基于PLC和組態(tài)王的調(diào)和油混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王東偉, 梁 瑋, 苗 苗, 張斌旺, 董生忠

(1. 沈陽師范大學(xué) 糧食學(xué)院, 沈陽 110034; 2. 沈陽師范大學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心, 沈陽 110034)

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基于PLC和組態(tài)王的調(diào)和油混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王東偉1, 梁 瑋1, 苗 苗1, 張斌旺1, 董生忠2

(1. 沈陽師范大學(xué) 糧食學(xué)院, 沈陽 110034; 2. 沈陽師范大學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心, 沈陽 110034)

現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)在對傳統(tǒng)液體混合易于操作、安全生產(chǎn)的需求的基礎(chǔ)上又提出了新的要求:控制精準(zhǔn)、易于檢測。這對現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中易燃易爆、有毒腐蝕性的工業(yè)原材料的混合調(diào)配加大了難度。針對這一問題,設(shè)計(jì)了一種基于PLC先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組合靈活智能和組態(tài)軟件自動(dòng)仿真顯示生產(chǎn)情況等特點(diǎn)的多種液體混合裝置,排除了現(xiàn)實(shí)中的不安全因素,解決了傳統(tǒng)液體混合比例不精準(zhǔn)的問題,系統(tǒng)的運(yùn)用遠(yuǎn)程控制技術(shù),從真正意義上實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的精準(zhǔn)化、現(xiàn)代化、自動(dòng)控制化、穩(wěn)定化和可視化。系統(tǒng)采用的是Modicon Nera TSX 08CD 12F8A型PLC和組態(tài)控制技術(shù)。Nera PLC采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu),系統(tǒng)組合靈活方便,具有可靠性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、通用性強(qiáng)、高速度、高性能等特點(diǎn)。

PLC; 組態(tài)王; 調(diào)和油; 液體混合; 自動(dòng)控制

0 引 言

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中,2種及2種以上的液體混合是必不可少的工序。工業(yè)生產(chǎn)中對液體混合有著極高的要求,如比例精準(zhǔn)、控制可靠、混合安全、易于操作等。但是現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中易燃易爆、有毒腐蝕性的工業(yè)原材料的存在對操作的安全性、監(jiān)控性等都造成了不便的影響[1]。在食品工業(yè)中,脂肪、蛋白質(zhì)及碳水化合物為食品3大營養(yǎng)素,油脂是脂肪的主要存在形式,其主要功能作用提供機(jī)體所需的能量以及提供人體所需的必須脂肪酸及促進(jìn)脂溶性維生素的吸收等[2]。調(diào)和油是根據(jù)使用需要,一般將2種或2種以上成品植物油調(diào)配制成符合人體使用需要的油脂。一般選用大豆油、花生油、菜籽油、玉米油、葵花籽油等主要原料,還可配有小麥胚芽油、米糠油、油茶籽油等小宗油種。從營養(yǎng)角度看,調(diào)和油應(yīng)根據(jù)有利于人體健康的原則,通過選擇不同種類植物油,合理配比脂肪酸種類和含量。在此基礎(chǔ)上再添加植物甾醇酯、添加 DHA、強(qiáng)化維生素 A來完成調(diào)和油所完成的營養(yǎng)均衡[3]。基于這種情況,有必要設(shè)計(jì)一套多種液體自動(dòng)混合裝置解決現(xiàn)實(shí)中的問題。

PLC先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組合靈活智能的特點(diǎn)和組態(tài)軟件自動(dòng)仿真顯示生產(chǎn)情況、便于控制等優(yōu)點(diǎn)都是構(gòu)成多種液體自動(dòng)混合裝置的重要因素。多種液體自動(dòng)混合裝置排除了現(xiàn)實(shí)中的不安全因素,解決了傳統(tǒng)液體混合比例不精準(zhǔn)的問題,系統(tǒng)運(yùn)用遠(yuǎn)程控制技術(shù),從真正意義上實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的精準(zhǔn)化、現(xiàn)代化、自動(dòng)控制化、穩(wěn)定化和可觀化[4]。

1 設(shè)計(jì)原則

可編程程序控制器是以微處理器為核心,綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)在一起的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu),系統(tǒng)組合靈活方便,系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短。安裝簡便,調(diào)試方便,維護(hù)工作量小[5]。

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件,是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境下使用靈活的組態(tài)方式提供自動(dòng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理。它界面友好,人機(jī)交互方便,操作方便,運(yùn)行可靠,通信快速,功能強(qiáng)大,開發(fā)簡潔,易于擴(kuò)展。

