基于PLC自動配液系統(tǒng)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(yè)的不斷發(fā)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(tǒng)的實訓裝置用于教學，提高PLC課程的教學質(zhì)量。

【關鍵詞】PLC自動配液系統(tǒng) 設計

近幾年，PLC逐漸出現(xiàn)于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療和電氣工程等多種行業(yè)中，因此，我校為了學生的發(fā)展需要開設了基于PLC自動配液系統(tǒng)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(fā)展，可編程序控制器PLC已在工業(yè)中得到廣泛的使用，越來越多的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)將PLC運用于工業(yè)配液和攪拌生產(chǎn)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(fā)的可編程控制器。世界上第一臺PLC是1969年由美國數(shù)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(yè)課程，尤其是將來從事機電一體化工作的專業(yè)學生，掌握簡單的生產(chǎn)過程所需的的PLC控制系統(tǒng)的編程能力至關重要。但是，由于條件的局限性，課時或?qū)嶒炘O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(yè)控制進程脫節(jié)的現(xiàn)象，很多高校偏重于單機編程練習的實訓，使學生在畢業(yè)后難以滿足社會工業(yè)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(tǒng)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(yǎng)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(tǒng)，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(nèi)容和評價方式的革新。

2 自動配液系統(tǒng)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(diào)查，在此項工作的基礎上確定了實訓內(nèi)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(tǒng)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(nèi)壁加入支撐；根據(jù)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(jīng)匹配，保證閥門開啟出液時間不少于40s，保障流程二次循環(huán)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(tǒng)組成

以PLC為基礎的自動配液系統(tǒng)主要由進料部分、稱量部分、排料設備、配料控制系統(tǒng)和較稱系統(tǒng)組成。在設計之前，我們走訪過多家工廠，做過大量相關調(diào)查，此系統(tǒng)部分是在實地考察的基礎上設計的，所以在此系統(tǒng)與社會工廠中的自動配液系統(tǒng)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(yè)過程進行實時監(jiān)控的功能。其系統(tǒng)中進料部分的裝置執(zhí)行從源液缸向配液缸添加原料的流程。根據(jù)物料的物理性質(zhì)，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(jù)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(tǒng)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(diào)校系統(tǒng)的傳感器，負責保證系統(tǒng)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(tǒng)繼續(xù)下一循環(huán)，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(tǒng)、PLC梯形圖、組態(tài)控制系統(tǒng)和系統(tǒng)的安裝與調(diào)試運行構成。

3 小結

PLC自動配液系統(tǒng)能夠自動、精確、快捷、可靠的實現(xiàn)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?！伴_放式、應用型和職業(yè)型”人才的培養(yǎng)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(fā)展趨勢開展的方案，由此而設計的自動配液系統(tǒng)裝置有利于學生將來更好的適應工作崗位，滿足社會發(fā)展需求。

參考文獻

[1]厲振宇.自動配液機及控制系統(tǒng)設計[D].天津工業(yè)大學，2006.

[2]袁繼成.乳化液自動配比系統(tǒng)設計與優(yōu)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