Design of Liquid Mixing Uniformity Measurement and Control System
张柏强 ZHANG Bai-qiang；张云硕 ZHANG Yun-shuo；贺丽平 HE Li-ping
（南京科技职业学院，南京 210048）
（Nanjing Polytechnic Institute，Nanjing 210048，China）
摘要：本系统采用PLC综合技术实现对液体的均匀度测控，用定量罐完成定比配送，用主从电机对液体进行搅拌，通过高低液位电导率传感器测量的数值来反映液体的混合均匀度，取其测量数值的平均数与设定数比较，将结果送给2DA模块，进行V/F控制实现变频器对搅拌电机的调速控制，即均匀度越高电机转速就越低，并通过实际装置的检验达到高效、节能与智能化的搅拌效果。
Abstract: The system adopts PLC comprehensive technology to realize the measurement and control of the uniformity of the liquid, completes the fixed ratio distribution with the quantitative tank, stirs the liquid with the master-slave motor, and reflects the mixing uniformity of the liquid by the value measured by the high and low liquid level conductivity sensor. The average of the measured values is compared with the set number, and the result is sent to the 2DA module, and the V/F control is performed to realize the speed control of the frequency converter to the stirring motor, that is, the higher the uniformity, the lower the motor speed, and the actual device is passed. The inspection achieves efficient, energy-saving and intelligent mixing.
关键词：搅拌；均匀度；电导率
Key words: stirring；uniformity；conductivity
中图分类号：TM621.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）25-0267-02
0 引言
随着现代工业技术的快速发展，人们对所需液体进行定量配比与混合的均匀度质量控制要求也在不断提高，特别在炼油、化工、制药等行业中，相应液体混合是必不可少的工序，也是其生产过程中十分重要的组成部分[1]。通常人工操作或一般的自动化操作主要存在效率低、浪费量大、误差高、混合质量不稳定等因素，很难达到对液体定量混合高均匀度的控制要求，特别是一些高危生产现场，也不适合进行人工操作[2]，因此本系统设计主要采用PLC综合技术，从完成自动定量配送与搅拌均匀度检测以及搅拌机速度自动控制等三个方面，来解决目前液体搅拌中存在的主要问题，最终达到对液体搅拌的连续稳定可控性的作业，提高生产效率，实现全自动化、智能化的控制效果。
1 系统整体设计
1.1 系统功能
该测控系统能够将相应的液体进行定量混合并快速搅拌均匀，并能完成单周期或连续循环作业[3]，本系统主要对水的电导率均匀度进行测试分析，即将一定浓度的盐水定量送入测试容器中，与里面的纯水进行混合搅拌，同时对其混合搅拌的均匀度进行测试。搅拌主从电动机随着各液位点均匀度不断的趋于相等时，而不断降低搅拌速度，当搅拌均匀后，主电动机停止，从电动机则转为间歇低速转动，从而保持搅拌后的均匀度值不变，当达到输出条件后，则自动排出均匀度合格的液体，然后进入下一个工作流程。
1.2 系统组成
