攪拌箱液位檢測與自動控制

袁昌博

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

攪拌箱液位檢測與自動控制

袁昌博

（新疆眾和股份有限公司 烏魯木齊 830013）

加強對生產成本的節約是提升企業競爭力的途徑之一，近年來，企業對生產成本控制的要求也在不斷提高，隨著科技的不斷進步，很多設備都已經實現全自動化控制，將生產過程中的信號檢測、反饋控制交給設備自動完成，節約大量的勞動成本，提高生產企業運行效率。本文立足企業實際生產情況，利用相關技術彌補設備控制缺陷，尋找解決生產物資浪費的方法，提高設備自動化水平和生產過程可控性。

液位檢測 PLC 超聲波傳感器

1 前言

板式過濾機攪拌箱是保證鋁卷生產過程中的重要設備，在設備的原設計中，軋制油的添加是完全通過手動方式進行的，所以在日常操作過程中，會經常發生由于人員操作失誤引起的軋制油溢出箱體事故，不但污染油體，還造成產品質量影響和成本增加。因此對于攪拌箱實現液位檢測和控制是非常重要的。

2 攪拌箱控制系統的基本工作原理

2.1 攪拌箱檢測裝置的工作原理和基本構成

該檢測裝置采用超聲波傳感器對攪拌箱內部液位變化進行無接觸測量，該傳感器可以廣泛用于各種工業環境內，利用超聲波的反射特性可以精確測量距離。

超聲波傳感器檢測的優點在于可以忍受特別惡劣的工作環境和穩定的信號反饋，該裝置的檢測對象包括固體、液體和小顆粒物質，其工作原理是利用固定反射裝置將超生波束發射到被測物體上，在感應范圍內，超生波束接觸到被測物體表面后會產生反射波束，并由接收器感應，通過回波時間來計算出傳感器與被測物體之間的距離。

超聲波的聲錐存在±5°的發散角，該發散角決定了聲錐的空間大小，那么根據以上特性，如果存在一個離傳感器距離S處的物體，那么聲錐的直徑D可以由以下公式計算出來:

公式中的S可以被看成被測物體的擺放范圍，當然應該注意被測物體的反射面要與傳感器的反射面保持水平，否則會導致聲波反射偏離，那么傳感器的輸出信號就會存在誤差或者沒有信號。

圖1 檢測裝置基本組成

如圖1所示，該檢測裝置基本組成主要由超聲波傳感器和屏蔽電纜組成，超聲波傳感器會將反射信號轉換成與距離成正比的模擬量電流輸出信號4～20mA，然后電流信號通過屏蔽電纜傳輸到PLC的模擬量輸入模塊中。

2.2 PLC輸入設備的選型及接口設置

考慮到輸入信號為模擬量電流信號，此設計中采用的模擬量輸入模塊型號為6ES7134-4GB11-0ABO，將超聲波傳感器BN、BK、BU端分別與PLC的L、輸入、M端連接，見圖2。

圖2 接線原理圖

2.3 攪拌箱程序編輯的邏輯原理

PLC輸入的數據類型為整數，因為用浮點數進行數據處理，所以要把整數轉換為浮點數，然后再根據輸入數據的線性特點，將浮點數乘以一個特定的系數，即計算出傳感器與液面的實際測量距離，見圖3。

圖3 計算程序段

要得出攪拌箱的液位實際高度，就要把攪拌箱的箱體高度測量出來，用箱體高度減去實際測量距離的結果就是液位實際高度，這些公式都可以被寫入程序中。

3 WINCC人機控制系統畫面組態

3.1 WINCC系統概述

Wincc是進行快速組態的HMI系統，是基于Microsoft的32位操作系統，從其他方面看，它是一種可以無限延伸的系統平臺，并且wincc可以模塊性和靈活性地完成自動化任務，為過程數據的報表、采集和歸檔以及為用戶自由定義的應用程序的協調集成提供了系統模塊。

本文采用的wincc版本為6.0,該wincc對用戶所添加的任何形式的擴充接口是開放的,并且接口的開放是建立在wincc的模塊結構及其強大的編程接口上的,可以利用wincc的ActiveX控件與程序塊之間建立數據連接,實現攪拌箱的人機交互功能。

3.2 變量組態

針對攪拌箱控制系統的變量，首先要做好1#和2#攪拌箱的液位設置值和實際值的變量的組態，wincc系統通常是無過程驅動程序連接的內部變量、具有過程驅動程序連接的wincc變量以及在編制的C動作、項目函數等中的C變量。

為了實現攪拌箱設定值的更改，使用兩個Windows對象按鈕，這樣就可以通過事件驅動的按鈕來更改設定值。當用鼠標按下按鈕時，內部變量會有一個增量，增量是預先指定的，運行期間不可改變。設定值的更改可以通過一個項目函數來實現，并且I/O域的輸出值與內部變量相連。

3.3 畫面組態

3.3.1 建立文本輸入的對話框

（1）在變量管理器中，創建兩個16位字符集類型的文本變量，組態執行文本輸入的畫面，對智能對象中的I/O域進行組態。

（2）在其畫面的組態對話框中，選擇一個變量，并將屬性的輸出/輸入數據格式設置為字符串。

（3）建立變量之間的直接鏈接，在畫面屬性中調整畫面窗口的大小，使其與剛才創建的畫面的大小相匹配。

3.3.2 建立棒圖顯示

在對象選項中分別選擇兩個棒圖插入到畫面中，利用棒圖屬性的幾何結構來設置合適的大小，建立棒圖顯示和變量之間的鏈接，考慮到攪拌箱的高度為1.2m，所以要顯示的最大值為1.6m。

打開棒圖組態對話框，輸入期望變量的名稱或者打開變量的路徑進行選擇，棒圖的顯示數值可以通過嵌入變量動態顯示。

棒圖對象可以通過顯示標尺標注，標尺的布局和分度以及標簽的大小和格式可以通過按需改變相關屬性來組態。

4 結束語

以上是攪拌箱檢測和控制裝置的工作原理，以及和人機界面建立的控制聯絡，通過將以上裝置添加到設備運行過程中，極大地降低生產原材料的浪費，節約公司勞動力成本，提高設備運行穩定性。

［1］ 陳海霞.西門子S7-300/400PLC編程技術及工程應用機械工業出版社，2011.

［2］深入淺出西門子winccv6.北京航空航天大學出版社.

收稿：2013-12-16