郭宇超

摘 要 進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著高校教育事業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的工科院校建立了PLC實(shí)驗(yàn)室。我校教師與時(shí)俱進(jìn)，基于PLC課程設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)配液系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)裝置用于教學(xué)，提高PLC課程的教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】PLC自動(dòng)配液系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

近幾年，PLC逐漸出現(xiàn)于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療和電氣工程等多種行業(yè)中，因此，我校為了學(xué)生的發(fā)展需要開設(shè)了基于PLC自動(dòng)配液系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用項(xiàng)目，得到了全校師生的大力支持。

1 選擇開展此項(xiàng)目的意義

隨著計(jì)算機(jī)、微處理器和通信技術(shù)的成熟化發(fā)展，可編程序控制器PLC已在工業(yè)中得到廣泛的使用，越來越多的工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)將PLC運(yùn)用于工業(yè)配液和攪拌生產(chǎn)中，并且配液比例的準(zhǔn)確度和攪拌效率越來越高。PLC主要是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，它主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置構(gòu)成，操作簡(jiǎn)單，PLC是在繼電器和計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上研發(fā)的可編程控制器。世界上第一臺(tái)PLC是1969年由美國數(shù)字設(shè)備公司研制的。PLC具有高可靠性、模塊化結(jié)構(gòu)、編程簡(jiǎn)單、安裝簡(jiǎn)單、維修方便等特點(diǎn)。

隨著高校課程的多樣性，可編程控制器成為高校中一門實(shí)踐性很強(qiáng)的理工類專業(yè)課程，尤其是將來從事機(jī)電一體化工作的專業(yè)學(xué)生，掌握簡(jiǎn)單的生產(chǎn)過程所需的的PLC控制系統(tǒng)的編程能力至關(guān)重要。但是，由于條件的局限性，課時(shí)或?qū)嶒?yàn)設(shè)備的限制，學(xué)生在學(xué)完課程后依然無法掌握PLC的使用，在高校中，普遍存在著PLC的教學(xué)與實(shí)際工業(yè)控制進(jìn)程脫節(jié)的現(xiàn)象，很多高校偏重于單機(jī)編程練習(xí)的實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生在畢業(yè)后難以滿足社會(huì)工業(yè)控制對(duì)操作型人才的需求。我們學(xué)校也存在此類問題。針對(duì)這些問題，學(xué)校開設(shè)了一系列PLC實(shí)訓(xùn)課程，PLC自動(dòng)配液系統(tǒng)就是其中一項(xiàng)，用來提升學(xué)生的實(shí)踐操作和動(dòng)手能力，以培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的人才。此實(shí)訓(xùn)裝置采用開放式結(jié)構(gòu)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中需要自己接線組裝、設(shè)計(jì)程序來控制系統(tǒng)，這套裝置還可以促進(jìn)以PLC為核心的機(jī)電類課程教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和評(píng)價(jià)方式的革新。

2 自動(dòng)配液系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)裝置

在課題伊始，我們對(duì)多所高校的PLC實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)情況和實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了深入調(diào)查，在此項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上確定了實(shí)訓(xùn)內(nèi)容和設(shè)計(jì)架構(gòu)。

2.1 結(jié)構(gòu)方案

在預(yù)定方案中，我們預(yù)將自動(dòng)配液實(shí)訓(xùn)裝置設(shè)計(jì)成高度大約為1.2米的落地式獨(dú)立裝置，易于裝置在各個(gè)實(shí)驗(yàn)室移動(dòng)。我們將用3個(gè)可視缸體，用透明材料作為進(jìn)料、排料設(shè)備，電磁閥和攪拌機(jī)電機(jī)用24VDC的即可帶動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)作。關(guān)于液體開關(guān)我們預(yù)采用投入式浮球，不用開孔，這樣利于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的變化。為了避免攪拌器傳動(dòng)桿晃動(dòng)影響操作，我們預(yù)在安裝攪拌器傳動(dòng)桿時(shí)在內(nèi)壁加入支撐；根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，配液缸的出水口距離地面的高度要大于300mm，便于接水；其次，1#、2#原液缸的容積與出液管口經(jīng)匹配，保證閥門開啟出液時(shí)間不少于40s，保障流程二次循環(huán)以上，以此保障裝置的使用壽命。最后，選擇適當(dāng)位置安裝接線板，將電磁閥、滴液位開關(guān)、電機(jī)接線引至板上，再在接線板上安裝攪拌器電機(jī)啟停繼電器。

