基于PLC和组态王的调和油混合装置控制系统设计

王东伟, 梁 玮, 苗 苗, 张斌旺, 董生忠

(1. 沈阳师范大学 粮食学院, 沈阳 110034; 2. 沈阳师范大学 实验教学中心, 沈阳 110034)



基于PLC和组态王的调和油混合装置控制系统设计

王东伟1, 梁 玮1, 苗 苗1, 张斌旺1, 董生忠2

(1. 沈阳师范大学 粮食学院, 沈阳 110034; 2. 沈阳师范大学 实验教学中心, 沈阳 110034)

现代化的工业生产在对传统液体混合易于操作、安全生产的需求的基础上又提出了新的要求:控制精准、易于检测。这对现实生产中易燃易爆、有毒腐蚀性的工业原材料的混合调配加大了难度。针对这一问题,设计了一种基于PLC先进的模块化结构、系统组合灵活智能和组态软件自动仿真显示生产情况等特点的多种液体混合装置,排除了现实中的不安全因素,解决了传统液体混合比例不精准的问题,系统的运用远程控制技术,从真正意义上实现了生产的精准化、现代化、自动控制化、稳定化和可视化。系统采用的是Modicon Nera TSX 08CD 12F8A型PLC和组态控制技术。Nera PLC采用先进的模块化结构,系统组合灵活方便,具有可靠性强、抗干扰能力强、通用性强、高速度、高性能等特点。

PLC; 组态王; 调和油; 液体混合; 自动控制

0 引 言

在现代化工业生产中,2种及2种以上的液体混合是必不可少的工序。工业生产中对液体混合有着极高的要求,如比例精准、控制可靠、混合安全、易于操作等。但是现实生产中易燃易爆、有毒腐蚀性的工业原材料的存在对操作的安全性、监控性等都造成了不便的影响[1]。在食品工业中,脂肪、蛋白质及碳水化合物为食品3大营养素,油脂是脂肪的主要存在形式,其主要功能作用提供机体所需的能量以及提供人体所需的必须脂肪酸及促进脂溶性维生素的吸收等[2]。调和油是根据使用需要,一般将2种或2种以上成品植物油调配制成符合人体使用需要的油脂。一般选用大豆油、花生油、菜籽油、玉米油、葵花籽油等主要原料,还可配有小麦胚芽油、米糠油、油茶籽油等小宗油种。从营养角度看,调和油应根据有利于人体健康的原则,通过选择不同种类植物油,合理配比脂肪酸种类和含量。在此基础上再添加植物甾醇酯、添加 DHA、强化维生素 A来完成调和油所完成的营养均衡[3]。基于这种情况,有必要设计一套多种液体自动混合装置解决现实中的问题。

PLC先进的模块化结构、系统组合灵活智能的特点和组态软件自动仿真显示生产情况、便于控制等优点都是构成多种液体自动混合装置的重要因素。多种液体自动混合装置排除了现实中的不安全因素,解决了传统液体混合比例不精准的问题,系统运用远程控制技术,从真正意义上实现了生产的精准化、现代化、自动控制化、稳定化和可观化[4]。

1 设计原则

可编程程序控制器是以微处理器为核心,综合计算机技术、自动控制技术和通信技术在一起的新型工业自动控制装置。它采用先进的模块化结构,系统组合灵活方便,系统设计周期短。安装简便,调试方便,维护工作量小[5]。

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件,是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境下使用灵活的组态方式提供自动监控和数据管理。它界面友好,人机交互方便,操作方便,运行可靠,通信快速,功能强大,开发简洁,易于扩展。

本系统方案设计在保证系统的可靠性、操作性、安全性的提前下,做到人机交互界面友好。系统具有数据储存和分析汇总的能力。

2 设计方案

本设计先以2种液体混合控制为例,旨在将其按一定比例混合。将各种液体按照比例先后通入容器,使其经过搅拌机搅拌后的混合液体输出容器,并自动开始新的周期,从而形成循环状态。按一下停止按钮后,只有在当前混合操作处理完毕后,才停止操作(停留在初始状态)[6]。

3 设计分析

图1 液体混合装置控制示意图

如图1所示,初始状态时容器为空,各个电磁阀均呈OFF状态,液面传感器、搅拌机M也是关闭状态。当按下启动按钮时,液体A自动输入容器,当达到一定值时,原本为工作状态(ON)的电磁阀YV1会呈断开状态(OFF),则液体A停止进入,同时控制液体B的电磁阀YV2会呈工作状态(ON),液体B开始进入容器,当液面上升到某一设定值时,电磁阀YV2自动感应并呈断开状态(OFF),此时液体B停止进入。与此同时,控制液体C的电磁阀YV3开始工作,液体C开始进入,当其达到设定值时,电磁阀YV3断开从而阻止液体C进入容器……以此类推,当最后一种液体进入并达到最终的液面传感器的高度时,控制其液体的电磁阀呈OFF状态,同时液面传感器会感应液体的进入完毕并开启搅拌机M,使其开始搅拌,搅拌一定时间后搅拌机M会自动停止,呈OFF状态,同时控制混合溶液输出的电磁阀YV0呈ON,开始输入混合溶液,当液面下降至低液面传感器L时(L由ON至OFF)再过设定时间5 s即可将容器内的溶液放空,是电磁阀YV0呈OFF状态,此时即完成一个混合搅拌的工作周期。系统并会自动开始新的工作周期,彻底达到自动化、连续化、可靠化[7]。

