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
、shipindengzhuduolingyuzhongfeijunxiangyeyiguheyeyiyeduoxiangtifensantixidehunhe。muqiangaishebeizaiguoneizhuyaoshicaiyongchuantongdejidianqikongzhixitonggoucheng，caozuorenyuanxuyaogenjujingyanheyibiaoxianshishuruzhilinghuoshujujinxingshoudongcaozuo
，zidonghuachengdubugao
，tongshikongzhixitongcunzaicaozuofansuo

、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
[1]裘炳毅.乳化作用及其在化妝品工業的應用（五）乳狀液的形成及其特性 [J].日用化學工業
，2000，30(4)：56-60.
[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.