摘要：由于牙膏生產(chǎn)后段需恒壓供膏，且為保證灌裝機的灌裝精度，輸送過程需要保證膏體的壓力恒定，膏體的流量根據(jù)灌裝需求進行供給。本文研究的自動化恒壓供膏控制系統(tǒng)通過PID控制算法，控制恒壓罐閥門開度以保證恒壓罐內膏體壓力的恒定，通過對PID參數(shù)的整定保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為牙膏生產(chǎn)后段灌膏的工序提供有力保障。

0引言

牙膏的生產(chǎn)主要分為制膏和灌膏兩部分，供膏系統(tǒng)在制膏及灌膏兩部分間起到連接作用。在膏體生產(chǎn)結束后，恒壓供膏系統(tǒng)需要根據(jù)后段自動化灌裝線的生產(chǎn)要求進行膏體輸送。為保證灌裝機的灌裝精度，輸送過程需要保證膏體的壓力恒定，其中膏體流量根據(jù)灌裝需求進行供給。自動化恒壓供膏系統(tǒng)主要用于金殿日化牙膏生產(chǎn)過程中的制膏結束后膏體的自動化輸送。國內對供膏系統(tǒng)中對恒壓罐閥門的控制基本全依靠人工經(jīng)驗，這種方法很難保證灌膏的穩(wěn)定性，加上人為操作的局限性且沒有相應的監(jiān)測系統(tǒng)，嚴重影響灌膏質量。因此迫切需要研發(fā)自動化恒壓供膏系統(tǒng)。

1自動化恒壓供膏系統(tǒng)的工藝流程及系統(tǒng)組成

1.1自動化恒壓供膏系統(tǒng)工藝流程

在制膏生產(chǎn)結束后將膏體輸送至膏體暫存移動罐，然后由泵體輸送至恒壓輸送罐，輸送過程需根據(jù)灌裝機灌裝需求進行膏體供料，同時需考慮避免泵體減少啟動頻率，以免對泵體使用壽命造成影響。恒壓輸送罐容積740L，為保證0.3MPA壓力輸送，罐體要求設計壓力1.0MPA。恒壓罐根據(jù)后端灌裝機的灌裝量要求，保持0.3MPA壓力給料。自動化恒壓供膏系統(tǒng)工藝流程見圖1。

1.2自動化恒壓供膏系統(tǒng)主要工藝設備

3m3移動暫儲罐8個，轉子輸送泵4臺，740L恒壓輸送罐8個。

2自動化恒壓供膏系統(tǒng)設計

自動化恒壓供膏系統(tǒng)的基本設計思路為采用基于PLC的PID控制方法，在恒壓管內安裝壓力傳感器、液位傳感器，由壓力傳感器及電容式液位傳感器將罐內壓力及液位通過變送器實時傳給控制器，控制器通過變送器傳回的數(shù)據(jù)通過PID的控制算法來調節(jié)恒壓罐閥門的開度，進而形成一個閉環(huán)控制。形成基于PLC的PID控制系統(tǒng)，采用了傳感器與PLC設計相結合，優(yōu)化了供膏系統(tǒng)的控制過程。

2.1系統(tǒng)控制設計

自動化恒壓供膏系統(tǒng)的控制采用負反饋控制理論和PID控制算法。對所要控制的恒壓系統(tǒng)進行分析后，確定控制信號中的被控量為灌膏工作時閥門的開度，控制系統(tǒng)的目標值為恒壓關內的壓力，被控對象為恒壓罐閥門，控制裝置為可編程控制器。將恒壓罐內的壓力、液位與設定值進行比較，得到偏差，通過PLC控制變頻器調節(jié)輸送泵，#后使恒壓罐內的壓力及液位跟進設定值，使恒壓罐內的壓力恒定不變。自動化恒壓供膏系統(tǒng)的結構原理如圖2所示。

2.2系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)以上工藝流程要求，以及現(xiàn)場工藝設備的安裝位置情況，將恒壓供料系統(tǒng)置于每臺灌裝機旁，使用一臺PLC作為邏輯控制運算，一臺HMI作為操作人員人機交互，用于設定壓力等控制參數(shù)設定，恒壓供膏系統(tǒng)的示意圖如圖3所示。

PLC根據(jù)灌裝機的灌裝量控制恒壓罐閥門開度，從而達到調節(jié)膏體流量的目的，灌裝機的膏體需求量根據(jù)液位計采集數(shù)據(jù)變化量來計算，罐體內壓力通過管頂衛(wèi)生型壓力變送器進行監(jiān)控，從而控制壓縮空氣比例調節(jié)器控制管內壓力恒定。

2.3系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)采用西門子PLC-200型PLC作為控制中心，用PLC去控制恒壓罐閥門開度來達到恒壓穩(wěn)定的效果。

每套系統(tǒng)I/O統(tǒng)計數(shù)量為10個點位，考慮系統(tǒng)預留為今后擴展使用。I/O口所需數(shù)量如表1所示。

從HMI上按下啟動開關時輸送泵運行且恒壓罐的閥門開啟，程序根據(jù)壓力、液位傳感器反饋的數(shù)據(jù)通過PLC輸出一個電壓或電流信號（0～10V或4～20mA）給閥門控制器，該電壓或電流信號控制閥門的開度，通過閥門開度的增大和減小從而達到調壓的目的。如果停止按鈕按下時，PLC會給閥門一個關閉信號，則輸送泵停運，閥門關閉。自動化恒壓供膏控制程序系統(tǒng)框圖如圖4所示

3結束語

根據(jù)系統(tǒng)要求及當前恒壓供膏系統(tǒng)存在的問題，設計了金殿日化自動化恒壓供膏控制系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定運行至今10年。即實現(xiàn)了為后端灌膏環(huán)節(jié)提供持續(xù)穩(wěn)定的牙膏源，又為公司節(jié)約了成本。由于使用PID控制方法，一方面使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，一方面提高了生產(chǎn)效率。