液體攪拌均勻度測控系統設計

張柏強 張云碩 賀麗平

摘要：本系統采用PLC綜合技術實現對液體的均勻度測控，用定量罐完成定比配送，用主從電機對液體進行攪拌，通過高低液位電導率傳感器測量的數值來反映液體的混合均勻度，取其測量數值的平均數與設定數比較，將結果送給2DA模塊，進行V/F控制實現變頻器對攪拌電機的調速控制，即均勻度越高電機轉速就越低，并通過實際裝置的檢驗達到高效、節能與智能化的攪拌效果。

Abstract： The system adopts PLC comprehensive technology to realize the measurement and control of the uniformity of the liquid， completes the fixed ratio distribution with the quantitative tank， stirs the liquid with the master-slave motor， and reflects the mixing uniformity of the liquid by the value measured by the high and low liquid level conductivity sensor. The average of the measured values is compared with the set number， and the result is sent to the 2DA module， and the V/F control is performed to realize the speed control of the frequency converter to the stirring motor， that is， the higher the uniformity， the lower the motor speed， and the actual device is passed. The inspection achieves efficient， energy-saving and intelligent mixing.

關鍵詞：攪拌;均勻度;電導率

Key words： stirring;uniformity;conductivity

中圖分類號：TM621.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）25-0267-02

0? 引言

隨著現代工業技術的快速發展，人們對所需液體進行定量配比與混合的均勻度質量控制要求也在不斷提高，特別在煉油、化工、制藥等行業中，相應液體混合是必不可少的工序，也是其生產過程中十分重要的組成部分[1]。通常人工操作或一般的自動化操作主要存在效率低、浪費量大、誤差高、混合質量不穩定等因素，很難達到對液體定量混合高均勻度的控制要求，特別是一些高危生產現場，也不適合進行人工操作[2]，因此本系統設計主要采用PLC綜合技術，從完成自動定量配送與攪拌均勻度檢測以及攪拌機速度自動控制等三個方面，來解決目前液體攪拌中存在的主要問題，最終達到對液體攪拌的連續穩定可控性的作業，提高生產效率，實現全自動化、智能化的控制效果。

1? 系統整體設計

1.1 系統功能

該測控系統能夠將相應的液體進行定量混合并快速攪拌均勻，并能完成單周期或連續循環作業[3]，本系統主要對水的電導率均勻度進行測試分析，即將一定濃度的鹽水定量送入測試容器中，與里面的純水進行混合攪拌，同時對其混合攪拌的均勻度進行測試。攪拌主從電動機隨著各液位點均勻度不斷的趨于相等時，而不斷降低攪拌速度，當攪拌均勻后，主電動機停止，從電動機則轉為間歇低速轉動，從而保持攪拌后的均勻度值不變，當達到輸出條件后，則自動排出均勻度合格的液體，然后進入下一個工作流程。

1.2 系統組成

本系統主要有控制器件與執行器件兩部分組成。控制器件主要由PLC、2AD＼2DA模塊、觸摸屏、變頻器、步進電機驅動器、電導率傳感器、液位傳感器和其它相關電氣元件等組成，執行器件主要由一個攪拌主電機、三個攪拌從步進電機、四個進水閥組成，基本組成如圖1所示。

圖中ST1，ST2為電導率傳感器與其安裝位置;ST3為定量器中的上限位傳感器;ST4為測試容器中液體壓力傳感器;4，5，6為攪拌從步進電機及其連接的攪拌片;7為攪拌主電機及其連接的攪拌槳;YV1、YV2、YV3、YV4為相應的進出水電磁閥。

