基于PLC自動配液系統的設計與應用

郭宇超

摘 要 進入二十一世紀以來，隨著高校教育事業的不斷發展，越來越多的工科院校建立了PLC實驗室。我校教師與時俱進，基于PLC課程設計了一款自動配液系統的實訓裝置用于教學，提高PLC課程的教學質量。

【關鍵詞】PLC自動配液系統 設計

近幾年，PLC逐漸出現于工業生產、醫療和電氣工程等多種行業中，因此，我校為了學生的發展需要開設了基于PLC自動配液系統的實訓裝置的設計與應用項目，得到了全校師生的大力支持。

1 選擇開展此項目的意義

隨著計算機、微處理器和通信技術的成熟化發展，可編程序控制器PLC已在工業中得到廣泛的使用，越來越多的工業生產中已經將PLC運用于工業配液和攪拌生產中，并且配液比例的準確度和攪拌效率越來越高。PLC主要是以計算機技術為核心的通用自動控制裝置，它主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置構成，操作簡單，PLC是在繼電器和計算機的基礎上研發的可編程控制器。世界上第一臺PLC是1969年由美國數字設備公司研制的。PLC具有高可靠性、模塊化結構、編程簡單、安裝簡單、維修方便等特點。

隨著高校課程的多樣性，可編程控制器成為高校中一門實踐性很強的理工類專業課程，尤其是將來從事機電一體化工作的專業學生，掌握簡單的生產過程所需的的PLC控制系統的編程能力至關重要。但是，由于條件的局限性，課時或實驗設備的限制，學生在學完課程后依然無法掌握PLC的使用，在高校中，普遍存在著PLC的教學與實際工業控制進程脫節的現象，很多高校偏重于單機編程練習的實訓，使學生在畢業后難以滿足社會工業控制對操作型人才的需求。我們學校也存在此類問題。針對這些問題，學校開設了一系列PLC實訓課程，PLC自動配液系統就是其中一項，用來提升學生的實踐操作和動手能力，以培養滿足社會需求的人才。此實訓裝置采用開放式結構，學生在實驗過程中需要自己接線組裝、設計程序來控制系統，這套裝置還可以促進以PLC為核心的機電類課程教學方法、教學內容和評價方式的革新。

2 自動配液系統的實訓裝置

在課題伊始，我們對多所高校的PLC實訓課程教學情況和實驗設備進行了深入調查，在此項工作的基礎上確定了實訓內容和設計架構。

2.1 結構方案

在預定方案中，我們預將自動配液實訓裝置設計成高度大約為1.2米的落地式獨立裝置，易于裝置在各個實驗室移動。我們將用3個可視缸體，用透明材料作為進料、排料設備，電磁閥和攪拌機電機用24VDC的即可帶動系統運作。關于液體開關我們預采用投入式浮球，不用開孔，這樣利于學生觀察實驗的變化。為了避免攪拌器傳動桿晃動影響操作，我們預在安裝攪拌器傳動桿時在內壁加入支撐；根據實驗需要，配液缸的出水口距離地面的高度要大于300mm，便于接水；其次，1#、2#原液缸的容積與出液管口經匹配，保證閥門開啟出液時間不少于40s，保障流程二次循環以上，以此保障裝置的使用壽命。最后，選擇適當位置安裝接線板，將電磁閥、滴液位開關、電機接線引至板上，再在接線板上安裝攪拌器電機啟停繼電器。

2.2 系統組成

以PLC為基礎的自動配液系統主要由進料部分、稱量部分、排料設備、配料控制系統和較稱系統組成。在設計之前，我們走訪過多家工廠，做過大量相關調查，此系統部分是在實地考察的基礎上設計的，所以在此系統與社會工廠中的自動配液系統相似，它具有按設定好的配方對液體物料進行稱重混合并且可以對作業過程進行實時監控的功能。其系統中進料部分的裝置執行從源液缸向配液缸添加原料的流程。根據物料的物理性質，雙速電磁閥、螺旋給料機或電磁振動給料機設備都可以作為進料裝置。我們根據成本和學校的實際情況，選擇電磁振動給料機設備作為進料裝置。稱量部分由稱量斗、傳感器、接線盒、表和標準連接件組成，稱量部分主要用來物料的稱量和誤差檢測。其排料設備由螺旋給料機、電磁振動給料機和電動閥和排空閥共同構成。配料控制裝置是整個系統的關鍵部分，它主要由稱量儀表、PLC、工控機和其他控制器件組成。較稱部分主要是定期調校系統的傳感器，負責保證系統各傳感器的精度。

2.3 裝置控制方案

首先是第一種液體的注入，如圖1所示，當PLC接通電源后，在觸摸屏上按下啟動按鈕，電磁閥1#接通并開始計時，液體A開始注入，待設定比例時間到，電磁閥1#關閉，同時打開電磁閥2#。

其次是第二種液體的注入，電磁閥2#打開，液體B開始流入，同時啟動攪拌電機旋轉，待設定比例時間到后，電磁閥2#關閉，同時攪拌器電機停止，電磁閥3#打開進行排料，液位開關傳感器檢測液位是否達到其設定值，直到液位達到設定量，然后關閉電磁閥3#，系統繼續下一循環，再重復上述步驟依次注入新的液體。

此項設計項目的關鍵點即難點在于機械設計與電器控制系統、PLC梯形圖、組態控制系統和系統的安裝與調試運行構成。

3 小結

PLC自動配液系統能夠自動、精確、快捷、可靠的實現按配方配置所需液體，可以為學生提供更多實際操作的機會，有利于響應學校“開放式、應用型和職業型”人才的培養模式。此套裝置設計方案是著眼于自動化技術、PLC技術以及智能工廠技術的發展趨勢開展的方案，由此而設計的自動配液系統裝置有利于學生將來更好的適應工作崗位，滿足社會發展需求。

參考文獻

[1]厲振宇.自動配液機及控制系統設計[D].天津工業大學，2006.

[2]袁繼成.乳化液自動配比系統設計與優化[D].太原理工大學，2017.

作者單位

黑龍江東方學院 黑龍江省哈爾濱市 150066