王耿燃

（广东省粤东高级技工学校，广东汕头 515041）

三菱FX系列PLC在高压均质乳化机改造中的应用

王耿燃

（广东省粤东高级技工学校，广东汕头 515041）

针对一台进口二手高压均质乳化机频繁维修的情况，对其电气控制要求进行分析，在保证设备功能和生产安全的前提下用三菱FX系列PLC对其电气控制部分进行改造,同时增加了必要的保护措施，不但使该设备安全的投入生产，而且提高了工作效率，取得了较好的经济效益。

高压均质乳化机；继电器控制；PLC控制

0 前言

笔者受托为一家食品公司改造一台食品加工设备（由该公司机修师傅协助，本人主要负责电气控制方面）。该设备是一台进口二手的三柱塞泵高压均质乳化机，机器的铭牌及电气控制线路部分在购进前已被拆除。由于最初只采用接触器、继电器对电控线路进行简单的控制，所以须频繁维修更换器件，而对该机原有的多个自动控制及保护设施闲置或不予配套，经常由于缺水、缺油、超压或压力不够等造成精密元件的损坏或加工质量下降，从而降低了生产效率，笔者经过对该机的控制要求进行全面的分析及听取厂方的意见之后，提议有必要用PLC对其控制线路进行改造，得到了厂家的支持，最后在机修师傅的配合下对此设备改造成功。

1 高压均质乳化机的电气控制分析

高压均质乳化机是食品加工过程中不可缺少的重要设备。它的主要功能有：（1）进行油和水的混合，获得稳定的油包水型或水包油型乳化液；（2）对固体颗粒超细粉碎，获得稳定的分散体溶液；（3）对大肠杆菌、酵母菌、细胞进行破碎，提取其细胞内酶、蛋白质等活性产物。

它的主要部件是三柱柱塞泵，由高低压两级均质阀体组成。需要粉碎乳化的物料，通过柱塞的往复运动，先将物料吸入泵体，然后依次压入高低压两级阀体。物料在高压腔内，通过每秒约300 m的高速撞击作用、压差悬殊的空穴作用和高速流动时的剪切作用下，使原始物料的颗粒得以充分细化（它们的直径在0.01～2 μm范围内），然后物料立即又在低压腔内得以充分乳化[1]。参见图1，简单了解了高压均质机的功能及工作原理后，来对该设备各方面进行分析。

（1）设备简介

该设备由供料部分和均质部分组成，供料部分是一台内部装有S型叶片封闭式搅拌机，该搅拌机可正反向运转。正转时搅拌，反转时给原料桶加料。该搅拌机由一台3 kW电动机带动，从搅拌机中出来的原料进入原料桶，然后经过输料管进入均质机，输料管上安装了一个电磁阀，作进料控制。料桶上下各有一个液位开关用来监视料桶中原料（图1为改造后的结构）。

图1 改造后的结构

均质部分是由一台37 kW电动机通过一比一的皮带轮(皮带轮直径450毫米)带动一台减速箱(输入与输出速度比为30/1)和一台齿轮油泵，减速箱再带动柱塞泵对物料均质，油泵为整机提供润滑油。润滑油管上安装一个油压传感器，用以检测油压。在柱塞泵上安装有进出水口，通过水流为柱塞泵降温，冷却水管上安装有一个水流传感器，用以检测水流。在柱塞泵旁边安装了一个电磁阀，用以在停机时卸放高压腔内的压力，在柱塞泵上还安装了一块压力表，用以监视压力。

该机原本是采用传统的继电-接触器控制，均质机电动机M1由KM1、KMY、KM△接触器控制，采用星三角降压启动，单向运转，热继电器FR1进行过载保护。由两个电磁阀YV1、YV2分别控制料桶进料和停机卸压，搅拌器电动机M3由KM3、KM4接触器控制直接启动，正反向运转，热继电器FR3进行过载保护。该机原有的齿轮油泵已损坏，现单独用一台油泵，油泵电动机M2由KM2接触器控制，热继电器FR2进行过载保护。冷却水用自来水，水流传感器和油压传感器原均未使用。由于原来三台电动机相互不关联，当油泵电动机M2出现过载保护时，均质机电动机M1还继续运行，这样会对设备运行的安全性以及生产工艺质量造成影响。还有由于液位开关只是用到的SQ1和SQ3，所以当显示缺料时只能手动控制加料，这样带来了操作方面的不便。另外，由于缺水、缺油、超压或压力不够时，没有对该机进行保护造成精密元件的损坏或加工质量下降也时常发生。