1.3 測控要求

本裝置未運行時，容器為空，各進電磁閥關閉，主從電動機不轉動，傳感器不發出信號[4]。

①進純水，按下啟動按鈕SB1，電磁閥YV1開啟，純水進入測試容器內，當水的重量達到ST4壓力傳感器的設定值時，電磁閥YV1關閉，停止進水。

②進鹽水，按下啟動按鈕SB1，電磁閥YV3開啟，將一定濃度的鹽水排入定量器中，鹽水到達ST3上限位傳感器的設定值時，電磁閥YV3關閉，停止進鹽水。

③配比混合，當純水和鹽水的排放量都分別達到設定值后，電磁閥YV2開啟，將定量器的鹽水排入純水中，進行配比混合，排完后電磁閥YV2關閉。

④攪拌，當YV2關閉后，攪拌主電機在變頻器的控制下先以25Hz的速度旋轉，步進電機的攪拌片則進行中速的正反轉。隨著攪拌的均勻度不斷提高，純水的電導率差值不斷減小，攪拌主電機的轉速隨之降低，步進電機的攪拌片則進行低速正轉，當攪拌均勻后，電導率平均值達到設定值時，則攪拌主電機停止轉動，步進電機低速間隙轉動。

⑤出水，當純水與鹽水混合的均勻度符合要求后，電磁閥YV4開啟，排出混合液體，排完后電磁閥YV4關閉，然后重新開始進純水和鹽水，進入下一個循環作業。

⑥停止，按下停止按鈕SB2后，需等本輪配比攪拌結束后，才能停止。

2? 系統測控

2.1 I/O設定

根據系統的組成選取FX3U系列的PLC和相關組件，通過對系統要求的分析，可知該控制系統中需有6個輸入端口，6個輸出端口，具體分配內容見表1所示。

2.2 系統測試

本系統設定的測試電導率數值為4000，測試過程主要使用電導率傳感器來完成，即將該傳感器采集的模擬量信號送給2AD模塊，其被轉換成的數字量可在運行程序中直接體現，純水電導率數值體現如圖2所示。為了體現兩個不同層面電導率傳感器的數值和設定數值以及設定數值，將運行結果在觸摸屏上直觀顯示，相關數值如圖3所示，圖中平均數值與設定數值差越大表示液體的成分越不均勻，數值差越小表示液體的成分越均勻。

2.3 測控效果

本系統的測控效果主要通過V/F來體現，即PLC在運行控制程序時讀取2AD模塊中的數據，再將平均數與設定數的差值送給2DA模塊，該模塊主要將接受的數值轉換成0-10V或0-20mA的電信號輸出給變頻器。數差值越大輸出的電信號就越大，變頻器輸出的頻率就越高，電動機的轉速就越快，本測控數值與頻率輸出如圖4所示，圖中數值差最大時，攪拌主電機按照設定的最高頻率24.89Hz的速度旋轉，隨著數值差的不斷減少，攪拌主電機的運行頻率在不斷的下降，最后為0Hz。當平均值接近于設定值或數值差在100范圍內時，表示液體混合攪拌的均勻度已非常高，已達到設定的要求，此時攪拌主電機停止轉動，而步進電動機則進行間歇性的低速轉動，保持此時液體的均勻度不降低。

3? 結語

本文以兩種不同成分的液體混合為例，采用PLC綜合技術對液體的均勻度進行了有效測試與控制，提出了混合配比的方法、均勻度檢測的關鍵技術。通過電導率數值的大小來體現均勻度，并用來自動控制攪拌主電機的速度，實現快速、高效、節能的攪拌效果。本測控系統已在實際裝置上取得應用，并參加技能競賽獲得獎項。 另外在本測控系統的基礎上，通過對傳感器的更換以及檢測參數與控制技術的改進，便能實現對液體與固體或兩種以上不同固體混合攪拌均勻度的測試，以及更多對象的檢測，如顏色、粘度、流場等，具有較高的應用推廣價值。

參考文獻：

[1]劉軍旭.一種新型雙軸攪拌機的設計與應用[J].新技術新工藝，2014（04）.

[2]王春光，王文明，等.小型臥式混合機混合均勻度的試驗研究[J].農機化研究，2013（08）.

[3]陳斗，李翔晟，等. 智能變頻面粉攪拌機機械部分的設計[J].科技創新與生產力，2014（08）.

[4]邵桂陽，郝云，等.全自動飼料攪拌機設[J].河北企業，2016（10）.