基于PLC的自動混配料控制系統

孟慶祥 姜永成 朱光強 張秀華 朱世偉

(佳木斯大學機械工程學院,黑龍江 佳木斯 154007)

基于PLC的自動混配料控制系統

孟慶祥 姜永成 朱光強 張秀華 朱世偉

(佳木斯大學機械工程學院,黑龍江 佳木斯 154007)

針對混配料機組計量精度不高、效率低、維修量大、對物料要求嚴格、人機界面差、擴展功能低及無統計查詢管理功能等問題，將PLC、組態技術和精確稱重技術相結合，設計了一套自動混配料控制系統。給出了系統組成與結構，硬件配置和軟件流程。驗證結果表明：該系統能夠自動、快捷、精確、可靠地實現按配方生產。

自動混配料控制系統 PLC 組態 精確稱重技術

傳統工業生產過程中，是由工人根據生產要求，計算每種物料的配料比例，并根據計算出的比例手動控制每種物料的下料量，來滿足生產要求[1]。當生產條件或環境發生變化時，需再次計算每種物料的配比，再次分別設定下料量。操作流程復雜、耗時長、效率低、計量精度低且容易出錯，同時生產出的產品質量參差不齊，嚴重影響企業的經濟效益[2,3]。因此，自動混配料控制系統應運而生[4]。目前，全自動混配料控制系統在化工、冶金、建材及有色金屬等行業中應用廣泛，是產品生產過程中的關鍵環節，特別是對連續供料要求嚴格的行業，其控制過程配比精度直接影響產品的質量和企業的最佳經濟效益。

在此，筆者將PLC、組態和精確稱重技術結合，利用穩定的變頻調速進料機構，設計一種能夠根據生產需要智能配方生產、全自動控制物料輸送、實時監控生產流程，并集統計、查詢、管理及報警記錄等功能為一體的全自動混配料控制系統[5,6]。

1 系統組成

自動混配料控制系統具有按設定配方對粉粒或液體物料進行稱重混合并對其進行實時監控的功能。一般的工業自動混配料控制系統由進料部分、稱量部分、排料設備、配料控制系統和校稱系統組成[7]。所有設備均根據現場工藝條件、物料性質等因素進行設計與選定：

a. 進料部分。執行從料倉或儲罐向稱重設備中加料的流程。依據物料的物理性質，可選用單(雙)速電磁閥、螺旋給料機及電磁振動給料機等不同的進料設備。

b. 稱量部分。由表、稱量斗、傳感器、接線盒和標準連接件組成，完成物料的稱量和誤差檢測。

c. 排料設備。通常由螺旋給料機、電磁振動給料機、電(氣)動閥及排空閥等組成。

d. 配料控制系統。由稱量儀表、PLC、工控機及其他控制器件等組成。

e. 校稱系統。負責定期調校系統的傳感器，保證系統各傳感器的精度。

2 系統設計

2.1控制要求

自動混配料控制系統啟動后，配料裝置按照配方自動配料，而且配料系統能夠自動關閉。要求系統能夠實現對配料進行全程監控，包括對配料各階段的數據采集、對配料過程的流程控制、突發狀態下的報警及良好的人機界面等。

2.2控制方案

筆者以3種液體混合為例，根據系統控制要求擬定設計方案。

第一種液體的注入。當PLC接通電源后，在觸摸屏上按下啟動按鈕，此時稱重傳感器會檢測儲料罐中是否有液體，當檢測結果為零時，相連的電磁閥Y0接通并保持，變頻器控制1號泵使液體A開始流入，當液體快要達到其設定量時，PLC控制變頻器油泵減速，直到達到液體A的設定量，然后關閉1號泵和1號閥。同時打開2號泵和2號閥。

第二種液體的注入。變頻器控制2號泵使液體B開始流入，當液體B快要達到其設定量時，PLC控制變頻器油泵減速，直到達到液體B的設定量，然后關閉2號泵和2號閥。同時打開3號泵和3號閥。

第三種液體的注入。變頻器控制3號泵使液體C開始流入，當快要達到液體C的設定量時，PLC控制變頻器油泵減速，直到達到液體C的設定量，關閉3號泵和3號閥。同時打開排料閥和排料泵，開啟攪拌電機。排料完成后再重復上述步驟依次注入新的液體。

2.3系統結構

依據控制方案，設計的自動混配料控制系統(圖1)主要由PLC、觸摸屏、稱重傳感器和執行機構組成。

圖1 自動混配料控制系統結構

2.4PLC

PLC具有操作簡單、運行可靠、工藝參數修改方便及自動化程度高等優點，可大幅提高系統的可靠性和工作效率。因此，采用PLC可較好地解決多種物料自動混配比控制、各執行機構的協同及通信等技術難題。

考慮到系統的可擴展性、維修的方便性和順序控制的方式，選用開關量輸入36點、輸出24點的DVP-60 PLC作為整個系統的控制單元，其CPU處理速度快，程序容量大；編程和監控功能強大，維修簡單；抗干擾能力強，價格低，性價比高；指令系統豐富。PLC控制流程如圖2所示。

圖2 PLC控制流程

自動混配料控制系統中，PLC與硬件設備的電路連接如圖3所示。

2.5軟件部分

自動混配料控制系統的軟件流程如圖4所示。

自動混配料控制系統由人工選擇自動/手動控制狀態。當選擇自動狀態時，首先檢查電磁閥是否打開，如果打開則報警，如果關閉則檢測儲料罐中液體量是否為0。如果儲料罐中液體量為0則啟動相應的閥和泵，當物料達到其設定值后關閉泵和閥，然后啟動攪拌、排料，程序結束，進入下次循環。如果系統運行過程中出現故障則系統自動觸發報警。

3 結束語

筆者將PLC、組態技術和精確稱重技術相結合，設計了一套具有物料全自動混合、精量配送、帶有故障檢測及配方統計查詢等功能的自動混配料控制系統。對該系統進行的實驗驗證結果表明：該系統可根據生產需求，智能識別配方情況，實現雙速或三速加料、自動順序配料、精確化、智能化混合與攪拌下料控制；基本實現了無人值守操作，極大地節省了人力勞動。與傳統混配料系統相比，基于PLC的自動混配料控制系統可靠性高、維護工作量少、工作速率高，達到了設計要求。

圖3 PLC與硬件設備的連接

圖4 系統流程

[1] 都麗紅.對難過濾物料強化過濾技術的研究及應用[J].化工機械,2011,38(2):149～154.

[2] 廖雪超,劉振興,阮航.S7-200 PLC與稱重儀的多機串口通信系統[J].化工自動化及儀表,2014,41(4):437～441.

[3] 張華莎.石油化工油品儲罐計量與測量儀表設計方案[J].石油化工自動化，2015，51(5):1～7.

[4] 潘寶霞,賈朝陽.20kt/a聚丙烯擠壓造粒裝置配料系統的設計[J].化工機械,2011,38(1):46～48.

[5] 李勝多.基于組態技術和PLC的節水灌溉控制技術[J].農機化研究,2010,32(10):167～173.

[6] 張華莎.石油化工油品儲罐計量與測量儀表設計方案[J].石油化工自動化，2015，51(5):1～7.

[7] 孫明革.S7-300 PLC和梅特勒托利多稱重儀表的Profibus通信程序設計[J].化工自動化及儀表,2014,41(4):450～452,461.

TH862

A

1000-3932(2016)03-0321-03

2015-11-20(修改稿)

佳木斯大學研究生科技創新項目(LZZ2014_007,LZZ2015_002)