PET瓶坯加热电气配置与控制系统

2021-06-05肖勇

酒·饮料技术装备 2021年3期

肖勇

一、PET瓶坯加热背景

随着日化、饮料、粮油、医药、调味等行业的飞速发展，市场上对PET瓶的需求越来越大。然而国内生产PET瓶的吹塑成型的设备厂商屈指可数，特别是在高速吹塑成型生产上，还不能与国际设备厂商抗衡。进口设备成本费昂贵，而且在日常的维护成本也高。为了对PET瓶坯在快速、准确地进行加热，便于后续吹塑成型瓶子，目前广州达意隆机械股份有限公司的旋转式吹瓶机CPX10的机型就能以单模腔2400的速度，加温控制系统就能达到精准的加热，使得瓶坯经过加热后吹塑成型。

加热温度对于瓶坯来说非常重要，加热系统主要由加热灯箱、加热循环风机、瓶坯循环加温链、坯口冷却循环、加温机架构成，瓶坯在加热过程中对温度至关重要，防止瓶子成型后出现发白、瓶身厚度不均匀等现象，瓶坯在加热的过程中需要把温度控制在70℃到120℃之间，控制灯管的发热便于在加热过程中方便调节温度，采用交流固态调压的方式控制瓶坯加热的温度。固态调压器是集同步变压器、相位检测电路、移相触发电路和输出可控硅与一体，通过调节偏置电压，改变耦的控制发光强度，从而改变高压端的等效电阻，达到控制电压的目的。

二、电器元件硬件配置介绍

1、 PLC控制器模块

选用西门子s7-1500作为CPU的控制，ET200SP作为从站控制，由于吹瓶还有其他的控制较多，瓶坯加温的控制作为一个从站。S7-1500是一种模块化控制系统，广泛应用于离散自动化领域中的各种自动化应用，其优势：模块化、无风扇设计；通过简单的方式实现分布式结构、处理方式简单。其CPU的定位号为6ES7 516-3AN01-0AB0，固件功能有：集成系统诊断、集成Wed服务器、集成跟踪功能、OPC UA、组态控制、PROFINET IO（RT实时、IRT等时实时、等时同步模式、MRP介质冗余协议、MRPD支持有计划复制的介质冗余、共享设备、PROFIenergy）、集成工艺功能（运动控制、集成闭环控制功能）、集成安全（专有技术保护、防拷贝保护、访问保护、完整性保护、密码提供程序）。

从站模块选择ET200SP，该模块具有分布式I/O系统支持PROFINET I/O连接；电源电压1L+24VDC连接插头；通过BusAdapter的RJ45总线连接器（BA 2XRJ45）或直接连接的总线电缆，连接PROFINET IO；使用故障安全模块等技术特性。连接的通讯接口模块为6ES7 155-6AU01-0BN0，通讯接口模块的功能：集成双端口交换机；支持以太网服务、网络诊断、端口诊断；禁用端口；等时同步实时通信；更新时间最短为1MS；优先启动；介质冗余；共享设备；相应I/O模块上支持子模块；不通过PG和拓扑组态更换设备；通过PROFINE IO复位为出厂设置；通过PROFINE IO进行固件更新；通过 BusAdapter 连接PROFINET IO系统。接口模块上有PWR LED指示灯，指示灯是灭的标识电源电压缺失或者过低，亮表示正常。总线适配器上的LK1/LK2 LED指示灯，如果是灭的标识与通讯接口之间没有以太网连接，闪烁表示已运行。接口总线还有RN（绿色）、ER（红色）、MT（黄色）LED指示灯，指示灯状态的含义以及措施如表1。

表.1

发热灯管用AC380V的发热丝，方便灯管的发热温度可调，就需要调节其中一相电压，控制模块选用模拟量输出模块，利用数据的方式传送到固态调压器，模拟量模块选用6ES7 135-6HD00-0BA1，该模拟量输出模块有4个输出通道，可以使用电流输出、电压输出。电流输出的范围有±20mA，精度16位；0到20mA，精度15位；4到20mA，精度14位。电压输出的范围有±10V精度16位；±5V，精度15位；0到10V，精度15位；1到5V，精度13位。该控制系统使用的输出类型范围是电压型的0到10V。

