淺析多種液體混合加熱過程的PLC控制

林楊

摘 要 在本次研究中我們針對液體混合加熱溫度進行相關的系統介紹，進一步能夠提高液體混合加熱控制要求。同時我們利用三菱PLC作為控制核心，將其運用到加熱溫度控制中，以達到良好的控制效果，并達到合格的溫度要求、實現較高的穩定性運行。

關鍵詞 混合液體;PLC ;溫度;控制

引言

隨著社會各個個業的發展，在化工、藥品、煉油等行業中混合液體成為重要的操作原料，在實際生產中起著十分重要的作用，通常在工廠生產中溫度是重要的參數，在各環節中需要嚴格控制溫度，為了應對這一問題研究學者已經開發了數字控制電子軟件系統及PLC系統。

1PLC的混合液體溫度控制系統的功能及特點

PLC的用途是使用了可編程序存儲器來方便執行一些邏輯，順序，計時等一些其他功能，通過一些數字輸入的方式來控制工業中機器的工作，相對于工業中其他電子設備中，PLC它的好處是可靠性比較高，抗干擾能力比較強，而且編程也簡單方便，也方便工作人員使用和控制，而且PLC不僅在工業上經常使用，而且相對于其他系統而言，他在成品上也比較占有優勢，在工業用個人計算機中，也就是工控機，它的好處是可用性能好，軟件豐富多樣化，價格也比較低。而工控機它的好處是能夠適應多種不同的環境，具有抗震動能力抵抗高溫能力和防灰塵等一些好處。在過去的工業化中人們使用比較落后的系統一般都達不到滿意的結果[1]。

PLC它是一種屬于計算機技術中最為基礎的控制裝置，它屬于一種數字操作的電子系統，普遍廣泛用于工業中。在工業生產過程中，PLC大多采用的是邏輯順序進行保護，常用于一些系統中，是通過氣動和電氣的控制來實現這些功能，在當今工業中，PLC也就取代了以往的繼電器電路，從而實現邏輯控制和順序控制，不僅能夠單獨作用于部分設備，同時還可以運用于多機群控和流水線設備實現集中化控制。我們生活中最普遍應用于印刷機和訂書機，磨床，包裝等，在工業化中PLC它應用于鋼鐵，石油化工場，電力方面，交通工具和文化傳媒等一些行業中。

PLC具備計算機，通信，控制等多種功能，是一種自動化的高級裝置，可靠性較強，而且占地面積較小，操作編程比較簡便，在一些工業環境過程控制以及計算機操作過程中能夠實現廣泛應用，我們可以將其作為核心，利用PID地能夠實現恒溫和加熱控制。在實際生產中，采用閉環控制來實現溫度和壓力的有效控制，PID是一種常見的控制方法，具有較高的可靠性和簡便算法，在模擬量控制器和計算機系統中實現了較廣的運用。

2系統總體設計

2.1 方案設計

在設計過程中按照工藝流程來進行軟硬件電路設計的。在具體涉及過程中需要遵循下列的設計標準：滿足液體混合條件及生產條件，使液體混合達到相關技術參數，保證生產系統安全、可靠、穩定運行要求，同時能夠做到降低成本的目的。在滿足實用性、經濟性的同時，需要合理選用新技術產品以保證控制過程實現自動化。利用PLC系統實現液體混合過程中需要考慮：①閥門開關的順序與時間間隔。②選擇攪拌時間。③加熱開始到結束的溫度。④混合過程如何實現自動循環。整個控制系統的設計要從這四個方面進行考慮。?

2.2 控制方案

PLC與繼電器的控制系統都可以運用于開關量邏輯控制中，是采用計算機軟件方法來實現控制的，相比于繼電器來說，PIC的控制功能較強，而前者可靠性差，在一些控制功能線路中靈活性較差，功能比較單一。目前還沒有通用的電路設計方法，因此在實際設計電路時存在較大的困難度，因此之后所設計的電路圖比較難于理解。Plc有大量的軟件實現繼電器的設計。繼電器在線路安裝完畢時才能調試，plc開關柜制作、現場施工與設計可以同時進行，在修改時更加方便。單片機控制可以將存儲器、通信接口等融合在一個芯片，售價便宜功能強，響應速度快。在工業控制中，需要采用單片機技術實現軟件硬件控制，同時作為軟件來說還需要做好抗干擾的防護，進而能夠實現系統的可靠性運行。計算機控制是一種工控機，是基于計算機網絡基礎上發展而來的，采用兼容性較強的硬件技術和總線結構，這樣實現網絡一體化[2]。

