乳化液自动配比装置PLC控制系统及方法与流程

本发明涉及一种乳化液自动配比装置PLC控制系统和控制方法。

背景技术：

根据调查发现，目前我国95%以上的矿山工作面使用液压支护设备，以保证采煤面的不塌陷。乳化液是煤矿液压支架和液压支柱的传动介质，在液压系统中起血液作用，并且在铝金属及其合金的加工行业中，乳化液的应用也是极其广泛的，能够起到防腐保护、润滑的作用。乳化液对于金属的保护、润滑作用其浓度的准确性起到至关重要的作用，不合格的乳化液对金属甚至有损害作用，所以控制好乳化液配比精度在乳化液配比系统中是非常关键的。乳化液通过水和乳化油配比而成，浓度要求3%~5%，乳化液配比浓度受很多因素的影响，包括水压、水质、流量、配比装置准确度等。现有的乳化液配比主要通过两种方式完成，第一种是人工完成，人工定量添加水和乳化油完成配比，配比浓度靠取样用光折射计人工观察，其精度不高，效率低，受人为因素影响较大；第二种通过“PLC+变频器+计量泵”完成，该方式通过PLC作为控制中心，变频器调速完成乳化液配比，该方式精度较高，效率高，但成本也高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于提供一种乳化液自动配比控制系统和控制方法，以解决现有技术存在的问题。

本发明采用以下技术方案：

乳化液自动配比装置PLC控制系统，包括自动配比装置和与自动配比装置相连的PLC控制系统；

所述自动配比装置包括乳化液封闭容器8，乳化液封闭容器8分别通过不同管路与水容器10和乳化油容器9连通，且两个不同管路上分别设置有电磁计量泵Ⅰ5和电磁计量泵Ⅱ6），所述乳化液封闭容器8内设置有带电机7的搅拌器；

所述PLC控制系统包括PLC控制模块，所述PLC控制模块与上位机相连，同时PLC控制模块上还连接电磁计量泵Ⅰ5、电磁计量泵Ⅱ6、电机7。

所述PLC控制模块上还连接设置在水容器10内的水位液位计1、设置在乳化液封闭容器8内的乳化液液位计2、设置在乳化油容器9内的乳化油液位器3，通过水位液位计1、乳化液液位计2、乳化油液位器3分别测试水位、乳化液位、乳化油位。

所述PLC控制系统还包括设置在乳化液封闭容器8内、测量乳化液浓度的浓度计4，所述浓度计4与PLC控制模块相连。

所述水位液位计1、乳化液液位计2、乳化油液位计3、浓度计4均通过RVVP电缆与PLC控制模块相连。

所述电磁计量泵Ⅰ5、电磁计量泵Ⅱ6、电机分别通过不同的控制回路与PLC控制模块相连，所述控制回路包括串联的继电器线圈、继电器常开触点、接触器。

乳化液自动配比装置PLC控制方法包括：

通过上位机向PLC控制模块输入乳化液的浓度数据和用量数据，PLC控制模块计算出需要的水量和乳化油量，将数据分别传输给连接乳化液封闭容器8和水容器10之间管路上的电磁计量泵Ⅰ5、连接乳化液封闭容器8和乳化油容器9之间管路上的电磁计量泵Ⅱ6，通过两个电磁计量泵向乳化液封闭容器4内添加水和乳化油，添加完成以后，通过PLC控制模块控制电机7进行搅拌。

在向乳化液封闭容器8内添加水和乳化油的过程中，PLC控制模块获取水容器10和乳化油容器的实时液位信息，与预设的最低液位值进行比较，如果达到预设的最低液位值，则两个电磁计量泵停止工作，停止添加溶液，同时PLC控制模块向上位机发送信号，在上位机上提示添加溶液。

在添加溶液后， 通过PLC控制模块控制电机7进行搅拌，同时获取乳化液封闭容器8内的液体的浓度并传送给PLC控制模块，PLC控制模块将获取的实际浓度与预设的浓度进行比较，如果实际浓度大于预设浓度，则打开电磁计量泵Ⅰ5向乳化液封闭容器8内添加水，如果实际浓度小于预设浓度，则打开电磁计量泵Ⅱ6向乳化液封闭容器8内添加乳化液。

本发明的有益效果：本发明采用“PLC+计量泵”控制系统具有效率高、自动化程度高、精度高、成本低、并且能够实现一键启停的优点。

附图说明

图1为本发明的乳化液自动配比设备布置图。

图2为PLC控制系统的连接示意图。

图3为上位机控制示意图。

图4为本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明提供一种乳化液自动配比控制系统，包括自动配比装置和与自动配比装置相连的PLC控制系统。通过PLC控制系统对配比过程进行控制，实现一键启停控制。

