一種液體攪拌混合器自動化控制系統設計

秦 沖

（三門峽職業技術學院，三門峽 472000）

自動化控制技術的發展帶來了機械加工生產的自動化，傳統的繼電接觸器控制已經無法滿足自動化生產線的機械加工需要，基于PLC的控制系統設計將實現自動化設備的過程控制、可視化和自動化。物料混配系統是工業生產過程自動化的一個重要體現，在化工、食品、輕工等領域得到廣泛應用[1]。本文利用PLC對工業生產過程進行控制，主要以物料的液位變化為被控變量，采用閉環控制系統，從而實現對液位的恒定控制，使得物料混配生產過程穩定。

1 攪拌系統工作過程

如圖1所示，在攪拌系統中，電機M1帶動1號上料泵、電機M2帶動2號上料泵，M1和M2分別為物料罐提供兩種原料，物料罐中的液位呈低、中、高三個狀態[2]。攪拌器M3實現兩種料的混配，混配完成后，利用放料閥門Y1將混配好的物料卸放到成品料罐中。

圖1 液體攪拌混合系統的工作過程

2 液體攪拌混合系統控制要求

物料罐在注入（釋放）物料時，液位開始變化。液位的變化情況由模擬量液位傳感器采集，模擬量數值進入PLC后通過程序分析得出三個液位的標志，即低液位、中液位、高液位。其中，PLC的輸入信號為0～10V，轉換成數質量后為0～4000。現要求低液位數值為600，中液位數值為1600，高液位數值為3200。

1號泵電動機的起動是在物料罐出現低液位時（料罐空或料罐處于放料狀態）開始起動定時器（定時器的時間設定與物料罐釋放剩余料有關）。延時時間到后1號供料泵電動機開始運行，到達中液位時，1號供料泵電動機停止運行。2號泵電動機是在物料罐出現中液位時起動（為了避免放料時再次起動2號泵電動機，在其起動條件中加入上升沿信號），當到達高液位時（為了避免液體的波動而在成高液位出現假信號，設定延時2s），2號供料泵電動機停止運行。

當到達高液位時，起動攪拌電動機開始實施對物料的攪拌（正向攪拌、反向攪拌），同時以正向攪拌為計數信號，對攪拌器的工作周期開始進行計數，計數到位后攪拌器停止運行。

當攪拌完畢后，開啟放料閥，物料罐中的物料開始向成品料罐中釋放。在物料罐出現低液位并實施延時后，關閉放料閥。放料閥門關閉后，碰塊接觸限位開關，并開始新一輪的物料混配。

本系統是在自動運行狀態下實現對液體攪拌混合系統的程序控制，PLC除了正常的工藝控制外，還提供了運行狀態指示等和報警器[3]。在物料罐中裝有超聲波液位傳感器，用來實時檢測料罐中的液位變化情況。課輸出0～10V信號，經過PLC采集后進行物料混配的控制。整個物料混配控制系統可以實現數顯可視化操作，目的是避免物料混配系統在工作的過程中對人體造成傷害。

3 液體攪拌混合系統PLCI/O分配

本設計采用的是三菱FX2N-16MR-001型PLC和FX2N-2D特殊功能模塊，用來實現物料的混配控制。共8個輸入、7個輸出信號，PLC的輸入/輸出地址分配如表1所示。

表1 液體攪拌混合系統I/O分配

4 硬件設計

根據液體攪拌混合系統要求、PLC的工作原理以及其特殊功能模塊FX2N-2D的模擬量輸出原理，對物料混配的PLC外圍接線進行設計，接線圖如圖2所示。

圖2 液體攪拌混合系統PLC外圍接線圖

5 液體攪拌混合系統軟件設計

根據本系統的控制要求，利用PLC的特殊功能模塊FX2N-2D實現液位（模擬量）數值讀取如圖3所示，自動（手動）運行標志處理如圖4所示，利用PLC的震蕩脈沖實現攪拌器的攪拌如圖5所示。同時，利用低液位、中液位和高液位的控制程序實現對電機的控制如圖6所示，低液位延時關閉放料閥、1號泵起停控制程序如圖7所示，高液位延時后攪拌器開始攪拌程序如圖8所示。除此之外，還增加有狀態指示能燈、報警控制器及數顯、觸摸設計，最終完成對恒壓供水系統的自動控制。

6 結語

本文將PLC控制技術及PLC的特殊功能模塊功能引入到傳統的物料混配系統控制中，設計了一種基于PLC的具備信號自采集和反饋功能的閉環控制PLC控制物料混配系統。這種由PLC控制的物料混配系統通過了仿真軟件調試和實地調試，結果表明，其不僅自動化程度高，而且在可靠性、可優化程度以及操作人性化方面都較之前系統具有很大優勢，可以實現對液位的恒定控制，使得物料混配生產過程穩定。

圖3 液位（模擬量）數值讀取程序段

圖4 自動（手動）運行標志處理程序段

圖5 震蕩脈沖（攪拌器）程序段

圖6 子程序/低液位、中液位、高液位程序段

圖7 子程序/低液位演示關閉放料閥、1號泵起停控制程序段

圖8 子程序/高液位延時后攪拌器開始攪拌程序段

[1]徐慶繼.組態技術在物料混配系統中的應用[J].山東工業技術，2016，（23）：205-206.

[2]王皓.模糊控制在物料混配系統中的實現[J].微型機與應用，1999，（6）：49-50.

[3]張瑩.基于PLC的物料自動分揀控制系統設計[J].科技經濟導刊，2016，（33）：37.