一種液體攪拌混合器自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

秦 沖

（三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，三門峽 472000）

自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了機(jī)械加工生產(chǎn)的自動(dòng)化，傳統(tǒng)的繼電接觸器控制已經(jīng)無(wú)法滿足自動(dòng)化生產(chǎn)線的機(jī)械加工需要，基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)備的過(guò)程控制、可視化和自動(dòng)化。物料混配系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的一個(gè)重要體現(xiàn)，在化工、食品、輕工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。本文利用PLC對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，主要以物料的液位變化為被控變量，采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的恒定控制，使得物料混配生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定。

1 攪拌系統(tǒng)工作過(guò)程

如圖1所示，在攪拌系統(tǒng)中，電機(jī)M1帶動(dòng)1號(hào)上料泵、電機(jī)M2帶動(dòng)2號(hào)上料泵，M1和M2分別為物料罐提供兩種原料，物料罐中的液位呈低、中、高三個(gè)狀態(tài)[2]。攪拌器M3實(shí)現(xiàn)兩種料的混配，混配完成后，利用放料閥門Y1將混配好的物料卸放到成品料罐中。

圖1 液體攪拌混合系統(tǒng)的工作過(guò)程

2 液體攪拌混合系統(tǒng)控制要求

物料罐在注入（釋放）物料時(shí)，液位開(kāi)始變化。液位的變化情況由模擬量液位傳感器采集，模擬量數(shù)值進(jìn)入PLC后通過(guò)程序分析得出三個(gè)液位的標(biāo)志，即低液位、中液位、高液位。其中，PLC的輸入信號(hào)為0～10V，轉(zhuǎn)換成數(shù)質(zhì)量后為0～4000。現(xiàn)要求低液位數(shù)值為600，中液位數(shù)值為1600，高液位數(shù)值為3200。

1號(hào)泵電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是在物料罐出現(xiàn)低液位時(shí)（料罐空或料罐處于放料狀態(tài)）開(kāi)始起動(dòng)定時(shí)器（定時(shí)器的時(shí)間設(shè)定與物料罐釋放剩余料有關(guān)）。延時(shí)時(shí)間到后1號(hào)供料泵電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，到達(dá)中液位時(shí)，1號(hào)供料泵電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。2號(hào)泵電動(dòng)機(jī)是在物料罐出現(xiàn)中液位時(shí)起動(dòng)（為了避免放料時(shí)再次起動(dòng)2號(hào)泵電動(dòng)機(jī)，在其起動(dòng)條件中加入上升沿信號(hào)），當(dāng)?shù)竭_(dá)高液位時(shí)（為了避免液體的波動(dòng)而在成高液位出現(xiàn)假信號(hào)，設(shè)定延時(shí)2s），2號(hào)供料泵電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

當(dāng)?shù)竭_(dá)高液位時(shí)，起動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)開(kāi)始實(shí)施對(duì)物料的攪拌（正向攪拌、反向攪拌），同時(shí)以正向攪拌為計(jì)數(shù)信號(hào)，對(duì)攪拌器的工作周期開(kāi)始進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到位后攪拌器停止運(yùn)行。

當(dāng)攪拌完畢后，開(kāi)啟放料閥，物料罐中的物料開(kāi)始向成品料罐中釋放。在物料罐出現(xiàn)低液位并實(shí)施延時(shí)后，關(guān)閉放料閥。放料閥門關(guān)閉后，碰塊接觸限位開(kāi)關(guān)，并開(kāi)始新一輪的物料混配。

本系統(tǒng)是在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)液體攪拌混合系統(tǒng)的程序控制，PLC除了正常的工藝控制外，還提供了運(yùn)行狀態(tài)指示等和報(bào)警器[3]。在物料罐中裝有超聲波液位傳感器，用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)料罐中的液位變化情況。課輸出0～10V信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC采集后進(jìn)行物料混配的控制。整個(gè)物料混配控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)顯可視化操作，目的是避免物料混配系統(tǒng)在工作的過(guò)程中對(duì)人體造成傷害。

3 液體攪拌混合系統(tǒng)PLCI/O分配

本設(shè)計(jì)采用的是三菱FX2N-16MR-001型PLC和FX2N-2D特殊功能模塊，用來(lái)實(shí)現(xiàn)物料的混配控制。共8個(gè)輸入、7個(gè)輸出信號(hào)，PLC的輸入/輸出地址分配如表1所示。

表1 液體攪拌混合系統(tǒng)I/O分配

4 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)液體攪拌混合系統(tǒng)要求、PLC的工作原理以及其特殊功能模塊FX2N-2D的模擬量輸出原理，對(duì)物料混配的PLC外圍接線進(jìn)行設(shè)計(jì)，接線圖如圖2所示。

圖2 液體攪拌混合系統(tǒng)PLC外圍接線圖

5 液體攪拌混合系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)本系統(tǒng)的控制要求，利用PLC的特殊功能模塊FX2N-2D實(shí)現(xiàn)液位（模擬量）數(shù)值讀取如圖3所示，自動(dòng)（手動(dòng)）運(yùn)行標(biāo)志處理如圖4所示，利用PLC的震蕩脈沖實(shí)現(xiàn)攪拌器的攪拌如圖5所示。同時(shí)，利用低液位、中液位和高液位的控制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制如圖6所示，低液位延時(shí)關(guān)閉放料閥、1號(hào)泵起停控制程序如圖7所示，高液位延時(shí)后攪拌器開(kāi)始攪拌程序如圖8所示。除此之外，還增加有狀態(tài)指示能燈、報(bào)警控制器及數(shù)顯、觸摸設(shè)計(jì)，最終完成對(duì)恒壓供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

6 結(jié)語(yǔ)

本文將PLC控制技術(shù)及PLC的特殊功能模塊功能引入到傳統(tǒng)的物料混配系統(tǒng)控制中，設(shè)計(jì)了一種基于PLC的具備信號(hào)自采集和反饋功能的閉環(huán)控制PLC控制物料混配系統(tǒng)。這種由PLC控制的物料混配系統(tǒng)通過(guò)了仿真軟件調(diào)試和實(shí)地調(diào)試，結(jié)果表明，其不僅自動(dòng)化程度高，而且在可靠性、可優(yōu)化程度以及操作人性化方面都較之前系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的恒定控制，使得物料混配生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定。

圖3 液位（模擬量）數(shù)值讀取程序段

圖4 自動(dòng)（手動(dòng)）運(yùn)行標(biāo)志處理程序段

圖5 震蕩脈沖（攪拌器）程序段

圖6 子程序/低液位、中液位、高液位程序段

圖7 子程序/低液位演示關(guān)閉放料閥、1號(hào)泵起停控制程序段

圖8 子程序/高液位延時(shí)后攪拌器開(kāi)始攪拌程序段

[1]徐慶繼.組態(tài)技術(shù)在物料混配系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016，（23）：205-206.

[2]王皓.模糊控制在物料混配系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，1999，（6）：49-50.

[3]張瑩.基于PLC的物料自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016，（33）：37.