在硬件的設計上，可編程控制系統具有多種應用功能，比如數據處理，數據計算，PLD控制，邏輯控制等多種功能，在本次研究中，我們通過其邏輯控制功能進行設計，采用的是西門子自動化工控產品中的小型PLC，該產品在結構設計上比較簡便，而且性價比高，能夠勝任一些復雜的現場工作控制功能，尤其是在現場模擬量信號處理中，可以實現數據的轉換，PID運算處理輸出，相對來說能夠獲得穩定的信號控制，是一種良好的現場控制器。這種產品有四個中斷處理功能，能夠滿足任意使用情況，這些系統中斷處理對于可編程控制器的外部I/O端機及分配時主要存在以下目的：首先通過外部的I/O端分配可以實現準確設計，并對系統進行全面性分析，在程序設計過程中可以根據外部的I/O端分配進行程序準確設計。其次，確保控制系統在運行過程中的穩定性和可靠性，操作總體來說比較簡便，能夠考慮防止錯誤操作的相應解決措施，最后能夠滿足PLC技術指標以及環境運行要求。總而言之，對于可編程控制器來說，在進行I/O端分配時是十分重要的，可以選擇S7-200系列PLC作為系統控制器，該控制器I/O端分配，具體情況如下表所示。

3系統簡介及控制要求

混合液體是通過將部分液體注入攪拌以及加熱到一定程度實現自動化混合的目的，其中液位傳感器L1、L2、L3，電磁閥Y1、Y2、Y3、Y4，在通電狀態下是處于打開狀態的。①初始狀態。當容器處于空閑狀態時關閉閥門關閉液位傳感器，同時還需要將攪拌器，加熱器進行開關關閉，在混合過程中啟動過程時需要開啟Y1，將液體注入容器中，當高度達到L3時需要停止加入液體，開啟Y2電磁閥，再注入另一種液體，當液面達到L2時，停止加入開啟Y3，當液面達到L1時停止加入液體，依次進行，開啟攪拌器，完成十秒鐘攪拌工作之后，停止攪拌。之后需要開啟加熱器完成液體加熱工作，當溫度達到指定值時需要停止加熱，開啟Y3電磁閥放出液體，當液面降低到L3時需要停止幾秒鐘時間用于液體的防控，進而完成下一周期的循環操作，按下停止按鈕之后，需要完成當前所處的操作，運行才能夠正式停止。②清罐控制的實現。針對液體灌裝設備，需要考慮容器的清洗以及液體是否存在誤差。因此，這些設備需要設置相應的控制按鈕開關，在清罐之前需要將系統處于停止運行狀態。按下按鈕之后，首先需要復位清零，再接電磁閥Y4，當液面降低之后，延遲幾秒鐘時間完成清灌操作，并自動關閉電磁閥，清灌完成之后需要按下開關復位鍵，斷開急停控制開關，重新啟動按鈕即可完成[3]。

在控制系統設計過程中，根據系統的總體設計所需要的內部繼電器，實際上相當于中間狀態的繼電器，在程序中可以進行多次使用。中間繼電器連接根據內部控控制，邏輯計算能夠運用計算中間結果來實現接通或者是斷開，這種功能是編程中間狀態換擋，劃傷，操作者輔助上給出的特殊用途。在本次設計之中，一些內部繼電器的功能如下：包括系統啟動輔助繼電器，停止輔助繼電器，打開電池閥，關閉電磁閥的繼電器，啟動定時器的繼電器，系統循環運行控制的繼電器等多種繼電器類型。在本系統中，具體的設計流程如下：通過系統外部按鈕啟動之后，將接通系統啟動輔助繼電器，停止外部按鈕之后，接通系統停止輔助繼電器，啟動繼電器接觸器。接通之后需要將停止輔助繼電器復位，而當系統輔助繼電器接通后，需要將其處于運行位。根據外部啟動結果，系統進入運行狀態之后，根據設計要求需要對外部啟動進入這些Q0.1之后，將中間繼電器接通，并將其至位于Q0.2，并且對Q0.1進行復位，當第三個限位開關接受之后需要接通電磁閥將其這與Q0.3，并且復位Q0.2。當第四個限位信號接收之后需要接通第四個相應的電磁閥繼電器，將其進行Q0.4復位。同時可以啟動電動機Q0.0，并且延長一分鐘，當系統時間繼電器延長時間達到時時，繼電器的觸點將會處于復位狀態，將接通第四個電磁閥，將繼電器置于Q0.4，當第一個限位信號輸入之后啟動定時器延長20秒之后，處于復活狀態。

