PLC在液體攪拌機(jī)中的應(yīng)用

徐敏

摘要： 液體攪拌機(jī)廣泛用于化工、制藥、水處理、冶金和食品等各行各業(yè)。液體攪拌機(jī)除了在浮選金屬礦時用于藥劑和礦漿的攪拌作業(yè)以外，還可以用于攪拌非金屬礦物。本文選用SIEMENS（西門子）S7-200型對液體攪拌機(jī)進(jìn)行控制，改善了傳統(tǒng)液體攪拌機(jī)的不足，PLC控制能夠可靠地、有效地、精確地完成控制任務(wù)、滿足所有控制需求。

Abstract： Liquid mixer is widely used in chemistry， pharmacy， water treatment， metallurgy， food and other industries. The liquid mixer can be used in the mixing operation of the chemicals and pulp in the flotation of metal ore and it also can be used for the mixing of non metallic minerals. This paper uses SIEMENS S7-200 to control the liquid mixer. It improves the shortages of traditional liquid mixer. PLC control can reliably， effectively and accurately complete the control task and meet the control requirements.

關(guān)鍵詞： 多液體攪拌機(jī)；可編程邏輯控制器；控制系統(tǒng)

Key words： multi liquid mixing machine；PLC；control system

中圖分類號：U415.52+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）02-0169-02

0 引言

隨著計算機(jī)運(yùn)用、機(jī)電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC（可編程序控制器）在工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域的應(yīng)用已十分多見，并且隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，該控制元件的應(yīng)用比重也在逐漸提高。PLC的主要結(jié)構(gòu)由CPU、存儲器、輸入、輸出端口和外接端口裝置組成[1]。將PLC應(yīng)用于工業(yè)液體混合攪拌設(shè)備，能夠自動控制液體攪拌過程，并且能有效提高攪拌設(shè)備作業(yè)時的穩(wěn)定性，以確保液體充分拌合。

由于在煉油、制藥和冶金等行業(yè)中，液體攪拌是必不可少的一部分。但在部分存在有毒有害、易燃易爆物質(zhì)的工業(yè)環(huán)境中，現(xiàn)場操作環(huán)境惡劣，現(xiàn)場操作危險系數(shù)高，不適合操作人員親自在現(xiàn)場操作。本文所研究的PLC控制多種液體混合攪拌適用于單周期、多周期循環(huán)作業(yè)，并且在掉電時能夠通過自帶的記憶功能記錄攪拌進(jìn)度，來電后可緊接著掉電前的工作步驟繼續(xù)運(yùn)行。此外，該控制系統(tǒng)還具備通信聯(lián)網(wǎng)功能，利用組態(tài)可遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場，便于操作與管理。本文將針對三種不同液體的混合攪拌控制展開分析。在研究中，將基于一定混合比例將這三種液體進(jìn)行攪拌，當(dāng)電動機(jī)開始攪拌后，滿足所需控制要求后方可將混合液體排出液體容器同時保持循環(huán)作業(yè)。液體混合攪拌系統(tǒng)主要基于各控制元件動作的連續(xù)性以及各個被控設(shè)備動作之間的關(guān)聯(lián)性，通過相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)對設(shè)備下達(dá)動作指令，使系統(tǒng)自動將三種液體加入，繼而進(jìn)行混合攪拌，最后自動輸出拌制好的混合液體。

1 多液體攪拌機(jī)系統(tǒng)總體框架設(shè)計

多液體攪拌機(jī)系統(tǒng)由計算機(jī)、生產(chǎn)線現(xiàn)場控制柜、攪拌電機(jī)、位置檢測裝置以及報警裝置組成，系統(tǒng)整體圖示意圖如圖1所示。

液體混合攪拌系統(tǒng)控制的工作流程如下：

①系統(tǒng)初始化：液體容器為空，各個電磁閥Y1、Y2、Y3、Y4均為OFF（關(guān)閉），三個液位傳感器L1、L2、L3均為OFF（關(guān)閉），攪拌電動機(jī)M為OFF（關(guān)閉），加熱器H為OFF（關(guān)閉）。

②系統(tǒng)啟動：按下啟動按鈕，電磁閥Y1打開（Y1為ON），開始向攪拌容器中加入液體，并且流量傳感器L4監(jiān)測液體A的液位；當(dāng)液面高度達(dá)到流量傳感器L3時（L3為ON），關(guān)閉電磁閥Y1（Y1為OFF），液體A停止加入，同時，開啟電磁閥門Y2（Y2為ON）向容器中加入液體B，L5流量傳感器開始監(jiān)測液位，當(dāng)液面升至L2時（L2為ON），關(guān)閉電磁閥Y2（Y2為OFF），液體B停止注入，電動機(jī)攪拌10s。開啟電磁閥Y3（Y3為ON），加入液體C，L6流量傳感器開始監(jiān)測液位，當(dāng)液面升至L1時（L1為ON），關(guān)閉電磁閥Y3（Y3為OFF），液體C停止注入。

