浅析多种液体混合加热过程的PLC控制

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　　摘 要 在本次研究中我们针对液体混合加热温度进行相关的系统介绍，进一步能够提高液体混合加热控制要求。同时我们利用三菱PLC作为控制核心，将其运用到加热温度控制中，以达到良好的控制效果，并达到合格的温度要求、实现较高的稳定性运行。
　　关键词 混合液体;PLC ;温度;控制
　　引言
　　随着社会各个个业的发展，在化工、药品、炼油等行业中混合液体成为重要的操作原料，在实际生产中起着十分重要的作用，通常在工厂生产中温度是重要的参数，在各环节中需要严格控制温度，为了应对这一问题研究学者已经开发了数字控制电子软件系统及PLC系统。
　　1 PLC的混合液体温度控制系统的功能及特点
　　PLC的用途是使用了可编程序存储器来方便执行一些逻辑，顺序，计时等一些其他功能，通过一些数字输入的方式来控制工业中机器的工作，相对于工业中其他电子设备中，PLC它的好处是可靠性比较高，抗干扰能力比较强，而且编程也简单方便，也方便工作人员使用和控制，而且PLC不仅在工业上经常使用，而且相对于其他系统而言，他在成品上也比较占有优势，在工业用个人计算机中，也就是工控机，它的好处是可用性能好，软件丰富多样化，价格也比较低。而工控机它的好处是能够适应多种不同的环境，具有抗震动能力抵抗高温能力和防灰尘等一些好处。在过去的工业化中人们使用比较落后的系统一般都达不到满意的结果[1]。
　　PLC它是一种属于计算机技术中最为基础的控制装置，它属于一种数字操作的电子系统，普遍广泛用于工业中。在工业生产过程中，PLC大多采用的是逻辑顺序进行保护，常用于一些系统中，是通过气动和电气的控制来实现这些功能，在当今工业中，PLC也就取代了以往的继电器电路，从而实现逻辑控制和顺序控制，不仅能够单独作用于部分设备，同时还可以运用于多机群控和流水线设备实现集中化控制。我们生活中最普遍应用于印刷机和订书机，磨床，包装等，在工业化中PLC它应用于钢铁，石油化工场，电力方面，交通工具和文化传媒等一些行业中。
　　PLC具备计算机，通信，控制等多种功能，是一种自动化的高级装置，可靠性较强，而且占地面积较小，操作编程比较简便，在一些工业环境过程控制以及计算机操作过程中能够实现广泛应用，我们可以将其作为核心，利用PID地能够实现恒温和加热控制。在实际生产中，采用闭环控制来实现温度和压力的有效控制，PID是一种常见的控制方法，具有较高的可靠性和简便算法，在模拟量控制器和计算机系统中实现了较广的运用。
　　2 系统总体设计
　　2.1 方案设计
　　在设计过程中按照工艺流程来进行软硬件电路设计的。在具体涉及过程中需要遵循下列的设计标准：满足液体混合条件及生产条件，使液体混合达到相关技术参数，保证生产系统安全、可靠、稳定运行要求，同时能够做到降低成本的目的。在满足实用性、经济性的同时，需要合理选用新技术产品以保证控制过程实现自动化。利用PLC系统实现液体混合过程中需要考虑：①阀门开关的顺序与时间间隔。②选择搅拌时间。③加热开始到结束的温度。④混合过程如何实现自动循环。整个控制系统的设计要从这四个方面进行考虑。?
