基于PLC控制的稱重式多配方食用油自動調(diào)油系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：對當(dāng)前調(diào)和油生產(chǎn)裝備進(jìn)行革新，將減少用工成本落到實處，切實提高調(diào)和油生產(chǎn)效率和混油精度。首創(chuàng)地采用3 t地磅連續(xù)稱重的測量方式對5種不同的原油（可增減）按配方進(jìn)行任意配比的連續(xù)生產(chǎn)，創(chuàng)新方法主要有以下6個方面，首次定義零點重量的概念;首次定義原油輸入提前停止的提前量的概念;開創(chuàng)性地使用按配方，按班次互相結(jié)合統(tǒng)計產(chǎn)量模式;用連續(xù)稱重的方式進(jìn)行油料重量計算;調(diào)油罐A罐、B罐，可分別靈活使用，極大地提高生產(chǎn)靈活性及效率;有20種不同配方（可增減）的保存能力及配方自動校驗功能。一套裝置相比之前可減少用工2人，產(chǎn)量提高100%，混油精度提高約15%。切實減少用工成本，極大地提高生產(chǎn)效率，明顯提高混油精度。

關(guān)鍵詞：食用油;PLC;稱重系統(tǒng);多配方;自動調(diào)油

中圖分類號：TB492 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）34-0022-04

Abstract： Innovating the current blended oil production equipment will reduce labor costs and effectively improve blended oil production efficiency and blending accuracy. It is the first to use a 3 t weighbridge continuous weighing measurement method to carry out 5 different crude oils （which can be increased or decreased）， and carry out continuous production at any ratio according to the formula. The innovative methods mainly include the following six aspects： The concept of zero weight is defined for the first time; The concept of advance amount of crude oil input is defined for the first time; Pioneering use of a statistical production model based on formula and shift; The continuous weighing method is used to calculate the weight of oil; Tank A and B of oil adjustment tanks can be used flexibly separately， greatly improving production flexibility and efficiency; It has the storage capacity of 20 different formulas （which can be increased or decreased） and the automatic formula verification function. Compared with the previous one， a set of equipment can reduce the number of employees by 2， increase the output by 100%， and increase the oil mixing accuracy by about 15%. It effectively reduces labor costs， greatly improves production efficiency， and significantly improves oil mixing accuracy.

Keywords： edible oil; PLC; weighing system; multi-formula; automatic oil blending

在現(xiàn)有的食用油調(diào)和技術(shù)中，傳統(tǒng)的食用油調(diào)和方式包括人工手動調(diào)和及半自動化調(diào)和2種方式。其中，人工手動調(diào)和的方式通過人力稱量各種配料后，分別倒入定量的各種配料，然后通過人力攪拌實現(xiàn)各種配料的調(diào)和;而采用半自動化的調(diào)和方式，則需要通過泵送對各種配料進(jìn)行粗略的控制。

在這些傳統(tǒng)的調(diào)和方式中，并不能實現(xiàn)自動化配方管理;此外，采用半自動化的調(diào)和方式時，由于食用原油具有一定的黏度，流動速度較慢，導(dǎo)致油滯留在油管中，而不同食用原油的黏度不同，流動速度有差別，使得每種食用原油最終進(jìn)入調(diào)和油罐的量都略有差別，影響了調(diào)和油配比的精度。

為了解決這些難題，本文應(yīng)用PLC自動化控制技術(shù)，結(jié)合實際生產(chǎn)。不斷改進(jìn)優(yōu)化方案，摸索總結(jié)出了以下成功解決方案，既減輕工人的勞動強(qiáng)度，又可提高經(jīng)濟(jì)效益。以下就基于PLC控制的稱重式多配方食用油自動調(diào)油解決方案的系統(tǒng)組成和控制方面進(jìn)行闡述，并說明了系統(tǒng)的主要流程。

1 稱重式多配方食用油自動調(diào)油系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 硬件組成及PLC選型

該套設(shè)備共有5套儲油罐系統(tǒng)、2套調(diào)油罐系統(tǒng)、2套3 t地磅系統(tǒng)和2個工作模式，A、B罐調(diào)油系統(tǒng)電氣安裝圖如圖1所示。

1.2 設(shè)備輸入輸出點數(shù)量

1.2.1 1套儲油罐系統(tǒng)

輸入點（3個）：①1個儲油泵報警;②1個兩位旋鈕，儲油泵手動運行、停止;③1個儲油罐空浮球開關(guān)。

輸出點（2個）：①儲油泵電機(jī)運行;②儲油閥氣缸的動作。

1.2.2 1套調(diào)油罐系統(tǒng)

