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(guān)的系統(tǒng)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(xiàn)較高的穩(wěn)定性運行。

關(guān)鍵詞 混合液體;PLC ;溫度;控制

引言

隨著社會各個個業(yè)的發(fā)展，在化工、藥品、煉油等行業(yè)中混合液體成為重要的操作原料，在實際生產(chǎn)中起著十分重要的作用，通常在工廠生產(chǎn)中溫度是重要的參數(shù)，在各環(huán)節(jié)中需要嚴格控制溫度，為了應對這一問題研究學者已經(jīng)開發(fā)了數(shù)字控制電子軟件系統(tǒng)及PLC系統(tǒng)。

1PLC的混合液體溫度控制系統(tǒng)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(zhí)行一些邏輯，順序，計時等一些其他功能，通過一些數(shù)字輸入的方式來控制工業(yè)中機器的工作，相對于工業(yè)中其他電子設(shè)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(yè)上經(jīng)常使用，而且相對于其他系統(tǒng)而言，他在成品上也比較占有優(yōu)勢，在工業(yè)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(huán)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(yè)化中人們使用比較落后的系統(tǒng)一般都達不到滿意的結(jié)果[1]。

PLC它是一種屬于計算機技術(shù)中最為基礎(chǔ)的控制裝置，它屬于一種數(shù)字操作的電子系統(tǒng)，普遍廣泛用于工業(yè)中。在工業(yè)生產(chǎn)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(tǒng)中，是通過氣動和電氣的控制來實現(xiàn)這些功能，在當今工業(yè)中，PLC也就取代了以往的繼電器電路，從而實現(xiàn)邏輯控制和順序控制，不僅能夠單獨作用于部分設(shè)備，同時還可以運用于多機群控和流水線設(shè)備實現(xiàn)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(yè)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(yè)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(yè)環(huán)境過程控制以及計算機操作過程中能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛應用，我們可以將其作為核心，利用PID地能夠?qū)崿F(xiàn)恒溫和加熱控制。在實際生產(chǎn)中，采用閉環(huán)控制來實現(xiàn)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(tǒng)中實現(xiàn)了較廣的運用。

2系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 方案設(shè)計

在設(shè)計過程中按照工藝流程來進行軟硬件電路設(shè)計的。在具體涉及過程中需要遵循下列的設(shè)計標準：滿足液體混合條件及生產(chǎn)條件，使液體混合達到相關(guān)技術(shù)參數(shù)，保證生產(chǎn)系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)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(jīng)濟性的同時，需要合理選用新技術(shù)產(chǎn)品以保證控制過程實現(xiàn)自動化。利用PLC系統(tǒng)實現(xiàn)液體混合過程中需要考慮：①閥門開關(guān)的順序與時間間隔。②選擇攪拌時間。③加熱開始到結(jié)束的溫度。④混合過程如何實現(xiàn)自動循環(huán)。整個控制系統(tǒng)的設(shè)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(tǒng)都可以運用于開關(guān)量邏輯控制中，是采用計算機軟件方法來實現(xiàn)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(shè)計方法，因此在實際設(shè)計電路時存在較大的困難度，因此之后所設(shè)計的電路圖比較難于理解。Plc有大量的軟件實現(xiàn)繼電器的設(shè)計。繼電器在線路安裝完畢時才能調(diào)試，plc開關(guān)柜制作、現(xiàn)場施工與設(shè)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(yè)控制中，需要采用單片機技術(shù)實現(xiàn)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?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的可靠性運行。計算機控制是一種工控機，是基于計算機網(wǎng)絡基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，采用兼容性較強的硬件技術(shù)和總線結(jié)構(gòu)，這樣實現(xiàn)網(wǎng)絡一體化[2]。

在硬件的設(shè)計上，可編程控制系統(tǒng)具有多種應用功能，比如數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)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(shè)計，采用的是西門子自動化工控產(chǎn)品中的小型PLC，該產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計上比較簡便，而且性價比高，能夠勝任一些復雜的現(xiàn)場工作控制功能，尤其是在現(xiàn)場模擬量信號處理中，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，PID運算處理輸出，相對來說能夠獲得穩(wěn)定的信號控制，是一種良好的現(xiàn)場控制器。這種產(chǎn)品有四個中斷處理功能，能夠滿足任意使用情況，這些系統(tǒng)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(xiàn)準確設(shè)計，并對系統(tǒng)進行全面性分析，在程序設(shè)計過程中可以根據(jù)外部的I/O端分配進行程序準確設(shè)計。其次，確?？刂葡到y(tǒng)在運行過程中的穩(wěn)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(shù)指標以及環(huán)境運行要求?？偠灾瑢τ诳删幊炭刂破鱽碚f，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(tǒng)控制器，該控制器I/O端分配，具體情況如下表所示。

