利用PLC進行液體自動混合控制設計

吳錦鋒

（廣東省佛山市三水區技工學校，廣東佛山528100）

在現今醫藥、食品、化工等行業中，多種液體混合是必不可少的工序，而且也是生產過程中十分重要的組成部分。但是，由于這些行業中所用到的材料，多為易燃易爆、有毒有腐蝕性的介質，以致于現場工作環境十分惡劣，不適合人工現場操作；另外生產要求該系統要具有混合精確、控制可靠、工作效率高等特點，這也是人工操作和半自動化控制所難以實現的。所以，為了幫助相關行業特別是中小型企業改進液體混合工序，從而達到液體混合自動控制的目的，筆者根據所學知識，以三種液體混合為例，設計出以PLC為核心的液體混合自動控制系統。

本設計主要利用PLC來實現對多種液體混合的自動控制，系統中的電磁閥、攪拌機和液面傳感器通過PLC按所設定的參數動作運行，從而完成液體自動混合。其要求是將三種液體按一定比例混合，在經過電動攪拌、等待達到一定的溫度后，才能將混合的液體輸出容器。整個工作過程形成循環狀態，在按停止按鈕后，系統依然要完成本次混合才能結束。該系統的特點是，對于已經接好的線路，可以通過改變PCL的程序來改變控制邏輯和參數，具有靈活的運用方式。

1 系統控制要求

圖1 液體自動混合裝置示意圖

本方案采用的是PLC控制系統來實現控制要求。如圖1為液體自動混合裝置，其中，Y1，Y2，Y3是順序控制液體注入的3個電磁閥，注入液體分別用A，B，C來表示。Y4是混合后液體排出的1個電磁閥；L1、L2、L3、L4是混合罐內依次向上的液位傳感器，當液體浸住液位傳感器時，傳感器閉合，否則斷開；M是攪拌電動機。T是溫度傳感器，溫度高于某一設定值時，T閉合；H為加熱電爐。

1.1 初始狀態

容器是空的，電磁閥Y1、Y2、Y3和電動機M均為OFF，液位傳感器 L1、L2、L3、L4 均為 OFF。

1.2 啟動操作

按下啟動按鈕，開始下列操作：

（1）電磁閥Y1先打開，開始注入液體A，并開始在PLC中計時，以控制液體的總流，當液面升至L1時，L1為ON，停止注入液體A，關閉Y1。

（2）開啟電磁閥Y2，注入液體B，當液面升至L2時，L2為ON，停止注入液體B，關閉Y2。

（3）開啟電磁閥Y3，注入液體C，當液面升至L3時，L3為ON，停止注入液體C，關閉Y3。

（4）開啟攪拌機M，攪拌時間為預先設定為10 s（可以在工程需要時進行調節）；10 s后M為OFF，攪拌停止。

（5）開啟加熱器（H為ON），開始加熱，待加熱到T溫度傳感器設定值C時，T閉合，加熱器H為OFF，加熱過程結束。

（6）Y4打開放出混合液，至液體高度降為L1后，再經5 s延時（以利于液體全部放出）停止放出。

1.3 停止操作

按下停止按鈕，在當前的操作處理完畢后，停止操作，回到初始狀態。

1.4 液位報警功能

L4為安全限制液位傳感器，平時為OFF，當液位到達或超過L4時，L4為ON，則停止一切活動并報警給工作人員檢查系統故障，即該系統具有液位傳感器損壞報警功能。

2 系統設計方案

2.1 輸入和輸出點分配

輸入和輸出點分配如表1所示。

表1 輸入和輸出點分配表

2.2 主要器件選擇

PLC——根據I/O的使用點數，擬采用三菱FX2N-48MR型PLC。

供電電源——額定功率為7.5kW，額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。

液面傳感器——廣州市廣盟計量儀器貿易有限公司的GWT-1接觸式水浸傳感器。

溫度傳感器——佛山市順德區佛誠電子有限公司的FC-Z型電阻式溫度傳感器。

2.3 I/O接線圖

I/O接線圖如圖2所示。

圖2 I/O接線圖

2.4 梯形圖

梯形圖如圖3所示。

圖3 梯形圖

3 系統控制過程

3.1 系統控制流程

系統控制流程如圖4所示。

圖4 系統控制流程圖

3.2 具體分析過程

（1）當按下SB0按鈕（X0）時，系統啟動，Y1得電并自鎖，注入液體A；當液位傳感器L1(X1)得電時，Y2得電并自鎖，注入液體B，此時Y1失電，停止注入液體A；當液位傳感器L2（X2）得電時，Y3得電并自鎖，注入液體C，此時Y2失電，停止注入液體B；當液位傳感器L3（X3）得電時，停止注入液體C，同時Y0得電并自鎖，攪拌機開始攪拌，定時器T0開始計時10 s；10 s后，T0得電閉合，Y5得電并自鎖，加熱器開始加熱，當X5閉合，即溫度T升高到設定溫度C時，Y4得電并自鎖，開始排放液體；當液位降到L1時，X1失電，X1常閉觸頭斷開，定時器T1開始計時5 s，5 s后，Y4失電，停止排放液體。

（2）在工作過程中，當按下 SB6時，Y1、Y2、Y3均失電，但Y0、Y4、Y5繼續得電，整個工作過程繼續運行到結束。準備下一個循環過程。

（3）在工作過程中，當液位達到L4時，X4得電，其常開觸頭閉合，Y6得電并自鎖，報警器N報警，同時對Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5復位，停止一切工作，等待工作人員檢查故障。

4 結束語

隨著PLC技術的飛速發展，人們可以對原有液體混合裝置進行技術改造，提出數據采集、自動控制、運行監視、報警、運行管理等多方面要求。按照本設計組成的液體混合控制系統，采取了一系列可靠的設計方案，利用PLC實現了對混合過程的精確控制，提高了工作過程的穩定性和自動化程度，具有很高的可靠性與實用性。因此具有廣闊的市場前景，適合于各種液體的混合調配。

當然，在該系統設計中尚有許多不足，有些地方的設計思想還不成熟。但是，隨著可編程邏輯控制系統的日益發展，相信這套系統在不久的將來，會有良好的發展前景，被我們更加合理的應用于生產實踐當中，并帶來經濟效益。

[1]廣東省職業技能鑒定指導中心組.電工新技術教程實訓指導[K].廣東：培訓教材，2008.

[2]梁耀光，等.電工新技術教程[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

[3]張萬忠，等.可編程控制器入門與應用實例[M].北京：中國電力出版社，2006.

[4]林春方.可編程控制器原理及應用[M].上海：上海交通大學出版社，2004.