4 PLC及系统的PLC控制设计

传统的液体混合控制方法是采用继电器和接触器搭配控制,然而这种控制方式使用大量的硬件接线,控制系统较为复杂,不仅使系统的可靠性降低,还降低设备的工作效率。在现代工业生产中可以使用可编程程序控制器解决这一问题,可编程程序控制器是以微处理器为核心,综合计算机技术、自动控制技术和通信技术在一起的新型工业自动控制装置,不仅能实现对开关量信号的逻辑控制,还可以实现与工业电脑等智能设备之间的通信交流。同时由于可编程程序控制器相对继电器控制系统设计周期短,易于更改,接线简单,成本低,同时其系统通用性强,为实现液体自动混合控制提供了强有力的工具[8]。

在本次设计控制系统中,选用Modicon Neza TSX 08CD 12F8A型PLC(20点I/O)。PLC一般由6个部分组成,包括CPU(中央处理器)、存储器、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。

4.1 输入和输出设备及I/O点分配

输入和输出设备及I/O点分配如表1所示。

表1 输出、输入设备及I/O分配表

4.2 PLC部分程序梯形图

PLC部分程序梯形图如图2所示。

图2 PLC部分程序梯形图

5 组态技术及系统组态监控设计

液体自动混合装置控制系统的系统硬件主要包括容器、液面传感器、电磁阀、搅拌电机、Neza TSX 08CD 12F8A型PLC、电源和计算机组成。

5.1 组态技术及系统

一般来说,建立一个新的组态王应用程序包括以下几个步骤:启动组态王工程管理器,新建工程项目。输入项目所在目录,输入工程名称和工程描述。双击新建立的工程项目,则进入组态王工程模式。进行设备配置。外部设备是那些需要与组态王交换数据的设备,或程序。外部设备一般是指下位机,包括PLC、仪表、板卡等。这些下位机一般通过输入输出口和上位机交换数据。只有在定义了外部设备后,组态王才能通过I/O变量和下位机交流数据。构造数据库。数据库是组态王最核心的部分。实际生产状况都以动态画面的形式显示在电脑屏幕上,操作者在上位机进行的设置和操作可以直接作用于生产,监控和操作的实现都是以数据库为基础,所以说数据库是联系上位机和下位机的纽带。启动画面开发系统。包括新建画面和使用图形工具箱2个部分。在工程浏览器中左侧的树形视图中选择“画面”,在右侧视图中双击“新建”,完成画面的建立。在已建立的画面开发系统中,使用图形工具箱按照要求进行画面开发。定义动画链接。根据系统设定要求,对画面开发系统中部分图形进行动作设置。运行与调试。启动组态王运行系统,通过对画面的观察和操作验证设计是否正确与完善[9-12]。

5.2 系统程序编制[13-15]

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图3 系统运行示意图

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5.3 系统的运行与调试

启动上位机.将“液体混合装置控制系统”PLC程序下载入PLC中,启动组态王,加载“液体混合装置控制系统”,按“运行”进入组态王进入监控画面,如图3所示。

6 结 语

基于PLC和组态王的液体混合装置控制系统设计充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点,采用标准化、模块化、系统化设计,配置灵活、组态方便,从真正意义上实现了生产的精准化、现代化、自动控制化、稳定化和可观化,使得工业需求与安全生产、精准操作达到高度统一。

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Design of blend oil mixing device control system based on PLC and kingview

WANGDongwei1,LIANGWei1,MIAOMiao1,ZHANGBinwang1,DONGShengzhong2

(1. College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China;2. Experiment Centre, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

Besides the demand of the easy operation of traditional fluid mixing and the safety in production, Modern industrial production had new requirements: accurate control and easily detected. It has increased the difficulty of mixing the explosive and toxic industrial raw materials in the real production. To solve this problem, this paper designed a multi liquid mixing device based on PLC advanced modular structure, flexible and intelligent system combination and a configuration software that could automatically and simulately show the production situation. It excluded the unsafe factors in reality, solved the problem of inaccurate traditional liquid mixing,used remote control technology systematically and so that the precision, modern, automatic control, stabilization and visualization truly realized. This system used Nera TSX 08CD 12F8A PLC and configuration control technology. PLC Nera adopts the advanced modular structure, the flexible and convenient system combination, and with the features of high reliability, strong anti-interference ability, high universality, high speed, high performance and so on.

PLC; kingview; blended oil; liquid mixing; automatic control

2015-04-26。

辽宁省教育厅高等学校科学研究一般项目(L2010521)。

王东伟(1965-),女,辽宁昌图人,沈阳师范大学副教授,硕士。

1673-5862(2015)03-0377-05

TS225.1

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2015.03.013