　　2.2 控制方案
　　PLC与继电器的控制系统都可以运用于开关量逻辑控制中，是采用计算机软件方法来实现控制的，相比于继电器来说，PIC的控制功能較强，而前者可靠性差，在一些控制功能线路中灵活性较差，功能比较单一。目前还没有通用的电路设计方法，因此在实际设计电路时存在较大的困难度，因此之后所设计的电路图比较难于理解。Plc有大量的软件实现继电器的设计。继电器在线路安装完毕时才能调试，plc开关柜制作、现场施工与设计可以同时进行，在修改时更加方便。单片机控制可以将存储器、通信接口等融合在一个芯片，售价便宜功能强，响应速度快。在工业控制中，需要采用单片机技术实现软件硬件控制，同时作为软件来说还需要做好抗干扰的防护，进而能够实现系统的可靠性运行。计算机控制是一种工控机，是基于计算机网络基础上发展而来的，采用兼容性较强的硬件技术和总线结构，这样实现网络一体化[2]。
　　在硬件的设计上，可编程控制系统具有多种应用功能，比如数据处理，数据计算，PLD控制，逻辑控制等多种功能，在本次研究中，我们通过其逻辑控制功能进行设计，采用的是西门子自动化工控产品中的小型PLC，该产品在结构设计上比较简便，而且性价比高，能够胜任一些复杂的现场工作控制功能，尤其是在现场模拟量信号处理中，可以实现数据的转换，PID运算处理输出，相对来说能够获得稳定的信号控制，是一种良好的现场控制器。这种产品有四个中断处理功能，能够满足任意使用情况，这些系统中断处理对于可编程控制器的外部I/O端机及分配时主要存在以下目的：首先通过外部的I/O端分配可以实现准确设计，并对系统进行全面性分析，在程序设计过程中可以根据外部的I/O端分配进行程序准确设计。其次，确保控制系统在运行过程中的稳定性和可靠性，操作总体来说比较简便，能够考虑防止错误操作的相应解决措施，最后能够满足PLC技术指标以及环境运行要求。总而言之，对于可编程控制器来说，在进行I/O端分配时是十分重要的，可以选择S7-200系列PLC作为系统控制器，该控制器I/O端分配，具体情况如下表所示。
　　3 系统简介及控制要求
　　混合液体是通过将部分液体注入搅拌以及加热到一定程度实现自动化混合的目的，其中液位传感器L1、L2、L3，电磁阀Y1、Y2、Y3、Y4，在通电状态下是处于打开状态的。①初始状态。当容器处于空闲状态时关闭阀门关闭液位传感器，同时还需要将搅拌器，加热器进行开关关闭，在混合过程中启动过程时需要开启Y1，将液体注入容器中，当高度达到L3时需要停止加入液体，开启Y2电磁阀，再注入另一种液体，当液面达到L2时，停止加入开启Y3，当液面达到L1时停止加入液体，依次进行，开启搅拌器，完成十秒钟搅拌工作之后，停止搅拌。之后需要开启加热器完成液体加热工作，当温度达到指定值时需要停止加热，开启Y3电磁阀放出液体，当液面降低到L3时需要停止几秒钟时间用于液体的防控，进而完成下一周期的循环操作，按下停止按钮之后，需要完成当前所处的操作，运行才能够正式停止。②清罐控制的实现。针对液体灌装设备，需要考虑容器的清洗以及液体是否存在误差。因此，这些设备需要设置相应的控制按钮开关，在清罐之前需要将系统处于停止运行状态。按下按钮之后，首先需要复位清零，再接电磁阀Y4，当液面降低之后，延迟几秒钟时间完成清灌操作，并自动关闭电磁阀，清灌完成之后需要按下开关复位键，断开急停控制开关，重新启动按钮即可完成[3]。 　　在控制系统设计过程中，根据系统的总体设计所需要的内部继电器，实际上相当于中间状态的继电器，在程序中可以进行多次使用。中间继电器连接根据内部控控制，逻辑计算能够运用计算中间结果来实现接通或者是断开，这种功能是编程中间状态换挡，划伤，操作者辅助上给出的特殊用途。在本次设计之中，一些内部继电器的功能如下：包括系统启动辅助继电器，停止辅助继电器，打开电池阀，关闭电磁阀的继电器，启动定时器的继电器，系统循环运行控制的继电器等多种继电器类型。在本系统中，具体的设计流程如下：通过系统外部按钮启动之后，将接通系统启动辅助继电器，停止外部按钮之后，接通系统停止辅助继电器，启动继电器接触器。接通之后需要将停止辅助继电器复位，而当系统辅助继电器接通后，需要将其处于运行位。根据外部启动结果，系统进入运行状态之后，根据设计要求需要对外部启动进入这些Q0.1之后，将中间继电器接通，并将其至位于Q0.2，并且对Q0.1进行复位，当第三个限位开关接受之后需要接通电磁阀将其这与Q0.3，并且复位Q0.2。当第四个限位信号接收之后需要接通第四个相应的电磁阀继电器，将其进行Q0.4复位。同时可以启动电动机Q0.0，并且延长一分钟，当系统时间继电器延长时间达到时时，继电器的触点将会处于复位状态，将接通第四个电磁阀，将继电器置于Q0.4，当第一个限位信号输入之后启动定时器延长20秒之后，处于复活状态。