③電機(jī)啟動：由于攪拌電機(jī)功率問題，采用Y-Δ降壓啟動方式對電動機(jī)進(jìn)行啟動控制，Y與Δ的切換時間定為5s。

④加熱攪拌：3種液體加入容器后打開加熱閥，加熱至70℃后關(guān)閉加熱閥，啟動電動機(jī)攪拌5min后打開放料閥門將混合液體排除。

⑤卸料過程：加熱停止后，排放混合液體（Y4為ON），到液位降到L4后，報警裝置觸發(fā)，經(jīng)20s延時后，液體全部排放完畢，關(guān)閉Y4閥門（Y4為OFF），液體從加入到攪拌到排放一個周期工作結(jié)束。重新按下系統(tǒng)啟動按鈕系統(tǒng)開始循環(huán)工作。

2 PLC控制設(shè)計

本文選用S7-200系列22CPUX型PLC進(jìn)行系統(tǒng)控制。該款PLC的輸入點(diǎn)為DC24V雙向光藕輸入電路，輸出有繼電器盒和DCMOS型兩種類型。CPU包含CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四種不同型號供用戶選擇，本文選用CPU226型，該型號集成24輸入和16輸出共40個數(shù)字量I/O端口，可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O或35路模擬I/O點(diǎn)，擁有13KB程序和用戶存儲空間。

2.1 輸入/輸出端口定義

根據(jù)液體攪拌系統(tǒng)的控制要求，列寫出I/O分配表以及內(nèi)部輔助繼電器使用說明，如表1、表2所示。

分配好輸入、輸出端口后，結(jié)合CPU226型號PLC的外部結(jié)構(gòu)及多液體混合控制系統(tǒng)的控制要求繪制出PLC的外部硬件接線圖，如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)抗干擾能力分析

PLC是基于工業(yè)生產(chǎn)需求設(shè)計出的具有高抗擾能力的計算機(jī)控制系統(tǒng)，通常無需設(shè)置抗干擾裝置就能直接投入使用。在存在強(qiáng)干擾等相對惡劣的工作環(huán)境中，PLC可能會采集錯誤的輸入信號，從而輸出錯誤的結(jié)果，造成機(jī)械設(shè)備做出錯誤的動作，使控制過程失控或者造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。鑒于此，為進(jìn)一步優(yōu)化液體攪拌控制系統(tǒng)，使其運(yùn)行工況更加穩(wěn)定，本文認(rèn)為有必要在控制系統(tǒng)中設(shè)置一定的抗干擾機(jī)構(gòu)。

主要的外界干擾來源如下：

①電源干擾。PLC供電電源的波動，電源電壓中存在高次諧波，通常會導(dǎo)致PLC運(yùn)行工況受干擾。

②感應(yīng)電壓干擾。PLC鄰近的大容量設(shè)備啟動和停止時，容易引起電磁感應(yīng)的干擾；其他設(shè)備或空中強(qiáng)電場通過分布電容串入PLC引起的干擾。

③輸入、輸出信號干擾。差模干擾（輸入信號線間寄生電容引起的）和共模干擾（輸入信號線與大地間產(chǎn)生的）；在電感性負(fù)載的場合，突變電流（輸出信號由斷開-閉合時產(chǎn)生的），反向感應(yīng)電勢（由閉合-斷開造成的）和電弧（電磁接觸器的觸點(diǎn)產(chǎn)生的）等干擾。

④外部配線干擾。因選擇不合理的各種電纜，降低信號線絕緣性，電纜安裝、布線中的不合理所產(chǎn)生的干擾。

根據(jù)上述產(chǎn)生的干擾，為提高PLC控制系統(tǒng)抗干擾性能將采用以下措施：

1）科學(xué)合理的選PLC的型號；

2）選擇高性能、穩(wěn)定的電源，可防止電網(wǎng)的干擾；

3）選擇合理正確的接地點(diǎn)，完善相應(yīng)的接地系統(tǒng)；

4）合理選擇、安裝、分配電柜內(nèi)的電纜線，降低相應(yīng)的干擾。

3 結(jié)論

隨著PLC的廣泛應(yīng)用，它實現(xiàn)軟件與硬件雙重控制與保護(hù)，極大的提升了液體攪拌機(jī)的工作效率，也提升了液體攪拌機(jī)工作可靠性及安全性，創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)效益。本文提出的PLC控制液體攪拌機(jī)系統(tǒng)具有較高的實用價值，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。

參考文獻(xiàn)：

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