在上位機的設計中，組態王是一種便捷的上位機組態軟件，這種組態軟件的研發是根據計算機和自動化控制技術來研究的，在進行大量數據采集處理以及數據實時顯示，警報等多種控制上有其優勢，同時這種組態軟件能夠代表管理層對基礎進行管理，能夠提高工作效率。

4PLC的PID控制實現

在實際運用中PID的使用最為廣泛和普遍，它經常應用調節器控制規律，PID控制器的好處是可以利用它比例，積分和微分分別計算出一定的控制量并進行控制。當加熱到一定程度之后，需要將其放入恒溫器中完成恒溫操作，可以利用PID進行控制，設定有效的增益值和積分時間等參數，當在人工進行操作的時候，就要根據反饋情況進行多次的調整，增加其工作量，得到的效果不理想。利用自動調節功能完成一些參數的自動設定，根據系統的實際運行情況，獲得最佳的控制參數，在恒溫狀態下利用PID完成PLC的自動調節，完成之后需要將溫度控制在合理的范圍內[4]。

5系統故障的概念及故障分析

在電子控制系統中，故障概率達到系統故障的5%，其中CPU故障約占30%，而輸出輸入功率故障占比70%。95%則發生在傳感器等控制執行器上及連接控制執行器件的電纜方面。PLC在一定的時間可以正常運轉，設計和生產過程當中對可能出現的故障、損耗要有一定的認識，避免故障的再次發生，故障發生之時我們需要及時有效地判斷出故障并且及時進行維修。系統故障是指在整個系統中所有相關設備出現的故障總和。利用plc輸出指示燈判斷出第一層故障，是一個最為有效直觀的檢查手段。利用上位監控系統來判斷出第二層故障，通過梯形圖來進行監控，觸電顯示出現不同的顏色就代表著不同的狀態。通過故障分析第三層故障，內部實際上是一個單片機系統，程序在發生錯誤的時候也就需要重新輸入備份程序，在不正常的時候，我們可以編一個簡單的實驗程序來單獨進行運行，分路有故障的時候，則故障可能在編碼控制單元，我們就要仔細認真的檢查電路元器件，在一定必要的時候可以進行更換。PLC出現故障的時候，則要定位故障點，有效借助測試的工具、緊密的邏輯來推理分析并且排除故障[5]。

6PLC系統主要抗干擾措施

優質的電源，可以減少電網引入的干擾。我們需要采用抗干擾性能較好地電源來為系統進行供電，PLC系統以及變送器的供電電源需要利用電氣連接儀表來進行供電。然而目前存在抗干擾性能較差，電源耦合現象，差模干擾以及隔離變壓器的相關參數增加問題，導致在運行過程中出現各種問題。因此可以采用現實不間斷電源完成抗干擾隔離性能較強的電源供電，減少動力電纜之間的干擾，采用不同電纜進行電源的傳送，按照傳輸信號對信號進行分類分層，針對同一電纜不同導線進行電源和信號傳送時，需要明令禁止，以減少動力電纜和信號線之間的間距，避免出現彼此的干擾。從一定程度上來看我們是無法完全消除干擾的，因此，在PLC軟件系統控制設計時，需要進一步針對軟件抗干擾性能進行分析研究，可以采用以下措施：比如在采樣時可以采用數字濾波和工頻振性的方法，消除周期性的干擾，對點電位進行校準，利用動態零點，防止電位出現漂移。可以設置軟件結構實現間接跳轉，以提升軟件系統的可靠性。在計算機接入信號線之前，需要與地線進行并接以減少兩者的干擾。在信號兩端還需要增加濾波器，減少差模干擾問題，進一步完善接地系統，能夠有效提高安全運行以及抗干擾能力，這也是PLC系統在抗干擾過程中需要高度重視的。

7結束語

在本次研究中，我們根據液體混合加熱溫度從而來控制系統，以此來達到精密度比較高和穩定性好，使其得到更好的操作，并且更方便和快捷。

參考文獻

[1] 馬宗毅，曾紹穩.基于PLC的液體混合加熱溫度控制系統設計[J].信息與電腦，2017，（12）：107-109.

[2] 王秀.基于PLC變頻控制的多液體混合控制系統設計[J].科技風，2018，（1）：140-140.

[3] 楊一曼.基于PLC的鋁液溫度模糊PID控制系統設計[J].岳陽職業技術學院學報，2018，（1）：82-85，93.

[4] 闞杰，李峰，郝竹銀，等.基于PLC的液體混合控制系統設計[J].科學技術創新，2016，（23）：155-155.

[5] 陳曉紅.基于PLC的集中熱水供應控制系統設計[J].內燃機與配件，2016，（9）：32-34.