悬浮烘箱控制系统设计与测试

引言

悬浮式烘干技术是一种新型的热风干燥技术,由美国ASI公司提出,随着美国印刷业的迅速发展,也大力推动了悬浮烘箱技术的发展。日本、欧洲的悬浮式干燥技术都是从美国传入并发展的,现在美国很多企业都使用悬浮烘箱代替传统的支撑银烘箱,可以说使用悬浮烘箱将会是国内现代印刷、涂覆行业的主流趋势。

1悬浮烘箱概述

1.1悬浮烘箱原理

悬浮烘箱又叫漂浮式烘箱或气浮式烘箱,其原理是:利用空气动力学原理,由一系列上下水平交错或对称排列的空气喷嘴形成的特殊热风流场,支撑料膜在烘箱内运行并干燥。1.2悬浮烘箱优点

(1)悬浮烘箱内的料膜通过空气传动,避免料膜与烘箱导银直接接触,确保料膜不被伤,提高涂布质量。(2)悬浮烘箱内的料膜纵向张力几乎为零,对料膜拉伸小,减少料膜热收缩,保证涂布均匀。

2悬浮烘箱控制系统设计

悬浮烘箱控制系统设计包括烘箱升降、烘箱风机启动/停止等动作。系统硬件由西门子1500PLC、风压传感器、变频器、变频电机、人机界面组成,如图1所示。烘箱升降时,PLC发送相应的指令给烘箱升降变频器,从而驱动电机动作。烘箱风机变频器与PLC通过RS485实时通信,PLC将指令发送给风机变频器,随后驱动风机。

2.1悬浮烘箱升降

悬浮烘箱各区之间由保温层相连,所以烘箱升降必须同步。每区烘箱升降杆各有两个上限位和两个下限位,上限位限制烘箱升起高度,下限位检测烘箱是否完全关闭。烘箱升降由PLC统一下达指令,通过变频器驱动电机实现。烘箱上升时,当检测到两个上限位的其中之一时,烘箱会继续上升,若在接下来的0.5s内检测到另一个上限位,烘箱将会继续上升,系统正常。若在0.5s内未能检测到另外一个上限位,烘箱会在0.5s后停止上升,系统认为另外一个上限位开关已经损坏,在修好或更换之前烘箱将无法进行升降动作。烘箱下降逻辑和上升逻辑一样,通过检测两个下限位来进行下降动作。这样每次都可检查限位开关是否正常,防止烘箱升起下降时造成损坏。

2.2烘箱风机启动/停止

如图2所示,设计的悬浮烘箱共5节,风机总共由5个进风机、2个串联风机和1个排风机组成。进风机入风口管道,1区、2区、3区排风管道及4~3区串联风管、5~4区串联风管处各有2个风压检测仪器,均用来检测风量是否达到要求。

图2 悬浮烘箱风机排布

2.2.1烘箱启动流程

烘箱启动分为自动和手动模式。在手动模式下,启动时,只需手动点击各风机启动按钮即可:关闭时,点击停止按钮即可。在自动模式下,点击启动按钮,系统自动跳转至启动流程画面(图3)。画面左侧为启动流程图,右侧显示各步骤的具体过程及出错情况。启动时,系统首先进行静态预检,此时所有风机都未启动,PLC将不会收到压差信号。若PLC接收到任意一个压差信号,则系统判断此风压检测仪器已损坏,在修好或更换前,启动流程无法进行。当静态预检正常时,启动流程继续进行,自动依次打开排风机、串联风机、进风机。当风机频率达到设定值时,系统将进行"排空",排空是将烘箱内的残留溶剂全部排出,保证烘箱安全,整个过程需要进行5次换气,一般需要6min。排空时,所有风机以最高转速运行,排空完成后,才可进行加热。当烘箱温度达到设定温度时,系统进入"热浸"状态,此过程是为了保证烘箱内所有位置的温度与测试点温度一样,一般需要10~20min,随后烘箱自动启动流程结束。

2.2.2烘箱停止流程

自动停止时,点击停止按钮,系统自动跳转至停止流程画面(图4)。停止时,系统首先进行"后排空",后排空作用与排空作用一致,风机频率也一样。后排空完成后,关闭加热,风机继续运行,当烘箱温度降至安全温度时(一般为90℃),依次停止各个风机,烘箱自动停止流程结束。

3悬浮烘箱控制系统测试

在系统设计完成后,对系统各部分功能进行测试。

3.1烘箱升降测试

烘箱上升时,偶尔会出现烘箱到达第一个上限位后,接下来的0.5s内找不到第二个上限位的情况。经检测,两个上限位均没有损坏,而且烘箱下降时并没有出现此种情况,所以判断为机械加工误差,两个上限位有一些误差,而且烘箱在上升时为克服烘箱重力,0.5s内没有把这个误差走完,导致没有找到第二个上限位。将烘箱上升速度加快后,再没有出现此情况。

3.2烘箱风机启动/停止测试

在烘箱启动完成后,有时会检测不到3区烘箱排风压差信号。分析悬浮烘箱结构,1~3区烘箱共用一个排风机,3区距离排风机最远,风量不稳定。在增大排风机频率后,3区烘箱排风压差信号状态稳定。

4结语

从测试结果来看,经过调试后,烘箱升降动作正常,烘箱风机启动/停止动作正常。总的来说,悬浮烘箱控制系统达到了设计要求。当然测试中也出现了一些问题及误差,主要由以下两点原因引起:(1)考虑到机械加工精度,理论位置会存在一些偏差,这必然也会对控制系统产生一定的影响:(2)理论上得到的解析关系式都是假设的理想情况,但实际情况可能有一些偏差。