基于PLC自动配液系统的设计与应用

郭宇超

摘 要 进入二十一世纪以来，随着高校教育事业的不断发展，越来越多的工科院校建立了PLC实验室。我校教师与时俱进，基于PLC课程设计了一款自动配液系统的实训装置用于教学，提高PLC课程的教学质量。

【关键词】PLC自动配液系统 设计

近几年，PLC逐渐出现于工业生产、医疗和电气工程等多种行业中，因此，我校为了学生的发展需要开设了基于PLC自动配液系统的实训装置的设计与应用项目，得到了全校师生的大力支持。

1 选择开展此项目的意义

随着计算机、微处理器和通信技术的成熟化发展，可编程序控制器PLC已在工业中得到广泛的使用，越来越多的工业生产中已经将PLC运用于工业配液和搅拌生产中，并且配液比例的准确度和搅拌效率越来越高。PLC主要是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，它主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置构成，操作简单，PLC是在继电器和计算机的基础上研发的可编程控制器。世界上第一台PLC是1969年由美国数字设备公司研制的。PLC具有高可靠性、模块化结构、编程简单、安装简单、维修方便等特点。

随着高校课程的多样性，可编程控制器成为高校中一门实践性很强的理工类专业课程，尤其是将来从事机电一体化工作的专业学生，掌握简单的生产过程所需的的PLC控制系统的编程能力至关重要。但是，由于条件的局限性，课时或实验设备的限制，学生在学完课程后依然无法掌握PLC的使用，在高校中，普遍存在着PLC的教学与实际工业控制进程脱节的现象，很多高校偏重于单机编程练习的实训，使学生在毕业后难以满足社会工业控制对操作型人才的需求。我们学校也存在此类问题。针对这些问题，学校开设了一系列PLC实训课程，PLC自动配液系统就是其中一项，用来提升学生的实践操作和动手能力，以培养满足社会需求的人才。此实训装置采用开放式结构，学生在实验过程中需要自己接线组装、设计程序来控制系统，这套装置还可以促进以PLC为核心的机电类课程教学方法、教学内容和评价方式的革新。

2 自动配液系统的实训装置

在课题伊始，我们对多所高校的PLC实训课程教学情况和实验设备进行了深入调查，在此项工作的基础上确定了实训内容和设计架构。

2.1 结构方案

在预定方案中，我们预将自动配液实训装置设计成高度大约为1.2米的落地式独立装置，易于装置在各个实验室移动。我们将用3个可视缸体，用透明材料作为进料、排料设备，电磁阀和搅拌机电机用24VDC的即可带动系统运作。关于液体开关我们预采用投入式浮球，不用开孔，这样利于学生观察实验的变化。为了避免搅拌器传动杆晃动影响操作，我们预在安装搅拌器传动杆时在内壁加入支撑；根据实验需要，配液缸的出水口距离地面的高度要大于300mm，便于接水；其次，1#、2#原液缸的容积与出液管口经匹配，保证阀门开启出液时间不少于40s，保障流程二次循环以上，以此保障装置的使用寿命。最后，选择适当位置安装接线板，将电磁阀、滴液位开关、电机接线引至板上，再在接线板上安装搅拌器电机启停继电器。

2.2 系统组成

以PLC为基础的自动配液系统主要由进料部分、称量部分、排料设备、配料控制系统和较称系统组成。在设计之前，我们走访过多家工厂，做过大量相关调查，此系统部分是在实地考察的基础上设计的，所以在此系统与社会工厂中的自动配液系统相似，它具有按设定好的配方对液体物料进行称重混合并且可以对作业过程进行实时监控的功能。其系统中进料部分的装置执行从源液缸向配液缸添加原料的流程。根据物料的物理性质，双速电磁阀、螺旋给料机或电磁振动给料机设备都可以作为进料装置。我们根据成本和学校的实际情况，选择电磁振动给料机设备作为进料装置。称量部分由称量斗、传感器、接线盒、表和标准连接件组成，称量部分主要用来物料的称量和误差检测。其排料设备由螺旋给料机、电磁振动给料机和电动阀和排空阀共同构成。配料控制装置是整个系统的关键部分，它主要由称量仪表、PLC、工控机和其他控制器件组成。较称部分主要是定期调校系统的传感器，负责保证系统各传感器的精度。

2.3 装置控制方案

首先是第一种液体的注入，如图1所示，当PLC接通电源后，在触摸屏上按下启动按钮，电磁阀1#接通并开始计时，液体A开始注入，待设定比例时间到，电磁阀1#关闭，同时打开电磁阀2#。

其次是第二种液体的注入，电磁阀2#打开，液体B开始流入，同时启动搅拌电机旋转，待设定比例时间到后，电磁阀2#关闭，同时搅拌器电机停止，电磁阀3#打开进行排料，液位开关传感器检测液位是否达到其设定值，直到液位达到设定量，然后关闭电磁阀3#，系统继续下一循环，再重复上述步骤依次注入新的液体。

此项设计项目的关键点即难点在于机械设计与电器控制系统、PLC梯形图、组态控制系统和系统的安装与调试运行构成。

3 小结

PLC自动配液系统能够自动、精确、快捷、可靠的实现按配方配置所需液体，可以为学生提供更多实际操作的机会，有利于响应学校“开放式、应用型和职业型”人才的培养模式。此套装置设计方案是着眼于自动化技术、PLC技术以及智能工厂技术的发展趋势开展的方案，由此而設计的自动配液系统装置有利于学生将来更好的适应工作岗位，满足社会发展需求。

参考文献

[1]厉振宇.自动配液机及控制系统设计[D].天津工业大学，2006.

[2]袁继成.乳化液自动配比系统设计与优化[D].太原理工大学，2017.

作者单位

黑龙江东方学院 黑龙江省哈尔滨市 150066