本系统主要有控制器件与执行器件两部分组成。控制器件主要由PLC、2AD\2DA模块、触摸屏、变频器、步进电机驱动器、电导率传感器、液位传感器和其它相关电气元件等组成，执行器件主要由一个搅拌主电机、三个搅拌从步进电机、四个进水阀组成，基本组成如图1所示。
图中ST1，ST2为电导率传感器与其安装位置；ST3为定量器中的上限位传感器；ST4为测试容器中液体压力传感器；4，5，6为搅拌从步进电机及其连接的搅拌片；7为搅拌主电机及其连接的搅拌桨；YV1、YV2、YV3、YV4为相应的进出水电磁阀。
1.3 测控要求
本装置未运行时，容器为空，各进电磁阀关闭，主从电动机不转动，传感器不发出信号[4]。
①进纯水，按下启动按钮SB1，电磁阀YV1开启，纯水进入测试容器内，当水的重量达到ST4压力传感器的设定值时，电磁阀YV1关闭，停止进水。
②进盐水，按下启动按钮SB1，电磁阀YV3开启，将一定浓度的盐水排入定量器中，盐水到达ST3上限位传感器的设定值时，电磁阀YV3关闭，停止进盐水。
③配比混合，当纯水和盐水的排放量都分别达到设定值后，电磁阀YV2开启，将定量器的盐水排入纯水中，进行配比混合，排完后电磁阀YV2关闭。
④搅拌，当YV2关闭后，搅拌主电机在变频器的控制下先以25Hz的速度旋转，步进电机的搅拌片则进行中速的正反转。随着搅拌的均匀度不断提高，纯水的电导率差值不断减小，搅拌主电机的转速随之降低，步进电机的搅拌片则进行低速正转，当搅拌均匀后，电导率平均值达到设定值时，则搅拌主电机停止转动，步进电机低速间隙转动。
⑤出水，当纯水与盐水混合的均匀度符合要求后，电磁阀YV4开启，排出混合液体，排完后电磁阀YV4关闭，然后重新开始进纯水和盐水，进入下一个循环作业。
⑥停止，按下停止按钮SB2后，需等本轮配比搅拌结束后，才能停止。
2 系统测控
2.1 I/O设定
根据系统的组成选取FX3U系列的PLC和相关组件，通过对系统要求的分析，可知该控制系统中需有6个输入端口，6个输出端口，具体分配内容见表1所示。
2.2 系统测试
本系统设定的测试电导率数值为4000，测试过程主要使用电导率传感器来完成，即将该传感器采集的模拟量信号送给2AD模块，其被转换成的数字量可在运行程序中直接体现，纯水电导率数值体现如图2所示。为了体现两个不同层面电导率传感器的数值和设定数值以及设定数值，将运行结果在触摸屏上直观显示，相关数值如图3所示，图中平均数值与设定数值差越大表示液体的成分越不均匀，数值差越小表示液体的成分越均匀。
2.3 测控效果
本系统的测控效果主要通过V/F来体现，即PLC在运行控制程序时读取2AD模块中的数据，再将平均数与设定数的差值送给2DA模块，该模块主要将接受的数值转换成0-10V或0-20mA的电信号输出给变频器。数差值越大输出的电信号就越大，变频器输出的频率就越高，电动机的转速就越快，本测控数值与频率输出如图4所示，图中数值差最大时，搅拌主电机按照设定的最高频率24.89Hz的速度旋转，随着数值差的不断减少，搅拌主电机的运行频率在不断的下降，最后为0Hz。当平均值接近于设定值或数值差在100范围内时，表示液体混合搅拌的均匀度已非常高，已达到设定的要求，此时搅拌主电机停止转动，而步进电动机则进行间歇性的低速转动，保持此时液体的均匀度不降低。
3 结语
本文以两种不同成分的液体混合为例，采用PLC综合技术对液体的均匀度进行了有效测试与控制，提出了混合配比的方法、均匀度检测的关键技术。通过电导率数值的大小来体现均匀度，并用来自动控制搅拌主电机的速度，实现快速、高效、节能的搅拌效果。本测控系统已在实际装置上取得应用，并参加技能竞赛获得奖项。 另外在本测控系统的基础上，通过对传感器的更换以及检测参数与控制技术的改进，便能实现对液体与固体或两种以上不同固体混合搅拌均匀度的测试，以及更多对象的检测，如颜色、粘度、流场等，具有较高的应用推广价值。
参考文献：
[1]刘军旭.一种新型双轴搅拌机的设计与应用[J].新技术新工艺，2014（04）.
[2]王春光，王文明，等.小型卧式混合机混合均匀度的试验研究[J].农机化研究，2013（08）.
[3]陈斗，李翔晟，等. 智能变频面粉搅拌机机械部分的设计[J].科技创新与生产力，2014（08）.
[4]邵桂阳，郝云，等.全自动饲料搅拌机设[J].河北企业，2016（10）. |