　　在上位机的设计中，组态王是一种便捷的上位机组态软件，这种组态软件的研发是根据计算机和自动化控制技术来研究的，在进行大量数据采集处理以及数据实时显示，警报等多种控制上有其优势，同时这种组态软件能够代表管理层对基础进行管理，能够提高工作效率。
　　4 PLC的PID控制实现
　　在实际运用中PID的使用最为广泛和普遍，它经常应用调节器控制规律，PID控制器的好处是可以利用它比例，积分和微分分别计算出一定的控制量并进行控制。当加热到一定程度之后，需要将其放入恒温器中完成恒温操作，可以利用PID进行控制，设定有效的增益值和积分时间等参数，当在人工进行操作的时候，就要根据反馈情况进行多次的调整，增加其工作量，得到的效果不理想。利用自动调节功能完成一些参数的自动设定，根据系统的实际运行情况，获得最佳的控制参数，在恒温状态下利用PID完成PLC的自动调节，完成之后需要将温度控制在合理的范围内[4]。
　　5 系统故障的概念及故障分析
　　在电子控制系统中，故障概率达到系统故障的5%，其中CPU故障约占30%，而输出输入功率故障占比70%。95%则发生在传感器等控制执行器上及连接控制执行器件的电缆方面。PLC在一定的时间可以正常运转，设计和生产过程当中对可能出现的故障、损耗要有一定的认识，避免故障的再次发生，故障发生之时我们需要及时有效地判断出故障并且及时进行维修。系统故障是指在整个系统中所有相关设备出现的故障总和。利用plc输出指示灯判断出第一层故障，是一个最为有效直观的检查手段。利用上位监控系统来判断出第二层故障，通过梯形图来进行监控，触电显示出现不同的颜色就代表着不同的状态。通过故障分析第三层故障，内部实际上是一个单片机系统，程序在发生错误的时候也就需要重新输入备份程序，在不正常的时候，我们可以编一个简单的实验程序来单独进行运行，分路有故障的时候，则故障可能在编码控制单元，我们就要仔细认真的检查电路元器件，在一定必要的时候可以进行更换。PLC出现故障的时候，则要定位故障点，有效借助测试的工具、紧密的逻辑来推理分析并且排除故障[5]。
　　6 PLC系统主要抗干扰措施
　　优质的电源，可以减少电网引入的干扰。我们需要采用抗干扰性能较好地电源来为系统进行供电，PLC系统以及变送器的供电电源需要利用电气连接仪表来进行供电。然而目前存在抗干扰性能较差，电源耦合现象，差模干扰以及隔离变压器的相关参数增加问题，导致在运行过程中出现各种问题。因此可以采用现实不间断电源完成抗干擾隔离性能较强的电源供电，减少动力电缆之间的干扰，采用不同电缆进行电源的传送，按照传输信号对信号进行分类分层，针对同一电缆不同导线进行电源和信号传送时，需要明令禁止，以减少动力电缆和信号线之间的间距，避免出现彼此的干扰。从一定程度上来看我们是无法完全消除干扰的，因此，在PLC软件系统控制设计时，需要进一步针对软件抗干扰性能进行分析研究，可以采用以下措施：比如在采样时可以采用数字滤波和工频振性的方法，消除周期性的干扰，对点电位进行校准，利用动态零点，防止电位出现漂移。可以设置软件结构实现间接跳转，以提升软件系统的可靠性。在计算机接入信号线之前，需要与地线进行并接以减少两者的干扰。在信号两端还需要增加滤波器，减少差模干扰问题，进一步完善接地系统，能够有效提高安全运行以及抗干扰能力，这也是PLC系统在抗干扰过程中需要高度重视的。
　　7 结束语
　　在本次研究中，我们根据液体混合加热温度从而来控制系统，以此来达到精密度比较高和稳定性好，使其得到更好的操作，并且更方便和快捷。
　　参考文献
　　[1] 马宗毅，曾绍稳.基于PLC的液体混合加热温度控制系统设计[J].信息与电脑，2017，（12）：107-109.
　　[2] 王秀.基于PLC变频控制的多液体混合控制系统设计[J].科技风，2018，（1）：140-140.
　　[3] 杨一曼.基于PLC的铝液温度模糊PID控制系统设计[J].岳阳职业技术学院学报，2018，（1）：82-85，93.
　　[4] 阚杰，李峰，郝竹银，等.基于PLC的液体混合控制系统设计[J].科学技术创新，2016，（23）：155-155.
　　[5] 陈晓红.基于PLC的集中热水供应控制系统设计[J].内燃机与配件，2016，（9）：32-34.
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