自动配比装置包括乳化液封闭容器8，乳化液封闭容器8分别通过不同管路与水容器10和乳化油容器9连通，管路选择不锈钢管。

乳化液封闭容器8与水容器10之间的管路上设置有电磁计量泵Ⅰ5，乳化液封闭容器8与乳化油容器9之间的管路上设置电磁计量泵Ⅱ6，乳化液封闭容器8内设置有带电机7的搅拌器，搅拌器对流入到乳化液封闭器8内的水和乳化液进行搅拌。

而PLC控制系统包括PLC控制模块，该控制模块内设置有逻辑计算单元，PLC控制模块与上位机相连，同时PLC控制模块上还连接电磁计量泵Ⅰ5、电磁计量泵Ⅱ6、电机7。以便及时自动根据控制命令从乳化油容器定量向乳化液容器投加乳化油，从而完成配比乳化液所需水和乳化油的定量投加。

PLC控制模块上还连接设置在水容器10内的水位液位计1、设置在乳化液封闭容器8内的乳化液液位计2、设置在乳化油容器9内的乳化油液位器3。水位液位计1安装于水容器10正上方用于监控水的液位状态；乳化液液位计2安装于乳化液封闭容器8的盖子底部用于监控乳化液液位状态；乳化油液位3计安装于乳化油容器9的正上方用于监控乳化油的液位状态。

PLC控制系统还包括设置在乳化液封闭容器8内的浓度计4，浓度计4与PLC控制模块相连。浓度计4固定安装于乳化液容器壁上，并且浓度计4靠近底部，例如距离乳化液容器底部约2cm，以便在乳化液到达下限位置时仍能正常显示乳化液浓度信息。

如图2，水位液位计1、乳化液液位计2、乳化油液位计3、浓度计4均通过RVVP电缆连接到PLC控制模块内的模拟量输入模块，同时，PLC控制模块通过数字量输入模块与电磁计量泵Ⅰ5、电磁计量泵Ⅱ6、电机分别通过不同的控制回路与PLC控制模块相连，控制回路包括串联的继电器线圈、继电器常开触点、接触器。

操作员通过上位机输入设定的浓度和乳化液需求量，并且可通过上位机查看液位、浓度等状态，传感器获取的液位浓度信号输入至PLC控制模块，PLC控制模块经过内部逻辑处理后，如果需要电磁计量泵或者搅拌机的动作，输出信号使相应的继电器动作，继电器的敞开触点闭合，从而使得接触器动作，接触器的触点闭合，即使得相应的电磁继电器动作。

本发明还提供一种乳化液自动配比控制方法，操作者通过上位机向PLC控制模块输入乳化液的浓度数据和用量数据，电机上位机界面上的开始配比按钮后，向PLC控制模块发出信号，PLC控制模块计算出需要的水量和乳化油量后，发出信号，将数据分别传输给连接乳化液封闭容器8和水容器10之间管路上的电磁计量泵Ⅰ5、连接乳化液封闭容器8和乳化油容器9之间管路上的电磁计量泵Ⅱ6，具体来说，PLC控制模块与电磁计量泵之间的继电器接收到PLC控制模块发出的信号后，常开触点闭合，接触器接通，电磁计量泵开始工作，通过两个电磁计量泵向乳化液封闭容器4内添加水和乳化油，添加完成以后，通过PLC控制模块控制电机7进行搅拌，电机控制过程与电磁计量泵的控制过程一样。

如图4所示，在向乳化液封闭容器8内添加水和乳化油的过程中，PLC控制模块获取水容器10和乳化油容器9的实时液位信息，与预设的最低液位值进行比较，如果达到预设的最低液位值，则两个电磁计量泵停止工作，停止添加溶液，同时PLC控制模块向上位机发送信号，在上位机上提示添加溶液。

在添加溶液后， 通过PLC控制模块控制电机7进行搅拌，同时获取乳化液封闭容器8内的液体的浓度并传送给PLC控制模块，PLC控制模块将获取的实际浓度与预设的浓度进行比较，如果实际浓度大于预设浓度，则打开电磁计量泵Ⅰ5向乳化液封闭容器8内添加水，如果实际浓度小于预设浓度，则打开电磁计量泵Ⅱ6向乳化液封闭容器8内添加乳化液。实际浓度与设定浓度可设定误差和浓度差允许范围，例如不超过0.3%，且乳化液浓度差值与设定差值在3%~5%范围内，配比流程停止。