輸入點（6個）：①一個調(diào)油罐上限報警浮球開關(guān);②攪拌電機(jī)報警信號;③回流電機(jī)報警信號;④出油泵報警信號;⑤兩位旋鈕1，調(diào)油罐出油泵手動運行、停止;⑥兩位旋鈕2，調(diào)油罐和后續(xù)設(shè)備聯(lián)鎖打開和關(guān)閉開關(guān)。

輸出點（6個）：①調(diào)油罐入油閥;②調(diào)油罐攪拌電機(jī)運行;③調(diào)油罐回流電機(jī)運行;④調(diào)油罐出油閥;⑤調(diào)油罐出油泵運行;⑥調(diào)油罐聯(lián)鎖指示燈。

1.2.3 1套3 t地磅系統(tǒng)

輸入點（3個）：①稱重上限;②稱重工作中;③稱重下限。

輸出點（3個）：①稱重控制器輸入點I1;②稱重控制器輸入點I2;③稱重控制器輸入點I3。

模擬量輸入（1路）：當(dāng)前重量模擬量輸入。

1.2.4 其他

輸入點（10個）：①一個急停;②三位旋鈕1，手動、停止、自動;③三位旋鈕2，A罐工作、AB罐交替工作、B罐工作;④帶燈按扭1，啟動;⑤帶燈按扭2，A罐出油聯(lián)鎖;⑥帶燈按扭3，B罐出油聯(lián)鎖;⑦兩位旋鈕1，獨立出油/交替出油;⑧聯(lián)鎖輸入。

輸出點（4個）：①復(fù)位指示燈;②A罐報警指示燈;③B罐報警指示燈;④聯(lián)鎖輸出。

綜上所述，A、B兩套系統(tǒng)共需要：

輸入點：5×3+2×6+2×3+10=43個;

輸出點：5×2+2×6+2×3+6=34個;

模擬量輸入：2×1=2路。

綜合考慮，選用的PLC是OMRON的CP1H-XA40DT-D，這是一個DC24V供電的24個輸入點，16個晶體管輸出點，并且本體帶有4路模擬量輸入，2路模擬量輸出的PLC。另外，還需再擴(kuò)展一個具有24個輸入點，16個輸出點的擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展后還有一些I/O點多出，做為備用。

2 稱重式多配方食用油自動調(diào)油系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

2.1 實現(xiàn)的主要功能

1）利用3 t地磅連續(xù)稱重的方式進(jìn)行油料重量的計算，該方式可良好地避免用流量計計算流量時，由于油料中經(jīng)常有氣泡的影響造成的錯誤。

2）原油罐5個，可進(jìn)行5種不同的油料任意配比調(diào)配，數(shù)據(jù)處理流程圖如圖2所示。

3）調(diào)油罐2個，可進(jìn)行調(diào)油的模式有2種，分別為：A罐、B罐連續(xù)交替調(diào)油;A罐、B罐分別獨立調(diào)油;A調(diào)油罐調(diào)油流程圖如圖3所示，B罐調(diào)油流程和A罐一致，這里不再贅述。

4）在觸摸屏設(shè)定配方編號，便可按PLC中保存的對應(yīng)的配方進(jìn)行生產(chǎn);該部分是調(diào)油系統(tǒng)的核心內(nèi)容。通過反復(fù)修改驗證后，以下內(nèi)容參數(shù)是調(diào)油系統(tǒng)的必須參數(shù)。如圖4、圖5所示。在圖4中可以看到配方編號，通常油廠需要保存不同的配方。也就是原油1到原油5，不同的配置比例等參數(shù)。在該項目中，可以保存20種不同的配方。那么該項功能是怎么實現(xiàn)的呢？

首先，當(dāng)輸入配方1的時候，在該畫面上輸入其他參數(shù)，全部都輸入完畢后，一旦按該圖中的保存按鈕，該按鈕就會觸發(fā)保存功能，把本畫面上面的全部參數(shù)，保存到PLC的一個固定的存儲空間內(nèi)。按不同的配方編號，保存到對應(yīng)的PLC不同的存儲空間內(nèi)。這樣，配方編號就像書簽一樣，一旦輸入配方編號，該配方編號對應(yīng)的參數(shù)，就會自動讀取出來，并顯示到該畫面上面，而在PLC運行的過程中，一旦確定要生產(chǎn)幾號配方，就會把該配方編號對應(yīng)的參數(shù)調(diào)用到程序中，從而按該配方的參數(shù)進(jìn)行自動生產(chǎn)。

在調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)由于在原油輸入泵停止運行后，油管內(nèi)還有部分原油，會流到調(diào)油罐內(nèi)。所以說油泵要在達(dá)到當(dāng)前原油的額定量前，提前停止。究竟提前多少停止呢？取決于油品的黏度、管道的長度等，所以這個參數(shù)要根據(jù)不同的油品設(shè)置不同的“提前”值。由于A罐、B罐2個調(diào)油罐，可以同時生產(chǎn)2種不同配方的調(diào)和油。所以這2個參數(shù)需要獨立來調(diào)整，提前量的設(shè)定可提高調(diào)油的精度。