为了在维护、检修的过程中更好的保护工作人员，发热灯管另一条电源线路使用固态继电器控制，固态继电器的控制信号就由数字量输出模块传递信号。数字量输出的模块的定位号为6ES7 132-6BH01-0BA0，该模块的是源型16个晶体管数字量输出模块，加温从站的组态模块连接如图1。

图1.加温PLC从站组态模块排列

2、灯管控制开关配置

控制灯管的发热程度是让PLC的模拟量把数据传送到调功器上，经过调功器把调节好的电压给到灯管，这样灯管的发热就可以受到控制。调功器是以小功率控制大功率，功率放大倍数高达几十万倍；反应极快，在微秒级内开通、关断；无触点运行，无火法、无噪音；效率高，成本低等。RGC1P48V42ED是一个固态调功器（带有集成散热器），可以通过模拟量控制输入控制单相负载的输出功率，输入类型涵盖各种不同电流和电压。可通过外部电位计进行本地设置。可通过前置旋钮选择开关模式，实现相角控制、全周期控制、短波红外线加热器专用的高级全周期控制以及用于限制搞温度系数负载浪涌电流的软启动。输出集成压敏电阻保护。控制输入范围有4到20mA、0到5V、1到5V、0到10V、外部电位计。为了配合PLC的输出类型一致，控制范围选择0到10V。

图2.灯管控制主电路图

加温灯管的一相供电经过调功器后，为了构成有效的回路，也为了在维修、维护的过程中有效地保护工作人员，另一相线路线路用固态继电器控制。固态继电器（Solid State Relay，缩写SSR）是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关；一端为输入端，另一端为输出端，中间采用隔离器件实现输入输出的电隔离。其中一个调功器与固态继电器、加温灯管连接控制如图2。

三、程序控制

确定控制加温灯管的元器件，把元器件用电缆连接好后，接下来就是需要编写控制加温灯管的逻辑程序，程序控制逻辑用博图（英文名：TIA Portal）的软件编写，博图是西门子工业自动化集团发布的新一代全集成自动化软件。几乎适用于所有自动化任务。借助这个软件平台，能够快速、直观地开发和调试自动化控制系统。与传统的方法相比，无需花费大量时间集成各个软件包，显著地节省了时间，提高了设计效率。

程序编写方式是用SCL（英文名：Structured Control Language）结构化控制语言编写，随着工业自动化数据处理日益复杂、通讯任务日益增多，在调试过程中方便调试人员查找问题。每一个调功器的型号、运用类型都是一致，为了方便数据交换，做一个FC块给到每一个调功器调用，这样节约了大量的时间去针对每一个调功器去编写程序、调试。

图3.PET瓶坯加温数据语言逻辑运算程序

打开博图软件，建立好一个新项目后，在程序块中建立一个FC类型SCL语言的块，在程序块中建立外部连接变量接口。在输入里建立1个Bool类型的“start”，3个Real类型的“set”、“Rated V”、“Measured V”。“start”是加温启动的信号，“set”是设定给加温的百分比，“Rated V”是灯管的额定电压参数，“Measured V”是设备当前读到的供电电压的参数。在输出建立1个Int类型的“OUT1”。“OUT1”是经过数据交换后把最终的数据传送到模拟量输出上。在临时变量中建立一些临时变量，方便在计算中存储运用，主要程序如图3。

当给定一个百分数值到“set”乘以灯管的额定电压除以实际供电电压后再乘以一个常数27648，其中的27648是对应到输出范围的0到10V的最大值，当“start”为THEN的时候就输出经过经过换算之后的值到调功器，否则就是输出一个为0的值，如果在计算中有误，输出的数值大于27648的时候，输出的值也是27648，这样防止输出值超过最大值，以免影响调功器的精度。编程的逻辑通俗易懂，也方便刚入行的人学习。