1 序言
    真空均質乳化機（簡稱乳化機）主要應用於化工、醫藥、生物、食shi品pin等deng諸zhu多duo領ling域yu中zhong非fei均jun相xiang液ye一yi固gu和he液ye一yi液ye多duo相xiang體ti分fen散san體ti係xi的de混hun合he。目mu前qian該gai設she備bei在zai國guo內nei主zhu要yao是shi采cai用yong傳chuan統tong的de繼ji電dian器qi控kong製zhi係xi統tong構gou成cheng，操cao作zuo人ren員yuan需xu要yao根gen據ju經jing驗yan和he儀yi表biao顯xian示shi輸shu入ru指zhi令ling或huo數shu據ju進jin行xing手shou動dong操cao作zuo，自zi動dong化hua程cheng度du不bu高gao，同tong時shi控kong製zhi係xi統tong存cun在zai操cao作zuo繁fan瑣suo
、溫度控製超調量大、能耗高等缺點。

2 乳化機的工作過程
2.1 工作原理
    乳化機由乳化鍋、水相鍋
、油相鍋
、真空裝置、溫度控製係統、電氣控製係統等組成。
生產工藝流程如圖1所示[1，2]。油溶性和水溶性原料分別在油相鍋和水相鍋內熔化或溶解
，溫度一般保持在80℃左右，將用水蒸氣加熱的油相和水相原料通過過濾器加至乳化鍋內，以進行均質攪拌
、乳化和真空脫氣。然後，向夾套通入冷水，冷卻到一定溫度後，添加香精，繼續冷卻至要求的溫度停止攪拌
，待恢複常壓即可出料。
2.2 工作過程
(1)油相鍋、水相鍋進料後，啟動油相、水相攪拌電機，在線設定油相、水相電機的轉速；
(2)設定油相鍋、水相鍋控製溫度後，啟動油相鍋、水相鍋的溫度控製；
(3)當油相鍋、水相鍋內原料初處理完成後，啟動油相鍋
、水相鍋出料泵，將初處理後的物料泵入乳化鍋內；
(4)當油相鍋


、水(shui)相(xiang)鍋(guo)內(nei)的(de)物(wu)料(liao)完(wan)全(quan)泵(beng)入(ru)乳(ru)化(hua)鍋(guo)內(nei)後(hou)，出(chu)料(liao)泵(beng)停(ting)止(zhi)運(yun)行(xing)。啟(qi)動(dong)液(ye)壓(ya)電(dian)機(ji)

，垂(chui)直(zhi)下(xia)降(jiang)主(zhu)攪(jiao)拌(ban)器(qi)與(yu)均(jun)質(zhi)攪(jiao)拌(ban)器(qi)，當(dang)下(xia)降(jiang)到(dao)位(wei)時(shi)，液(ye)壓(ya)電(dian)機(ji)停(ting)止(zhi)工(gong)作(zuo)，然(ran)後(hou)手(shou)動(dong)旋(xuan)緊(jin)密(mi)封(feng)閥(fa)；
(5)當真空乳化鍋密封後
，啟動主攪拌、均質攪拌電機。轉速將從零上升到用戶的設定值，並可根據不同的加工要求
，在線改變主攪拌
、均質攪拌電機的轉速；
(6)啟動真空泵電機

，乳化鍋負壓力不斷變大，最終將達到用戶設定值
；達到用戶設定值後真空泵電機自動停止；
(7)啟動乳化鍋溫度控製，自動對乳化鍋進行加熱控製，控製方法采用模糊PID恒溫控製，乳化鍋內原料將被加熱到用戶設定溫度；
(8)當乳化工作完成後，通過排氣口減小乳化鍋內負壓力，當乳化鍋壓力為零時
，打開出料閥，排出乳化品。

圖1 乳化生產工藝流程

3 控製係統的構成
3.1 控製係統的結構
    根據係統設計要求
，實現油相
、水相、主攪拌、均質攪拌電機轉速控製，控製範圍依次是10rpm~1500rpm
、10rpm~1500rpm、10rpm~80rpm

、100rpm~4500rpm；實現油相鍋、水相鍋、乳化鍋溫度的智能控製，控製量範圍依次是：0~100℃、0~140℃
、20~140℃；實現乳化壓力控製，控製範圍為-100Kpa~+100Kpa和液壓升降控製。
係統的結構如圖2所示。控製係統主要由上位機、下位機兩個部分組成
，上位機采用台達的HMI(DOP-B)[3]
；下位機采用台達DVP48EH00R係列的PLC[4]