2.2 系統(tǒng)組成

以PLC為基礎(chǔ)的自動(dòng)配液系統(tǒng)主要由進(jìn)料部分、稱量部分、排料設(shè)備、配料控制系統(tǒng)和較稱系統(tǒng)組成。在設(shè)計(jì)之前，我們走訪過多家工廠，做過大量相關(guān)調(diào)查，此系統(tǒng)部分是在實(shí)地考察的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，所以在此系統(tǒng)與社會(huì)工廠中的自動(dòng)配液系統(tǒng)相似，它具有按設(shè)定好的配方對(duì)液體物料進(jìn)行稱重混合并且可以對(duì)作業(yè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能。其系統(tǒng)中進(jìn)料部分的裝置執(zhí)行從源液缸向配液缸添加原料的流程。根據(jù)物料的物理性質(zhì)，雙速電磁閥、螺旋給料機(jī)或電磁振動(dòng)給料機(jī)設(shè)備都可以作為進(jìn)料裝置。我們根據(jù)成本和學(xué)校的實(shí)際情況，選擇電磁振動(dòng)給料機(jī)設(shè)備作為進(jìn)料裝置。稱量部分由稱量斗、傳感器、接線盒、表和標(biāo)準(zhǔn)連接件組成，稱量部分主要用來物料的稱量和誤差檢測(cè)。其排料設(shè)備由螺旋給料機(jī)、電磁振動(dòng)給料機(jī)和電動(dòng)閥和排空閥共同構(gòu)成。配料控制裝置是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它主要由稱量儀表、PLC、工控機(jī)和其他控制器件組成。較稱部分主要是定期調(diào)校系統(tǒng)的傳感器，負(fù)責(zé)保證系統(tǒng)各傳感器的精度。

2.3 裝置控制方案

首先是第一種液體的注入，如圖1所示，當(dāng)PLC接通電源后，在觸摸屏上按下啟動(dòng)按鈕，電磁閥1#接通并開始計(jì)時(shí)，液體A開始注入，待設(shè)定比例時(shí)間到，電磁閥1#關(guān)閉，同時(shí)打開電磁閥2#。

其次是第二種液體的注入，電磁閥2#打開，液體B開始流入，同時(shí)啟動(dòng)攪拌電機(jī)旋轉(zhuǎn)，待設(shè)定比例時(shí)間到后，電磁閥2#關(guān)閉，同時(shí)攪拌器電機(jī)停止，電磁閥3#打開進(jìn)行排料，液位開關(guān)傳感器檢測(cè)液位是否達(dá)到其設(shè)定值，直到液位達(dá)到設(shè)定量，然后關(guān)閉電磁閥3#，系統(tǒng)繼續(xù)下一循環(huán)，再重復(fù)上述步驟依次注入新的液體。

此項(xiàng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的關(guān)鍵點(diǎn)即難點(diǎn)在于機(jī)械設(shè)計(jì)與電器控制系統(tǒng)、PLC梯形圖、組態(tài)控制系統(tǒng)和系統(tǒng)的安裝與調(diào)試運(yùn)行構(gòu)成。

3 小結(jié)

PLC自動(dòng)配液系統(tǒng)能夠自動(dòng)、精確、快捷、可靠的實(shí)現(xiàn)按配方配置所需液體，可以為學(xué)生提供更多實(shí)際操作的機(jī)會(huì)，有利于響應(yīng)學(xué)?！伴_放式、應(yīng)用型和職業(yè)型”人才的培養(yǎng)模式。此套裝置設(shè)計(jì)方案是著眼于自動(dòng)化技術(shù)、PLC技術(shù)以及智能工廠技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)開展的方案，由此而設(shè)計(jì)的自動(dòng)配液系統(tǒng)裝置有利于學(xué)生將來更好的適應(yīng)工作崗位，滿足社會(huì)發(fā)展需求。

參考文獻(xiàn)

[1]厲振宇.自動(dòng)配液機(jī)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].天津工業(yè)大學(xué)，2006.

[2]袁繼成.乳化液自動(dòng)配比系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D].太原理工大學(xué)，2017.

作者單位

黑龍江東方學(xué)院 黑龍江省哈爾濱市 150066