PLC 在流量控制中的应用

摘 要：
　　利用通用的称重单元结合PLC 的计算功能来替代专用的流量控制单元，达到准确计量的目的。

关键词：
　　计量 控制 应用

概 述:
　　在很多行业对固态物料（也包括一些浓度很高不容易通过普通管道流量计进行计量的液态物料）的流量控制都采用专用的流量控制单元，此类控制单元一般价格昂贵，不易维修，一旦损坏供货周期很长，即有可能导致设备停机。本文将讨论利用通用的称重单元与PLC 的强大功能相结合，来替代专用的流量控制单元，达到减小投资、维护方便、并且能够准确计量的目的。
　　图为某生产线对胶、颜料以及其它添加剂流量控制的结构框图，可以通过人机界面对工艺参数进行读写，实施对流量以及其它工艺参数的实时监控。由于是对固态物料的流量控制，不能像对液体流量一样在管道中使用流量计计量，只能通过对物料料仓的重量计算来得到实际流量。原理如下：物料通过计量螺旋（或计量泵）进入生产线，料仓的重量将逐渐减少。流量控制单元对料仓的重量进行检测，通过对单位时间里料仓重量的减少量的计算就可得到物料的实际流量。工艺参数的流量值通过Modbus 送到流量控制单元，该控制单元由供应商特别设计，能够根据给定的流量数据自动计算并适时调整得到在该流量下计量螺旋（或计量泵）所需转速的模拟控制量，模拟量通过PLC 的远程模拟输入单元送到CPU，再通过Profibus控制变频器的频率，达到流量控制的目的。该结构的优点是使用简单，无需专门设计流量控制程序，因为流量控制单元可以根据工艺所需的给定流量独立运行。缺点是成本高，流量控制单元不易维修，对供货商的依赖性强，一旦损坏供货周期很长，将有可能导致设备停机。


　　下面我们介绍一种利用通用称重单元结合PLC 的计算功能构成的流量控制，以供参考。
　　图为某食品生产线对面粉流量控制的结构框图，在该系统中我们采用的CPU是A-B 的SLC-500 ，并且使用了一个Profibus-Scanner 的模块下挂通用的称重单元和变频器。该网络结构简单，通过在人机界面对工艺参数的读写可以实时监控面粉的流量以及其它工艺参数。


　　工艺流程如下：从人机界面写入工艺所需的面粉流量值，通过DH+ 送到PLC，面粉料仓称重单元的重量值通过Profibus 送到PLC。同样在面粉通过计量螺旋进入生产线时料仓的重量将逐渐减少，PLC 通过对单位时间里面粉料仓重量减少量的计算就可得到面粉的实际流量。再用这个实际流量和预设的流量相比较，PLC 经过一定的计算就可以得到一个相对稳定的频率值，（我们知道计量螺旋（或计量泵）旋转一周输出的体积是相对稳定的，控制了转速就控制了体积也就是控制了重量），只要用这个频率值通过 Profibus 来控制计量螺旋的转速即可形成一个对面粉流量的闭环控制。
　　在这个控制系统中必须注意的是随着料仓面粉的逐渐减少，料仓会有一个加料的过程，虽然这个加料过程的时间相对来说比较短，但是由于在这个过程中计量螺旋在不停得出料，而料仓同时又在加料，很显然在加料过程中的计量肯定是不准确的，在设计程序时必须考虑到这一点。我们在加料过程中的频率值可以这样来给定：一是利用料仓在加料前一瞬间的频率值作为加料过程中的恒定频率（因为这时的频率值是满足工艺参数要求的），等到加料过程结束后再重新进入正常的计量，由于加料的时间相对较短，一般不会影响生产线的产品质量。但是这个做法的缺点是如果在加料过程中改变工艺参数，由于这时候使用的是恒定频率，面粉的实际流量将不会随工艺参数的改变而改变，就有可能引起产品质量的波动。另一种控制方式应该是比较完善的，也就是在正常计量的同时PLC可以得到一个频率和面粉流量的线性关系，简单地说就是赫兹数对应的面粉流量公斤数。在加料工程中我们可以利用这个线性参数来控制输出频率值，在这种控制方式是下，即使在加料过程中改变工艺参数，面粉的实际流量也会随着工艺参数的改变而改变，就不会引起产品质量的波动。
　　可以看到采用专用的流量控制单元和普通的称重单元在控制原理上是一样的，所不同的是采用通用称重单元的控制方式减少了输入输出环节，更合理的利用了PLC，充分发挥了PLC 强大的计算功能，结构更简单，投资更小。