；電機的轉速控製，采用台達VFD係列變頻器實現。

圖2 乳化機控製係統結構圖

3.2 控製係統的模塊劃分
係統的控製部分可以劃分為各種模塊

，如圖3所示。
（1）壓力采集模塊
實現將壓力儀表的模擬電壓信號轉化為PLC可以識別的數字量信號
，壓力表的信號通過PLC的AD(DVP-04AD-H)模擬量輸入模塊采樣到PLC中。
（2）溫度采集模塊
油相鍋
、水相鍋和乳化鍋的使用鉑電極(Pt100)測量溫度，采用三線製接法。信號通過PLC的TM（DVP-04PT-H）PT100模塊采樣到PLC中。
（3）連鎖保護模塊
設置硬件和軟件雙重安全連鎖裝置，保證乳化鍋在抽真空的過程中不能打開鍋蓋，液壓站也不能啟動。

圖3 乳化機控製係統模塊圖
 

3.3 PLC容量選擇
乳化機控製係統的I/O點數分析見表1。

表1 I/O點數分析表

3.4 變頻器的選擇及通信
    乳化機係統有主攪拌電機1個，均質電機1個
，液壓站電機1個，真空泵1個
，功率均為KW級，對於電能的消耗大，由於變頻器具有調速節能和軟啟動節能的作用，因此考慮選擇用變頻器。
    本係統中選用台達VFD-M和B係列的變頻器。根據人機界麵上控製的轉速設定，輸出4～20mA的信號以調節電機的轉速，變頻器的運行需要和PLC進行MODBUS通信來確定是否啟動或停止。

4 控製係統的軟件設計
4.1 軟件設計的基本要求
操作功能主要是方便操作，需要人機對話界麵。係統的規模越大，自動化程度越高，要求也越複雜
，比如下拉式菜單設計、趨勢報警、I/O信息的顯示以及有關數據、表格的更新存儲和輸出等。圖4為設計的乳化鍋人機界麵。

圖4 乳化鍋人機界麵

4.2 I/O信號及數據結構分析
    工業現場的檢測信號是多種多樣的，有模擬量也有開關量
，PLC就以這些現場的數據作為對被控對象進行控製的源信息。通過對PLC的工作現場數據進行分析
，確定了每一個I/O信號的地址。依據生產過程從前至後，I/O點數由小到大的原則把I/O信號集中編址。部分I/O信號的分配見表2。

表2 I/O信號的分配表

4.3 溫度控製
    ruhuajidewendukongzhixitongshiyisangeguodewenduweibeikongzhicanshu，lengqueshuiliuliangweikongzhicanshudehuilukongzhi。youyuguowenxitongshijuyoudazhihouheshibianxingdexitong

，beitiaoliangbunengjishifanyingxitongshoudaoderaodong

，tiaojieqidedongzuoxujingguoyidingdezhihoushijiancainengyingxiangbeitiaoliang，jingchanghuiyinqixitongdexiangyingchaotiaoguodahuofashengzhendang
，daozhixitongguodudaoqitacaozuozhuangtai，yongchangguiPID控製很難得到滿意的控製結果。
本控製係統采用台達公司的DVP48EH00R係列的PLC為核心部件，實現恒溫控製
，控製係統的原理框圖如圖5所示[5]。PLC根據采集的信號計算出偏差e(t)和偏差變化率ec(t)，按照模糊PID的控製規則計算控製量u(t)，並輸出控製量u(t)。經過PLC的D/A轉換

，變成4～20mA的電流信號，送到調節閥來調節蒸汽或者冷卻水的流量，實現係統溫度的智能控製。
 

圖5 控製係統結構圖

5 總結
    本文采用台達PLC、HMI、變頻器設計了一套均質機自動控製係統
，開發成本低

、操作方便

，能夠實現在線監視、控kong製zhi和he警jing報bao。目mu前qian控kong製zhi係xi統tong運yun行xing良liang好hao，顯xian著zhu提ti高gao了le乳ru化hua控kong製zhi係xi統tong的de自zi動dong化hua程cheng度du
，降jiang低di了le控kong製zhi係xi統tong的de超chao調tiao量liang，減jian少shao係xi統tong運yun行xing時shi間jian
，有you效xiao降jiang低di乳ru化hua機ji能neng耗hao。
作者簡介
張相勝(1977-）男 講師
，碩士，主要從事生產過程建模與優化控製方向的研究。
參考文獻
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[2]吳元欣
，朱聖東，陳啟明等.新型反應器與反應器工程中的新技術[M].北京：化學工業出版社，2007.
[3]DVP-B係列人機界麵使用手冊[Z].上海：中達電通股份有限公司，2010.
[4]DVP PLC.應用技術手冊（程序篇）[Z].上海：中達電通股份有限公司，2006.
[5]張相勝.潘豐基於PLC的均質機控製係統設計[J].機電工程，2010
，27（10）：9-12.