聚丙烯二期挤压造粒机典型控制解析

　摘 要：聚丙烯二期挤压造粒机通过西门子PCS7控制系统，实现了整套装置的逻辑运算和控制。其中主要包括：聚丙烯粉料的下料控制、筒体的温度控制、切粒电机的转速控制、切粒水的流量控制、切粒水箱的液位控制、挤压机模板处的压力控制等。
关键词：聚丙烯、挤压机、PCS7、控制、下料、转速
1 聚丙烯二期挤压造粒机工艺控制流程简介
料仓2D801A/B中的聚丙烯粉料分别通过2SF810A/B螺杆输送机送到主计量秤，通过对主计量秤给料值的设定，对下料量进行控制。在PCS7上位机上进行下料量设定，这个设定值通讯到申克秤控制器，来控制两个变频螺杆输送机2SF810A/B，实现下料量测量值与给定值的跟踪。其中，两个螺杆输送机2SF810A/B是同启同停的，但是可以改变他们的转速比来实现两个料仓的下料比。例如：如果2W810的设定值为30吨/小时，2SF810A的比率设定值为40%，2SF810B的比率设定值为60%，那么通过2SF810A的下料量为12吨/小时，通过2SF810B的下料量为18吨/小时。
主电机带动齿轮箱，经过齿轮箱减速后，带动双螺杆对聚丙烯粉料进行融化挤压。先后经过1至7段筒体，在筒体加热板的加热作用下（大约250摄氏度），变成熔融状态的聚丙烯。每段筒体的温度控制都是由PCS7自带的PID调节模块来完成的，当测量值比设定值高时，调节器输出一个负的0-100%的数值，驱动筒体冷冻水补水电磁阀，对筒体进行降温；当测量值比设定值低时，调节器输出一个正的0-100%的数值，驱动可控硅电加热器，对筒体进行升温。熔融状态的聚丙烯在切粒电机的切割作用下，在模板处被切割成均匀的聚丙烯颗粒。在切粒水的带动作用下，先后经过水粒分离器2S891、2S890、离心干燥器2D890、振动筛2S891，最后到达粒料缓冲料斗2D891。
2 聚丙烯粉料下料控制
2.1 控制方案
2W810为主计量秤，用来测量聚丙烯粉料的下料速度。2SF810A/B为两个变频螺杆输送机，在2W810的上游，通过检测接收到的4-20mA模拟量信号的大小来控制电机转速的快慢，从而实现控制下料速度。
2.2 问题的发现
开工阶段，工艺操作人员在切换料仓的过程中，由于在操作界面上输入的两个螺杆输送机使用率时速度太快，造成控制系统逻辑运算功能进入死循环，无法再次输入2SF810A/B的使用率，不能进行料仓的相互切换。
2.3 问题的分析
通过申克控制系统的计算，输出一个模拟量控制信号（2SF810A/B的总转速设定值）到PCS7控制系统。在组态画面中，这个模拟量控制信号SSI8022首先进入一个模拟量输入模块SF810A/B的“VALUE”引脚，量程为0-100，通过引脚“V”输出到下一模块。两个模块SF810A F和SF810B F分别是两个螺杆输送机使用率的设定值模块，通过他们与上位机画面WinCC的链接，来实现对两个螺杆输送机使用率的手动设定。其中，引脚“U_HL”和“U_LL”分别是允许输入使用率的上、下限，引脚“V”为模块的输出。
2.4 问题的解决
通过对聚丙烯粉料下料系统逻辑功能的分析，了解到两个螺杆输送机的使用率计算是分别以各个使用率的设定值为基准的。那么，我们可以改变这个基准，即由用两个使用率来计算变成用一个使用率来计算。这样，无论输入使用率的速度有多快，通过逻辑计算的最终结果都能满足它们之和为100%，系统便不会出现死循环。
3 切粒电机进刀风压控制
3.1 控制方案
切粒电机进刀风压的控制，直接影响到聚丙烯产品的质量，它通过进刀电磁阀HY8530、平衡电磁阀HY8531、I/P转换器PCV8539来进行控制。有两种情况可以使进刀风压电磁阀带电：
当控制器接收到自动启动信号时；
在手动操作模式下，按下切粒机进刀风压开关按钮HS8530。
有五种情况可以使进刀风压电磁阀失电：
按下紧急停车按钮；
当控制器接收到自动停止信号时；
当切粒小车不正常时；
切粒单元锁液压油压力低时；
在手动操作模式下，按下切粒电机进刀风压开关按钮HS8550。
当切粒电机进刀风压电磁阀带电时，风路系统通过I/P转化器，将控制器输出的4-20mA模拟量电流信号转换成0-0.8MPa的压力信号，推动气缸中的液压油路系统，通过油压的控制作用来调节切粒机进刀压力，保证切粒刀与模板之间的最佳距离。
3.2 问题的发现
调试过程中，切粒机进刀风压的现场实际测量值和设定值存在偏差。特别是在切粒电机运行过程中，切粒机运行偏差存在，切粒机停止偏差消失。例如：手动设定切粒机进刀风压为0.45MPa时，实际测得的真实值为0.40MPa，实际测量值比设定值小0.05MPa，影响产品的质量，严重时甚至导致切粒机退刀，联锁停车。
3.3 问题的分析
出现此种现象，首先从线路上进行检查。用万用表测量控制柜PCV8539接线端子TB27-12、TB27-13的电流信号是否与上位机上设定的挤压机进刀压力相吻合，经测量，PLC输出的电流值与压力设定值相吻合，证明PCS7控制系统工作正常。
3.4 问题的解决
针对以上分析，对PCV8539信号线干扰问题进行了如下改造：
对PCV8539信号线进行单端屏蔽接地；
更换带有屏蔽层的高压交流电源电缆，并对电缆进行屏蔽接地处理；
对动力电缆和信号电缆进行良好的隔离，避免影响相互间的干扰。
通过以上措施，PCV8539的信号干扰问题有了很大改善。但是，挤压机压力控制的设定值和实际测量值还存在微小的偏差。经过现场的再次检查和认真分析后，判断控制回路里还存在干扰。要想从根本上解决这个问题，必须彻底隔离这根信号线与外界的联系。
参考文献
1.王森.仪表工试题集控制仪表分册.化学工业出版社.2003.
2.王森.仪表工试题集现场仪表分册.化学工业出版社.2003.