基于PLC的液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳博涵 陳金秋 郁晨陽

摘要：本文基于PLC控制系統(tǒng)，闡述了液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)液體原料混合工藝和PLC技術(shù)要求，確定液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)方案、配比系統(tǒng)計(jì)量方式以及選擇、安裝體積流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)PLC液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：PLC;液體原料;自動(dòng)配比;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0引言

在食品、化工以及制藥等加工行業(yè)，液體原料混合是加工企業(yè)常規(guī)的工藝流程。在多種液體原料混合過程中，為避免生產(chǎn)殘次品，節(jié)約生產(chǎn)原料，需要嚴(yán)格控制液體原料的溫度、流量、壓力等技術(shù)參數(shù)，因此生產(chǎn)過程中對(duì)混合液體原料的要求較高。根據(jù)液體原料的實(shí)際特點(diǎn)，基于PLC控制系統(tǒng)構(gòu)建一個(gè)高效的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液體原料混合及監(jiān)控的自動(dòng)化，達(dá)到液體原料配比系統(tǒng)的自動(dòng)化[1]。

1液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足生產(chǎn)過程對(duì)液體原料自動(dòng)配比的工藝要求，按加工企業(yè)生產(chǎn)配方控制液體原料自動(dòng)配比過程。為了提高企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，需要系統(tǒng)具備精良的生產(chǎn)工藝、較高的控制精度及穩(wěn)定可靠的控制系統(tǒng)。

1.1 生產(chǎn)工藝及技術(shù)要求

根據(jù)客戶和產(chǎn)品配方要求，提升液體原料配比精度，實(shí)現(xiàn)按配方自動(dòng)混合各種液體原料。該系統(tǒng)需要嚴(yán)格控制液體原料體積的準(zhǔn)確度，生產(chǎn)工藝偏差應(yīng)≤3‰，精良的生產(chǎn)工藝，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性;同時(shí)操作界面簡(jiǎn)單美觀易于操作，保證生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化要求，發(fā)現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)可立即發(fā)出警報(bào)，便于及時(shí)處理并排除故障。液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)需要構(gòu)建合理的工藝流程、方便操作同時(shí)有效降低生產(chǎn)成本[2]。

1.2液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容是系統(tǒng)方案的選擇和規(guī)劃，尤其要保證設(shè)計(jì)方案的可靠性。該系統(tǒng)基于PLC控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)液體原料的自動(dòng)配比，可滿足多樣性的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備和生產(chǎn)工位的連接需求[3]。

液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的控制策略要求網(wǎng)絡(luò)連接速度較高。PLC通過現(xiàn)場(chǎng)總線加入，降低系統(tǒng)施工總量。PLC液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)投入成本較低，在方案設(shè)計(jì)上如果選擇PPI溝通協(xié)議，那它的通訊速率較低，而且交換訊息數(shù)量相對(duì)較小。根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)的實(shí)際要求，綜合考慮生產(chǎn)過程的關(guān)鍵控制點(diǎn)和成本因素，本系統(tǒng)采用PLC組網(wǎng)方案效果更好。本系統(tǒng)采用觸摸屏一體機(jī)，通過PLC和相應(yīng)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行自動(dòng)化控制（如圖1所示），現(xiàn)場(chǎng)和控制室的位置設(shè)計(jì)合理，且通訊速率較高，系統(tǒng)控制精度可以滿足生產(chǎn)過程的液體原料配比自動(dòng)化控制要求。

2液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)計(jì)量方式

2.1 液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)計(jì)量方式的選擇

液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)計(jì)量方式的選擇是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中十分關(guān)鍵，如果選擇的計(jì)量方式不合理將會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用效果。不間斷的計(jì)量方式主要分為動(dòng)態(tài)方式和靜態(tài)方式兩種。當(dāng)生產(chǎn)過程中對(duì)連續(xù)性要求較高，且中間不允許停止配料時(shí)，采用動(dòng)態(tài)計(jì)量方式;當(dāng)無連續(xù)性要求、可以間隔一段時(shí)間的生產(chǎn)場(chǎng)合或者對(duì)生產(chǎn)持續(xù)性沒有提出明確要求時(shí)，可采用靜態(tài)方式。目前產(chǎn)品計(jì)量途徑分成兩種，依據(jù)產(chǎn)品體積或者依照產(chǎn)品重量，液體計(jì)量方式通常采用體積方式，系統(tǒng)計(jì)量方式為液體原料的體積。

體積流量計(jì)信號(hào)的輸出和體積流量計(jì)管路中的液體平均流速相關(guān)，通過輸出信號(hào)檢測(cè)、監(jiān)控液體原料的物理量。液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)轉(zhuǎn)化途徑采用最常見的電阻應(yīng)變片式。當(dāng)電阻值發(fā)生變化時(shí)，彈性元件上的應(yīng)變片發(fā)生相應(yīng)變形，以更改電阻值。根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的電路、電阻值變化，輸出比例對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。系統(tǒng)液體計(jì)量方式以液體體積為基礎(chǔ)，PLC液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)采用體積配比法，即液體原料自動(dòng)配比按體積配比，通過監(jiān)測(cè)液體原料通過計(jì)量傳感器的體積進(jìn)行液體原料配比控制，完成自動(dòng)配比任務(wù)。系統(tǒng)采用該計(jì)量方法可顯著提高液體原料配比的準(zhǔn)確度，可以滿足生產(chǎn)需求。綜上所述，在此案例中采用靜態(tài)方式體積計(jì)量的配比方法。

2.2體積流量計(jì)的選型和安裝

體積流量計(jì)的類型應(yīng)根據(jù)液體原料的性能、生產(chǎn)條件、產(chǎn)品價(jià)格等因素綜合考慮選型。經(jīng)過調(diào)查實(shí)踐，在系統(tǒng)的流量計(jì)采用體積式的LCB型橢圓齒輪流量計(jì)，其低價(jià)位高精確度的特性在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。在該流量計(jì)里面增設(shè)1個(gè)霍爾元件，利用流量計(jì)里面的5個(gè)小磁鐵接收霍爾元件發(fā)出脈沖信號(hào)，PLC接收到磁鐵輸出的霍爾元件脈沖信號(hào)，完成液體原料體積精確測(cè)量的任務(wù)。但當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，液體原料的密度值也會(huì)發(fā)生變化，影響質(zhì)量計(jì)量，因此系統(tǒng)需要在一定的溫度下進(jìn)行工作。在液體原料進(jìn)入攪拌罐前，應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)保持恒定溫度的小型罐解決溫度的影響。當(dāng)溫度變化時(shí)體積變化微小的液體原料，不必設(shè)計(jì)恒溫設(shè)備。

3結(jié)語

基于PLC的液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案穩(wěn)定可靠，可以滿足自動(dòng)配料和生產(chǎn)目的。該系統(tǒng)通過PLC技術(shù)控制、操作液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)，采用靜態(tài)方式、體積計(jì)量的配比方法，根據(jù)液體原料配方設(shè)計(jì)自動(dòng)化配料操作系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明基于PLC的液體原料自動(dòng)配比系統(tǒng)運(yùn)行安全，具有較高的應(yīng)用價(jià)值，值得在生產(chǎn)領(lǐng)域推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]趙龍琦.液體原料自動(dòng)配比控制系統(tǒng)研究[D].河北科技大學(xué)，2018.

[2]李嘉佳.配料車間自控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].河北科技大學(xué)，2011.

[3]陰紅梅.配料過程中自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].河北科技大學(xué)，2013.