基于PLC的液体原料自动配比系统设计

陈博涵 陈金秋 郁晨阳

摘要：本文基于PLC控制系统，阐述了液体原料自动配比系统的设计要求，根据液体原料混合工艺和PLC技术要求，确定液体原料自动配比系统方案、配比系统计量方式以及选择、安装体积流量计，实现PLC液体原料自动配比系统的稳定运行。

关键词：PLC;液体原料;自动配比;系统设计

0引言

在食品、化工以及制药等加工行业，液体原料混合是加工企业常规的工艺流程。在多种液体原料混合过程中，为避免生产残次品，节约生产原料，需要严格控制液體原料的温度、流量、压力等技术参数，因此生产过程中对混合液体原料的要求较高。根据液体原料的实际特点，基于PLC控制系统构建一个高效的闭环控制系统，实现液体原料混合及监控的自动化，达到液体原料配比系统的自动化[1]。

1液体原料自动配比系统的设计要求

液体原料自动配比系统的设计应满足生产过程对液体原料自动配比的工艺要求，按加工企业生产配方控制液体原料自动配比过程。为了提高企业生产产品质量和生产效率，保证企业的经济效益，需要系统具备精良的生产工艺、较高的控制精度及稳定可靠的控制系统。

1.1 生产工艺及技术要求

根据客户和产品配方要求，提升液体原料配比精度，实现按配方自动混合各种液体原料。该系统需要严格控制液体原料体积的准确度，生产工艺偏差应≤3‰，精良的生产工艺，以实现系统的稳定性和可靠性;同时操作界面简单美观易于操作，保证生产过程中的自动化要求，发现故障时系统可立即发出警报，便于及时处理并排除故障。液体原料自动配比系统需要构建合理的工艺流程、方便操作同时有效降低生产成本[2]。

1.2液体原料自动配比系统设计方案

液体原料自动配比系统设计的重要内容是系统方案的选择和规划，尤其要保证设计方案的可靠性。该系统基于PLC控制技术实现液体原料的自动配比，可满足多样性的网络、设备和生产工位的连接需求[3]。

液体原料自动配比系统设计方案的控制策略要求网络连接速度较高。PLC通过现场总线加入，降低系统施工总量。PLC液体原料自动配比系统投入成本较低，在方案设计上如果选择PPI沟通协议，那它的通讯速率较低，而且交换讯息数量相对较小。根据产品生产的实际要求，综合考虑生产过程的关键控制点和成本因素，本系统采用PLC组网方案效果更好。本系统采用触摸屏一体机，通过PLC和相应的扩展模块进行自动化控制（如图1所示），现场和控制室的位置设计合理，且通讯速率较高，系统控制精度可以满足生产过程的液体原料配比自动化控制要求。

2液体原料自动配比系统计量方式

2.1 液体原料自动配比系统计量方式的选择

液体原料自动配比系统计量方式的选择是在系统设计过程中十分关键，如果选择的计量方式不合理将会影响整个系统的应用效果。不间断的计量方式主要分为动态方式和静态方式两种。当生产过程中对连续性要求较高，且中间不允许停止配料时，采用动态计量方式;当无连续性要求、可以间隔一段时间的生产场合或者对生产持续性没有提出明确要求时，可采用静态方式。目前产品计量途径分成两种，依据产品体积或者依照产品重量，液体计量方式通常采用体积方式，系统计量方式为液体原料的体积。

体积流量计信号的输出和体积流量计管路中的液体平均流速相关，通过输出信号检测、监控液体原料的物理量。液体原料自动配比系统转化途径采用最常见的电阻应变片式。当电阻值发生变化时，弹性元件上的应变片发生相应变形，以更改电阻值。根据系统监测的电路、电阻值变化，输出比例对应的电压信号。系统液体计量方式以液体体积为基础，PLC液体原料自动配比系统采用体积配比法，即液体原料自动配比按体积配比，通过监测液体原料通过计量传感器的体积进行液体原料配比控制，完成自动配比任务。系统采用该计量方法可显著提高液体原料配比的准确度，可以满足生产需求。综上所述，在此案例中采用静态方式体积计量的配比方法。

2.2体积流量计的选型和安装

体积流量计的类型应根据液体原料的性能、生产条件、产品价格等因素综合考虑选型。经过调查实践，在系统的流量计采用体积式的LCB型椭圆齿轮流量计，其低价位高精确度的特性在生产中广泛应用。在该流量计里面增设1个霍尔元件，利用流量计里面的5个小磁铁接收霍尔元件发出脉冲信号，PLC接收到磁铁输出的霍尔元件脉冲信号，完成液体原料体积精确测量的任务。但当温度发生变化时，液体原料的密度值也会发生变化，影响质量计量，因此系统需要在一定的温度下进行工作。在液体原料进入搅拌罐前，应设计一个保持恒定温度的小型罐解决温度的影响。当温度变化时体积变化微小的液体原料，不必设计恒温设备。

3结语

基于PLC的液体原料自动配比系统的设计方案稳定可靠，可以满足自动配料和生产目的。该系统通过PLC技术控制、操作液体原料自动配比系统，采用静态方式、体积计量的配比方法，根据液体原料配方设计自动化配料操作系统。实验证明基于PLC的液体原料自动配比系统运行安全，具有较高的应用价值，值得在生产领域推广。

参考文献

[1]赵龙琦.液体原料自动配比控制系统研究[D].河北科技大学，2018.

[2]李嘉佳.配料车间自控系统的研究与应用[D].河北科技大学，2011.

[3]阴红梅.配料过程中自控系统的设计[D].河北科技大学，2013.