3系統(tǒng)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(xiàn)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(tài)下是處于打開狀態(tài)的。①初始狀態(tài)。當容器處于空閑狀態(tài)時關(guān)閉閥門關(guān)閉液位傳感器，同時還需要將攪拌器，加熱器進行開關(guān)關(guān)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(huán)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(xiàn)。針對液體灌裝設(shè)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(shè)備需要設(shè)置相應的控制按鈕開關(guān)，在清罐之前需要將系統(tǒng)處于停止運行狀態(tài)。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(guān)閉電磁閥，清灌完成之后需要按下開關(guān)復位鍵，斷開急停控制開關(guān)，重新啟動按鈕即可完成[3]。

在控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計所需要的內(nèi)部繼電器，實際上相當于中間狀態(tài)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(jù)內(nèi)部控控制，邏輯計算能夠運用計算中間結(jié)果來實現(xiàn)接通或者是斷開，這種功能是編程中間狀態(tài)換擋，劃傷，操作者輔助上給出的特殊用途。在本次設(shè)計之中，一些內(nèi)部繼電器的功能如下：包括系統(tǒng)啟動輔助繼電器，停止輔助繼電器，打開電池閥，關(guān)閉電磁閥的繼電器，啟動定時器的繼電器，系統(tǒng)循環(huán)運行控制的繼電器等多種繼電器類型。在本系統(tǒng)中，具體的設(shè)計流程如下：通過系統(tǒng)外部按鈕啟動之后，將接通系統(tǒng)啟動輔助繼電器，停止外部按鈕之后，接通系統(tǒng)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(tǒng)輔助繼電器接通后，需要將其處于運行位。根據(jù)外部啟動結(jié)果，系統(tǒng)進入運行狀態(tài)之后，根據(jù)設(shè)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?shù)谌齻€限位開關(guān)接受之后需要接通電磁閥將其這與Q0.3，并且復位Q0.2。當?shù)谒膫€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(tǒng)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(tài)，將接通第四個電磁閥，將繼電器置于Q0.4，當?shù)谝粋€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(tài)。

在上位機的設(shè)計中，組態(tài)王是一種便捷的上位機組態(tài)軟件，這種組態(tài)軟件的研發(fā)是根據(jù)計算機和自動化控制技術(shù)來研究的，在進行大量數(shù)據(jù)采集處理以及數(shù)據(jù)實時顯示，警報等多種控制上有其優(yōu)勢，同時這種組態(tài)軟件能夠代表管理層對基礎(chǔ)進行管理，能夠提高工作效率。

4PLC的PID控制實現(xiàn)

在實際運用中PID的使用最為廣泛和普遍，它經(jīng)常應用調(diào)節(jié)器控制規(guī)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(shè)定有效的增益值和積分時間等參數(shù)，當在人工進行操作的時候，就要根據(jù)反饋情況進行多次的調(diào)整，增加其工作量，得到的效果不理想。利用自動調(diào)節(jié)功能完成一些參數(shù)的自動設(shè)定，根據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況，獲得最佳的控制參數(shù)，在恒溫狀態(tài)下利用PID完成PLC的自動調(diào)節(jié)，完成之后需要將溫度控制在合理的范圍內(nèi)[4]。

5系統(tǒng)故障的概念及故障分析

在電子控制系統(tǒng)中，故障概率達到系統(tǒng)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(fā)生在傳感器等控制執(zhí)行器上及連接控制執(zhí)行器件的電纜方面。PLC在一定的時間可以正常運轉(zhuǎn)，設(shè)計和生產(chǎn)過程當中對可能出現(xiàn)的故障、損耗要有一定的認識，避免故障的再次發(fā)生，故障發(fā)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(tǒng)故障是指在整個系統(tǒng)中所有相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)來判斷出第二層故障，通過梯形圖來進行監(jiān)控，觸電顯示出現(xiàn)不同的顏色就代表著不同的狀態(tài)。通過故障分析第三層故障，內(nèi)部實際上是一個單片機系統(tǒng)，程序在發(fā)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(xiàn)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(tǒng)主要抗干擾措施

優(yōu)質(zhì)的電源，可以減少電網(wǎng)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(tǒng)進行供電，PLC系統(tǒng)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(xiàn)象，差模干擾以及隔離變壓器的相關(guān)參數(shù)增加問題，導致在運行過程中出現(xiàn)各種問題。因此可以采用現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)控制設(shè)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(shù)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(tài)零點，防止電位出現(xiàn)漂移?？梢栽O(shè)置軟件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)間接跳轉(zhuǎn)，以提升軟件系統(tǒng)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(tǒng)，能夠有效提高安全運行以及抗干擾能力，這也是PLC系統(tǒng)在抗干擾過程中需要高度重視的。

7結(jié)束語

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

參考文獻

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