本系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)在保證系統(tǒng)的可靠性、操作性、安全性的提前下,做到人機(jī)交互界面友好。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)儲存和分析匯總的能力。

2 設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)先以2種液體混合控制為例,旨在將其按一定比例混合。將各種液體按照比例先后通入容器,使其經(jīng)過攪拌機(jī)攪拌后的混合液體輸出容器,并自動(dòng)開始新的周期,從而形成循環(huán)狀態(tài)。按一下停止按鈕后,只有在當(dāng)前混合操作處理完畢后,才停止操作(停留在初始狀態(tài))[6]。

3 設(shè)計(jì)分析

圖1 液體混合裝置控制示意圖

如圖1所示,初始狀態(tài)時(shí)容器為空,各個(gè)電磁閥均呈OFF狀態(tài),液面?zhèn)鞲衅鳌嚢铏C(jī)M也是關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí),液體A自動(dòng)輸入容器,當(dāng)達(dá)到一定值時(shí),原本為工作狀態(tài)(ON)的電磁閥YV1會呈斷開狀態(tài)(OFF),則液體A停止進(jìn)入,同時(shí)控制液體B的電磁閥YV2會呈工作狀態(tài)(ON),液體B開始進(jìn)入容器,當(dāng)液面上升到某一設(shè)定值時(shí),電磁閥YV2自動(dòng)感應(yīng)并呈斷開狀態(tài)(OFF),此時(shí)液體B停止進(jìn)入。與此同時(shí),控制液體C的電磁閥YV3開始工作,液體C開始進(jìn)入,當(dāng)其達(dá)到設(shè)定值時(shí),電磁閥YV3斷開從而阻止液體C進(jìn)入容器……以此類推,當(dāng)最后一種液體進(jìn)入并達(dá)到最終的液面?zhèn)鞲衅鞯母叨葧r(shí),控制其液體的電磁閥呈OFF狀態(tài),同時(shí)液面?zhèn)鞲衅鲿袘?yīng)液體的進(jìn)入完畢并開啟攪拌機(jī)M,使其開始攪拌,攪拌一定時(shí)間后攪拌機(jī)M會自動(dòng)停止,呈OFF狀態(tài),同時(shí)控制混合溶液輸出的電磁閥YV0呈ON,開始輸入混合溶液,當(dāng)液面下降至低液面?zhèn)鞲衅鱈時(shí)(L由ON至OFF)再過設(shè)定時(shí)間5 s即可將容器內(nèi)的溶液放空,是電磁閥YV0呈OFF狀態(tài),此時(shí)即完成一個(gè)混合攪拌的工作周期。系統(tǒng)并會自動(dòng)開始新的工作周期,徹底達(dá)到自動(dòng)化、連續(xù)化、可靠化[7]。

4 PLC及系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的液體混合控制方法是采用繼電器和接觸器搭配控制,然而這種控制方式使用大量的硬件接線,控制系統(tǒng)較為復(fù)雜,不僅使系統(tǒng)的可靠性降低,還降低設(shè)備的工作效率。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中可以使用可編程程序控制器解決這一問題,可編程程序控制器是以微處理器為核心,綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)在一起的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置,不僅能實(shí)現(xiàn)對開關(guān)量信號的邏輯控制,還可以實(shí)現(xiàn)與工業(yè)電腦等智能設(shè)備之間的通信交流。同時(shí)由于可編程程序控制器相對繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短,易于更改,接線簡單,成本低,同時(shí)其系統(tǒng)通用性強(qiáng),為實(shí)現(xiàn)液體自動(dòng)混合控制提供了強(qiáng)有力的工具[8]。

在本次設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)中,選用Modicon Neza TSX 08CD 12F8A型PLC(20點(diǎn)I/O)。PLC一般由6個(gè)部分組成,包括CPU(中央處理器)、存儲器、輸入/輸出接口電路、電源、外設(shè)接口、I/O擴(kuò)展接口。

4.1 輸入和輸出設(shè)備及I/O點(diǎn)分配

輸入和輸出設(shè)備及I/O點(diǎn)分配如表1所示。

表1 輸出、輸入設(shè)備及I/O分配表

4.2 PLC部分程序梯形圖

PLC部分程序梯形圖如圖2所示。

圖2 PLC部分程序梯形圖

5 組態(tài)技術(shù)及系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控設(shè)計(jì)