如图3所示的使用上位机界面进行控制时，水位液位计、乳化液液位计、乳化油液位计、浓度计画面旁边实时显示当前液位和浓度，当水和乳化油计量泵投加时间或者液位到达下限时，PLC控制模块控制断开开关，电磁计量泵Ⅰ、电磁计量泵Ⅱ停止运转，同时搅拌机投入运行，开始混合加入的水和乳化油形成乳化液。上位机画面实时显示电磁计量泵Ⅰ、电磁计量泵Ⅱ、搅拌器的运行状态。若在配比完成后需要微调配比浓度时，也可点击“微调加水”，“微调加油”进行手动加水或乳化油。

电磁计量泵的工作为定量投递。系统控制计量泵定量投加方法为：电磁计量泵可以通过本身的面板设定冲程和频率，冲程表示单次投加的量，频率表示投加的快慢程度，该方法通过电磁计量泵面板设定好冲程和频率，即可确定每秒计量泵投加的量，以“水投加速度V1”和“乳化液投加速度V2”表示；操作员通过上位机设定好所需乳化液浓度和容量，PLC控制模块通过计算得出配比所需水和乳化油的量，分别以“水量L1”和“乳化油量L2”表示。即可通过以上数据计算出加水时间T1和加乳化油时间T2，有T1=L1/V1和T2=L2/V1。实例说明：假设操作员设定配比乳化液浓度为4%，需要量为10升，则通过计算需添加0.4升乳化油和9.6升水，电磁计量泵Ⅴ、电磁计量泵Ⅵ的冲程分别设定为0.2毫升和4.6毫升，频率均为2Hz（即1s投加2次），通过计算即可得出V1=0.4毫升/秒，V2=9.6毫升/秒，PLC控制电磁计量泵Ⅰ、电磁计量泵Ⅱ的通电投加时间为T1=400/0.4=1000秒，T2=9600/9.6=1000秒。该方法中T1可以不等于T2。

本发明可实现以下功能：

（1）乳化液全自动配比

该系统仅需操作员在上位机输入所需乳化液的浓度和体积，PLC即可自动完成相应的所需水和乳化油量的计算，并且自动控制计量泵定量定时投加水和乳化油，以及控制搅拌器完成乳化液的配比，整个过程实现全自动化配比，无须人工干预。若操作员需要对配比浓度进行微调，上位机可提供操作接口进行相应的操作。

（2）低液位保护

为了更好地保证乳化液配比浓度，避免计量泵空转，系统通过PLC程序设定水和乳化油的下限液位，当液位计获取的液位值小于或等于下限时，系统停止配比，并关闭计量泵和搅拌器。

（3）实时查看配比过程及结果

该系统上位机软件直观反映乳化液配比系统的组成，并且通过液位计和浓度计获取液位和浓度信息显示在上位机软件界面，实现配比过程的实时更新，操作员能够实时查看配比过程及结果。

本发明具有以下优点：

（1）节约系统成本

系统采用“PLC+计量泵”的控制方式，由于计量泵的单次投加量固定，通过PLC控制计量泵的开关时间，即可实现乳化液配比所需水和油的定量投加，相比传统的“PLC+变频器+计量泵”的控制方式，无需变频器即可完成类似功能，节约了变频器的成本。

（2）配比精度高

系统通过液位和浓度传感器实现配比过程的闭环控制，通过设定浓度与实际浓度的比较，不断对配比过程进行微调，使得实际配比浓度与设定浓度偏差不超过0.3%，并且系统采用高精度PLC进行控制，PLC的CPU运算效率能够达到us级别，控制精度对于乳化液的配比足够。

（3）自动化程度高

相比人工配比方式，该系统提供了极大的便利性，操作员无需前往溶液所在现场，仅需通过上位机输入所需乳化液的浓度和体积，PLC即可自动完成相应的所需水和乳化油量的计算，并且自动控制计量泵定量定时投加水和乳化油，以及控制搅拌器完成乳化液的配比，整个过程实现全自动化配比，无须人工干预，自动化程度高。

（4）系统通用性强

由于乳化液用于多数金属尤其是铝型材的加工上，起到防腐蚀、润滑的作用，并且浓度要求和配比溶液（水和乳化油）基本类似，所以该系统能够应用到绝大多数的乳化液配比过程中，通用性强。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。