彭琛 唐志勇

【摘要】介绍了现有发泡机控制系统发展概况，提出把可编程控制器（PLC）应用在可靠性和故障检测控制中的想法，对系统可能出现的故障进行列举并给出解决办法。仿真结果表明，基于可编程控制器（PLC）的发泡机控制系统能够达到理想控制状态，满足检测系统控制要求，能更快的发现故障并解决故障。

【关键词】可靠性;发泡机;故障检测

发泡机控制系统控制的自动发泡机技术在工业生产的自动化控制中占有比较重要的地位。用来发泡的塑料原料颗粒微小，所以发泡后的塑料成型制品的密度也很小，同时还有隔热、缓冲压力和减少震动等特点，广泛地应用在包装建筑和隔音保暖材料当中，当然一些医疗用品和机械零件等领域也有它的踪影。

1.发泡机控制系统简介

发泡机控制系统是把本来很小的塑料颗粒发泡，也就是使塑料颗粒变大，然后就可以通过不同的模具变成所需要的形状，发泡机控制系统可自动重复工作程序：填料和发泡，而最重要的发泡倍数是由原料添加重量和发好后粒子的总量决定的，发泡机控制系统主要是由一个步进过程组成的[1]。步进过程大致分为三个阶段。

各阶段的简要工作原理大致如下：

（1）添加原料阶段

通过物位传感器测量吸料缸内的颗粒位置，如果没有达到上限值则启动真空泵，利用真空管把微小的塑料颗粒吸进存放原料颗粒的吸料缸内，如果已达上限值则停止吸料;在吸料缸内都充满了发泡颗粒后，打开高压空气电磁阀和进料开关把吸料缸内的颗粒往称量缸内送去。等待物位传感器发出吸料缸满的信号，然后真空泵停止工作，真空管内原料落回原料缸内。

（2）原料称量阶段

首先由称量传感器检测称料缸内是否为空，如果否则继续等待;如果是，则打开耐高温电磁阀通入高压空气，同时打开进料耐高温电磁阀让原料在高压空气的压力下迅速落入称量缸内的称量铲上，当称量铲检测已达到预设的发泡所需重量时，关闭进料阀门和高压空气阀门停止进料。在经过称料缸中的称料铲精确测量后，打开高压空气阀门使高压空气进入，同时打开耐高温电磁阀门使原料颗粒在高压空气的压力下完全落入预发缸内，并等待发泡缸准备好。

（3）发泡阶段

当发泡缸内发泡好的颗粒全部被高压风机吹进料仓后，同时关闭高压风机、振荡电机和搅拌电机，关闭耐高温电磁阀门和高压空气阀门，此时打开耐高温电磁阀门和高压空气阀门使高压气体进入预发缸内迅速把基金项目：湖南省教育厅一般科研项目（14Z0788）;湖南文理学院芙蓉学院校级大学生研创项目“智能控制在发泡机控制系統中对故障检测的在线监测系统的研究”（院办通[2014]7-7）。称量好的原料颗粒吹进发泡缸内，时间设置为30秒，30秒时间到后将自动关闭阀门。

在称量好的原料颗粒完全进入发泡缸后，通过电阻丝开始对发泡缸内升温，直到温度传感器检测已达发泡所设温度，则开始启动搅拌机，通过变频器使搅拌机开始高速旋转，进行发泡动作，发泡过程中用温度传感器实时监测温度变化，以防止温度过高损坏原料，直到音叉式水平传感器检测出发泡颗粒已达到所需大小，通过变频器控制搅拌机减速，打开高压空气阀门和耐高温电磁阀门，启动振荡电机和高压风机，利用搅拌机缓慢的把发好的塑料颗粒推出发泡缸，通过振荡电机把成块的颗粒振散，用高压风机将原料吹进料仓，这样整个发泡过程结束。并在每次发泡过程完成后都自动对发泡缸进行除残动作，以避免出现不必要的误差。

对于以上介绍的基于PLC的发泡机控制系统的可靠性分析主要是关于PLC的可靠性分析。可编程控制器将计算机功能完备、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，具有工作可靠性高、编程简单、使用方便、设计调试周期短、性能价格比高、抗干扰能力强等特点，虽然可编程序控制器本身具有很高的可靠性，但如果输人给PLC的数字信号出现错误，模拟量信号出现较大偏差或PLC输出控制的执行机构没有按要求动作，这些都可能使控制过程出错，从而降低PLC自动控制系统的可靠性。