（2）新增控制要求

1）料桶中物料能自动控制，满桶时搅拌机正转搅拌，低于某一位置时搅拌机反转为料桶加料。

2）均质机出现缺水、缺油、缺料任意一种情况时，都不能运行，如在运行时出现缺水、缺油、缺料要求能自动停机。

3）当缺水、缺油、缺料时均质电动机切换△时便立即停车，均质电动机不能继续运转，直到故障排除。

4）均质机的压力要求控制在一定的范围内以保证产品质量（细化）。同时为保证设备安全，必须限制最高压力。

5）出现故障时，要有明确的故障指示。

6）要求有急停按钮，紧急状态时按下急停按钮，全机必须立即停车。

（3）电气改造

根据设备运行控制要求，对该机的电气控制线路进行全面改造。

1）根据输入输出要求，选用三菱FX2N—32MR型可编程序控制器作主控制器。

2）由于控制均质电动机的接触器吸合电流太大，不宜用PLC的输出继电器直接控制KM1、KMY、KM△，所以用继电器KA1、KA2、KA3作为过渡控制，如图2所示。

图2 PLC输出过渡控制

3）利用原有水流传感器和油压传感器监视水流和油压，保证设备安全。

4）为了确保安全生产，该机已装上了溢流阀配合原有的压力表，用以检测均质机高压腔内压力，同时限制最高压力（由机修师傅负责）。

5）在减速箱的主动轮旁边安装一个接近开关，其型号为TL-Q5MB1(PNP)，用以检测主轴转速(变速箱的主动轮轮毂为三柱式，其转一周接近开关将提供三个脉冲)，保证主轴转速就能保证压力在正常范围内从而确保产品质量[2]。

6）料桶原有两个液位开关，再增加一个，且重新调整开关位置，用来检测原料的多少，控制搅拌器正反转，确保料桶不缺料(图1所示)。

7）设有缺水、缺油、低速（低压）、缺料、均质电动机过载、油泵过载、搅拌机过载等七个故障指示灯作故障指示（用原热继电器作过载保护）。

2 改造后的控制流程

（1）启动

合上电源开关，开启冷却水阀门，HL1(缺水)故障指示灯熄灭。

按下SB0(X0)，搅拌机M3正转，使原料充分混合均匀。10分钟后，M3反转向料桶中注料。当满料开关SQ3(X17)接通后，搅拌机M3又正转搅拌，直到SQ2(X16)复位，M3再次反转向料桶中注料。满料的同时，润滑油泵电动机M2启动。按下SB1(X1)，均质电动机M1 Y型启动，卸压电磁阀YV2(Y4)得电关闭，柱塞泵内压力开始上升。6秒后，电动机M1断开Y接中性点惯性运转，0.5秒熄弧后，电动机M1△型运转。2秒后，进料电磁阀YV1(Y3)得电进料加工。

（2）停止

按下停止按钮SB2(X2)，搅拌机电动机M3立即停车，均质电动机M1继续运行，料桶中的原料逐渐减少，当原料低于缺料开关SQ1后，全机停止运转。

（3）急停

当需要紧急停车时，按下急停按钮SB3(X3)，整机停止运转，直到复位急停按钮SB3(X3)，方可重新启动。

（4）保护措施

当系统出现缺水、缺油、缺料、低速、均质电动机过载或油泵电机过载等任一故障时，对应的故障指示灯亮，同时KA1（KM1）、KA2（KM△）、YV1、YV2复位，均质电动机停车，卸压电磁阀打开，进料电磁阀关闭。

另外当搅拌机过载时，搅拌机立即停车，均质电动机继续运行，直到料桶缺料，均质电动机才会停车。

3 程序设计

（1）输入、输出分配如表1。

表1 输入、输出分配表

（2）PLC程序设计（部分）：

0 LDI X01022 OR X004

1 OUT Y01023 AND Y002

2 LDI X01124 SET M20

3 OUT Y011……

4 LD X012;*测速(低速保护)

5 OUT Y012123 LD Y002

6 LD M10124 OUT T7 K60

7 OUT Y013127 MPS

8 LD X014128 ANI T7

9 OUT Y014129 ANDP X013

10 LDI X015131 INC D1

11 OUT Y015134 MRD

12 LD X004135 AND T7

13 OUT Y016136 AND＜D1 K4200

14 LD X005141 SET M10

15 OUT Y017142 MPP

16 LDI X010143 AND T7

17 ORI X011144 RST D1

18 OR X012147 RST T7

19 OR M10……

20 OR X014174 END

21 ORI X015

（3）程序简述

1～15步为故障指示（开机前应先打开冷却水阀门，输入继电器X11动作，故障指示灯Y11熄灭）。

16～24步为缺水、缺油、低速、均质机过载、缺料、油泵过载保护，当均质机电动机M1△型运转时，Y2置1，故障出现时，对应输入继电器动作，辅助继电器M20置1，Y0～Y4复位，均质电动机停车。

