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 程序流程

本設(shè)計(jì)利用 FX系列豐富的基本指令系統(tǒng)編程,流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)流程圖Fig.2 System flowchart

2.2 系統(tǒng)主要控制程序指令

LD X004

OR MO MPS 液位調(diào)節(jié)

ANI X5 ANI M10

OUT M0系統(tǒng)啟動(dòng)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進(jìn)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檢查特殊功

能模塊 ANI Y011

CMP K2010 D4 M1 OUT Y002

LD M2 OUT Y012

T0 K0 K0 H3330 K1建立模擬輸

入通道 LD X003

T0 K0 K1 K4 K1 AND M0

FROM D0 K29 K4 M10 K1采集硫

酸濃度數(shù)據(jù) OUT Y003

3 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析

利用組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)建立PLC與計(jì)算機(jī)串口通訊,將PLC的通訊參數(shù)與組態(tài)設(shè)置一致,即波特率為9600 bps,數(shù)據(jù)位為7位,停止位為1位,奇偶校驗(yàn)位為偶校驗(yàn),通信方式選為RS232。下載程序至PLC中,然后啟動(dòng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)按程序運(yùn)行并將濃度傳感器、溫度傳感器等采集到的數(shù)據(jù)送入PLC中進(jìn)行處理,同時(shí)在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中顯示并記錄液位及濃度數(shù)據(jù),通過(guò)所測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)棉種質(zhì)量進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)分析。

系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果表明,棉種脫絨加工酸控系統(tǒng)部分影響棉種質(zhì)量的指標(biāo)主要是棉種的殘酸率和殘絨率,通過(guò)本系統(tǒng)加工出來(lái)的棉種經(jīng)調(diào)試測(cè)得的數(shù)據(jù)為:殘酸率為0.14%,殘絨率為0.2%,均符合國(guó)標(biāo)中規(guī)定棉種的殘酸率小于等于0.15%,殘絨率小于0.27%[3]因此,本系統(tǒng)加工生產(chǎn)的棉種質(zhì)量合格。

4 結(jié)語(yǔ)

該控制系統(tǒng)采用PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制核心,不僅對(duì)液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制,而且硫酸濃度保持在8%～10%,使個(gè)系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行,改變了傳統(tǒng)人工配酸精度不高、勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn),還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全程監(jiān)控和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄,保證了控制的可靠性,給調(diào)試和維護(hù)帶來(lái)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

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(60664002)

楊艷華(1985-),女,碩士研究生,專業(yè)研究方向?yàn)樽詣?dòng)化控制技術(shù);e-mail:48667818@qq.com。

張曉海(1973-),男,副教授,從事自動(dòng)化控制技術(shù)研究e-mail:zxh_shz@sina.com。