液體自動(dòng)混合裝置控制系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件主要包括容器、液面?zhèn)鞲衅鳌㈦姶砰y、攪拌電機(jī)、Neza TSX 08CD 12F8A型PLC、電源和計(jì)算機(jī)組成。

5.1 組態(tài)技術(shù)及系統(tǒng)

一般來說,建立一個(gè)新的組態(tài)王應(yīng)用程序包括以下幾個(gè)步驟:啟動(dòng)組態(tài)王工程管理器,新建工程項(xiàng)目。輸入項(xiàng)目所在目錄,輸入工程名稱和工程描述。雙擊新建立的工程項(xiàng)目,則進(jìn)入組態(tài)王工程模式。進(jìn)行設(shè)備配置。外部設(shè)備是那些需要與組態(tài)王交換數(shù)據(jù)的設(shè)備,或程序。外部設(shè)備一般是指下位機(jī),包括PLC、儀表、板卡等。這些下位機(jī)一般通過輸入輸出口和上位機(jī)交換數(shù)據(jù)。只有在定義了外部設(shè)備后,組態(tài)王才能通過I/O變量和下位機(jī)交流數(shù)據(jù)。構(gòu)造數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫是組態(tài)王最核心的部分。實(shí)際生產(chǎn)狀況都以動(dòng)態(tài)畫面的形式顯示在電腦屏幕上,操作者在上位機(jī)進(jìn)行的設(shè)置和操作可以直接作用于生產(chǎn),監(jiān)控和操作的實(shí)現(xiàn)都是以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),所以說數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的紐帶。啟動(dòng)畫面開發(fā)系統(tǒng)。包括新建畫面和使用圖形工具箱2個(gè)部分。在工程瀏覽器中左側(cè)的樹形視圖中選擇“畫面”,在右側(cè)視圖中雙擊“新建”,完成畫面的建立。在已建立的畫面開發(fā)系統(tǒng)中,使用圖形工具箱按照要求進(jìn)行畫面開發(fā)。定義動(dòng)畫鏈接。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定要求,對畫面開發(fā)系統(tǒng)中部分圖形進(jìn)行動(dòng)作設(shè)置。運(yùn)行與調(diào)試。啟動(dòng)組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng),通過對畫面的觀察和操作驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否正確與完善[9-12]。

5.2 系統(tǒng)程序編制[13-15]

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圖3 系統(tǒng)運(yùn)行示意圖

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5.3 系統(tǒng)的運(yùn)行與調(diào)試

啟動(dòng)上位機(jī).將“液體混合裝置控制系統(tǒng)”PLC程序下載入PLC中,啟動(dòng)組態(tài)王,加載“液體混合裝置控制系統(tǒng)”,按“運(yùn)行”進(jìn)入組態(tài)王進(jìn)入監(jiān)控畫面,如圖3所示。

6 結(jié) 語

基于PLC和組態(tài)王的液體混合裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn),采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì),配置靈活、組態(tài)方便,從真正意義上實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的精準(zhǔn)化、現(xiàn)代化、自動(dòng)控制化、穩(wěn)定化和可觀化,使得工業(yè)需求與安全生產(chǎn)、精準(zhǔn)操作達(dá)到高度統(tǒng)一。

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Design of blend oil mixing device control system based on PLC and kingview

WANGDongwei1,LIANGWei1,MIAOMiao1,ZHANGBinwang1,DONGShengzhong2

(1. College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China;2. Experiment Centre, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

Besides the demand of the easy operation of traditional fluid mixing and the safety in production, Modern industrial production had new requirements: accurate control and easily detected. It has increased the difficulty of mixing the explosive and toxic industrial raw materials in the real production. To solve this problem, this paper designed a multi liquid mixing device based on PLC advanced modular structure, flexible and intelligent system combination and a configuration software that could automatically and simulately show the production situation. It excluded the unsafe factors in reality, solved the problem of inaccurate traditional liquid mixing,used remote control technology systematically and so that the precision, modern, automatic control, stabilization and visualization truly realized. This system used Nera TSX 08CD 12F8A PLC and configuration control technology. PLC Nera adopts the advanced modular structure, the flexible and convenient system combination, and with the features of high reliability, strong anti-interference ability, high universality, high speed, high performance and so on.

PLC; kingview; blended oil; liquid mixing; automatic control

2015-04-26。

遼寧省教育廳高等學(xué)校科學(xué)研究一般項(xiàng)目(L2010521)。

王東偉(1965-),女,遼寧昌圖人,沈陽師范大學(xué)副教授,碩士。

1673-5862(2015)03-0377-05

TS225.1

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2015.03.013