“提前”值的校正方法，如圖6所示，例如，1#原油輸入的設(shè)定量為20 kg，那么在校正模式下，1#原油輸入泵工作至地磅檢測到輸入量達(dá)到20 kg時，停止1#原輸入油泵及對應(yīng)的電磁閥，15 s后檢測該原油的實際輸入量為22.5 kg，那么，用22.5 kg減去設(shè)定值20 kg等于2.5 kg，那么該原油輸入需要的提前量就是為2.5 kg。用這種方法在設(shè)備運行前，可以快速校正每種原油輸入，需要的提前量。通過這樣的校正后，可有效提高原油配比的精度。

攪拌開始的位置采用單次調(diào)油總重量的百分比，主要是考慮到不同配方的油品、進(jìn)油速度、密度等有差別，為了讓攪拌開始時刻更合理。采用單罐總調(diào)油重量的百分比，可以很好地避免調(diào)和油的各種差別所造成的攪拌開始時刻的不同。

“循環(huán)次數(shù)”是指按照該配方1至5號原料油的配比，以及單次配油的總重量，循環(huán)運行的次數(shù)。這樣總循環(huán)次數(shù)乘以單次配油重量，就可以得到總配油產(chǎn)量。并把當(dāng)前配油的次數(shù)實時顯示出來，以及當(dāng)前配油過程中的當(dāng)前重量也實時地顯示出來，以便現(xiàn)場人員查看當(dāng)前設(shè)備的運行狀況。

“零點重量”是指在調(diào)油罐排油到灌裝線的過程中，通常會有少量的油附著于罐壁等，不能完全排空，因此，在這里設(shè)置一個零點重量，以免在調(diào)油罐較長時間排不空的情況下，出油泵空轉(zhuǎn)。只要達(dá)到零點重量以下，就認(rèn)為該油罐已排空，以便進(jìn)行下次生產(chǎn)，這樣既減少了設(shè)備空轉(zhuǎn)損耗，又顯著提高了同一配方油品的生產(chǎn)效率。

限于篇幅，以下功能的實現(xiàn)，這里就不再逐一贅述。

1）系統(tǒng)中要有20種不同配方的保存能力。

2）可設(shè)定該配方循環(huán)生產(chǎn)的次數(shù)（圖5）。

3）觸摸屏監(jiān)控畫面需實時顯示該配方當(dāng)前生產(chǎn)的次數(shù)，并可對當(dāng)前生產(chǎn)的次數(shù)進(jìn)行更改調(diào)整。

4）可設(shè)定單次生產(chǎn)的重量，并實時顯示當(dāng)前罐內(nèi)正在調(diào)配的油的重量（圖5）。

5）配方百分比設(shè)定，需有自動檢查是否有錯誤的功能。

6）配方的設(shè)定有密碼保護(hù)功能。

7）按配方，按班次互相結(jié)合統(tǒng)計產(chǎn)量的功能。

3 結(jié)束語

該方案設(shè)備投資相對較少，切實做到了將技術(shù)進(jìn)步的紅利落地到生產(chǎn)一線。一套裝置相對之前可減少用工2人，產(chǎn)量提高100%，混油精度提高約15%。切實減少了用工成本，極大地提高了生產(chǎn)效率，明顯提高了混油精度。深受油脂生產(chǎn)企業(yè)的歡迎。在熱銷的同時，對暴露出來的問題，進(jìn)行了不斷的改進(jìn)。現(xiàn)在，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，效果良好，是自動調(diào)油環(huán)節(jié)較理想的解決方案。通過本文的闡述，希望能給同行們以啟發(fā)、借見。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐平均.控制型稱重儀表選型參考[J].衡器，2018，47（11）：16-18，21.

[2] 朱文杰.歐姆龍CP1H型PLC編程與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021：316.

[3] 黃偉.基于組態(tài)軟件的PLC數(shù)據(jù)采集處理的控制應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，80（4）：278.

[4] 連俊.模擬量濾波技術(shù)在橋式抓斗卸船機(jī)稱重系統(tǒng)上的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020，316（24）：153-154.

[5] 張婧.煙箱稱重檢測驗證標(biāo)定樣裝置設(shè)計及應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019，265（9）：91-92.

[6] 周志峰，丁維光.液體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置介質(zhì)密度測量方法研究[J].工業(yè)計量，2017（3）：13-15.

[7] 孟濤，胡鶴鳴，李曉鵬，等.稱重法水流量裝置密度的取值方法[J].計量技術(shù)，2015（12）：8-11.

作者簡介：胡國緯（1980-），男，講師，工程師，高級技師。研究方向為控制科學(xué)與技術(shù)。