25～26步为搅拌机电动机M3过载保护，当搅拌机电动机M3过载时，辅助继电器M30置1，搅拌机无论正反转都停车。

27～80步为搅拌机电动机M3正反转自动控制，按下SB0(X0)，辅助继电器得电吸合，同时Y6得电搅拌机正转，T0开始延时，10分钟后正转停止，T1开始延时熄弧，2秒后Y7得电，搅拌机反转为料桶供料。当料桶中的原料超过缺料开关SQ1时，输入继电器X15动作，故障指示灯Y15熄灭。当料桶中的原料超过满料开关SQ3时，输入继电器X17动作，搅拌机反转停止，T3开始延时熄弧，2秒后Y6得电搅拌机正转。

81～88步SQ3（X17）动作的同时Y5得电，油泵电动机M2工作，输入继电器X12动作，故障指示灯Y12熄灭。

89～122步为均质机电动机M1启动过程。到88步时所有故障灯都已熄灭，此时按下SB1(X1)，Y0、Y1、Y4得电均质机电动机M1Y型启动，卸压电磁阀关闭，同时T4开始延时，6秒后Y1失电，断开Y接中性点惯性运转，T5开始延时熄弧，0.5秒后Y2得电，均质机电动机M1△型运转，T6开始延时，2秒后Y3得电，进料电磁阀打开。

123～155步为减速箱主轴速度检测，当输入继电器X13检测到的脉冲少于每分钟4200个时，辅助继电器M10、M20置1，149步Y0～Y4复位，均质电动机停车。

156～173步为急停和复位。当输入继电器X3闭合，复位Y0～Y7，设备停止运行。当Y2失电后，复位辅助继电器，为下一次启动作准备。

4 结束语

该机未改造之前是由传统的继电器控制，只有料桶满料自动正转功能，另设有缺料、满料指示，除过载保护外没有任何保护措施，经常出现因缺料、缺油造成设备故障；因缺水柱塞泵体过热，皮带磨损主轴转速下降等原因引起的产品质量下降，生产效率较低。用PLC改造后的高压均质机通过一段时间的运行，结果令人满意。不但实现了自动控制，而且由于接线简单，故障率大大降低，同时减小设备操作人员的劳动强度。由于保护措施的设置，至今设备未发生故障，生产效率明显提高。

比较PLC控制和传统的继电器控制，PLC具有可靠性高，安全性好，故障率低等优点，在充分了解生产工艺的基础上用PLC对生产设备进行控制，对提高生产效率和经济效益是传统的继电器控制方式所不可比拟的。

由于受现场条件和设备条件的限制，有些地方不近人意，如对冷却水的控制及均质机超压保护，也可以用PLC进行自动控制，此设计待补充。

［1］雒亚洲，鲁永强，王文磊.高压均质机的原理及应用［J］.中国乳品工业，2007，35（10）：55-58.

［2］郑铭芳.低压电器选用维修手册［M］.北京：机械工业出版社，1989.

Application of FX Series PLC in the Transformation Mitsubishi High-Pressure Homogenization Machine

WANG Geng-ran
（Guangdong Yuedong Senior Technical School，Shantou515041，China）

For a second-hand imports of high-pressure homogenization machine frequentrepair,the author analyzed the electric control,in the guarantee function of equipment and production safety under the Mitsubishi FX series PLC on theelectrical control part of the transformation,but also increase the necessary protective measures,not only make the equipment safe production，but also improve the the work efficiency,and achieved good economic benefit.

the high-pressure homogenization machine；relay control；PLC control

TP273

B

1009－9492(2014)05－0128－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.05.032

王耿燃，男，1984年生，广东揭阳人，大学本科，高级技师。研究领域：技师学院“产、学、研”。

(编辑：向 飞)

2014－02－14