2.控制系统可靠性降低的原因

2.1 造成现场输入给PLC信号出错的主要原因

造成现场输入给PLC信号出错共有三个方面的原因：

（1）传输信号线出现故障。由于机械拉扯，线路自身老化或鼠害等使传输信号线短路或断路时，现场信号无法传送给PLC，造成控制出错。

（2）机械开关、现场变送器自身出现故障。例如，触点接触不良，变送器反映现场非电量偏差较大或不能正常工作等，这些故障会使控制系统不能正常工作。

（3）机械触点抖动，现场触点只闭合了一次，但PLC却认为闭合了多次，虽然硬件中有滤波电路，梯形图中有微分指令，但由于PLC扫描周期很短，仍会在记数、累加、移位等指令中出错，出现错误控制结果。由于输入信号出错或出现较大偏差，使系统控制过程出错，降低了系统的可靠性。

2.2 造成执行机构出错的主要原因

造成执行机构出错的主要原因：

（1）控制负载的接触器出现故障，不能可靠动作。虽然PLC发出了动作指令，但执行机构并没按要求动作。

（2）各种电动阀、电磁阀自身出现故障，该开的没能打开，该关的没能关到位。

（3）由于控制变频器自身出现故障，变频器所带电动机没按要求进行工作。由于执行机构没能按PLC的控制要求动作，使系统无法正常工作，降低了系统可靠性。

2.3 解决实际操作出现的问题

（1）启动后不运转可能原因：开关“LS2”未置于“NO”。

（2）蒸汽不出来。

（3）启动后不进料可能原因：开关“LS1”位置不对。

（4）预发和气冷完成后，打开脱离舱，但脱离时间表不工作，警报鸣响的可能原因：开关“LS2”位置不对。

（5）低温发泡时虽然蒸汽出来，但发泡速度很慢的可能原因：压进发泡缸的混合气体太多。

（6）蒸汽不出来可能原因：清洁空气压力、方向或时间不对;发泡速度太快。

图1

3.故障检测系统

要提高PLC自动控制系统的可靠性，除了必须提高输入信号的可靠性和执行机构动作的准确性，系统还应具有完善的故障报警系统，使PLC能及时发现问题，并用声、光等报警方式提示操作、维护人员尽快排除故障，使控制系统安全、可靠、正常地工作。在PL C控制系统发生事故、故障时都应发出报警信号，一般是声光报警信号。在整个工艺流程中必须注意做好实时报警检测，因为在整个流程中如果中间出现故障又不能及时地发现并处理的话，对整个发泡机来说都是非常大的损失。在整个生产过程中，都有光电开关检测是否发生了故障。一旦发现有故障，可通过硬、软件两种方式来强制系统的暂停或停机，可进行故障检测并报警。

图2 报警控制梯形图及仿真图

在本次研究中用到几处措施来完善报警系统，同时达到提高控制系统可靠性的目的：在每个电磁阀的连接上都并联了一个续流二极管，来保证电磁阀能有效地进行工作，而且不会轻易被损坏;在每个接触器输出上接了阻容电路（其中R=100Ω，C=0.01μF），这个电路也是为了很好地对系统进行保护地;在选择每次发泡重量时设置了报警装置;在发泡缸内升温时也设置了报警装置，防止温度过高，损坏机器。

4.结论

本文通过在实际应用中分析发泡机有可能导致可靠性欠缺的地方，有针对性的提出解决办法，并找出现实工作状态下出现故障后的应对动作及方法，有效的保证了系统的可靠性，在故障检测方面也提出了在PLC软件中加入报警控制系统，最后通仿真测试，结果证明实时可行。

参考文献

[1]彭琛，李晓峰.基于模糊逻辑规则的双重控制器在发泡机控制系统中的应用研究[J].湖南文理学院学报（自科版），2013（1）.

[2]许向阳，张茂元，卢正鼎.智能控制综述[J].舰船电子工程，2004（5）.

[3]胡氢，司纪凯.智能控制技术现状分析及发展[J].煤矿机械，2006（6）.