用PLC实现多种液体自动混合控制

近年来PLC在处理速度、控制功能、通信能力以及控制领域等方面都不断有新突破，因此当今PLC是集计算机技术、通信技术和自动控制技术为一体的新型工业控制装置，它具有可靠性高，编程方便、环境要求低、体积小、重量轻、功耗低等特点，是一种专为工业控制设计及过程控制的数字运算操作的电子系统，是实现机电一体化的理想控制设备。

PLC的应用范围很广泛，目前国内市场的PLC较常见的进口机有美国的AB公司和通用电气（CE）公司，日本的三菱公司的立石公司，以及德国的西门子公司的产品。日本松下电工公司的FP系列PLC进入国内市场相对较晚，但因其品种齐全、功能完善，而且在设计上有其独到之处，所以近年来推广很快。FP1系列机属于小型机，它一般由主控单元、扩展单元、智能单元三部分组成。该系列包括有C14, C16, C24, C40, C56, C72六种型号的主机和E8,E16,E24,E40四种型号的扩展单元。主控单元加扩展单元的I/O点数最大可扩展至152点。FP1系列不但硬件配置齐全，而且软件功能也很强，共有192条指令。它具有结构紧凑、硬件配置齐全、软件功能强大等特点，而且它的某些功能甚至可与大型机相媲美，所以具有较高的性价比，特别适合于在轻工行业的中小型企业中推广应用。本文采用日本松下公司生产的FP1系列C40---AFP12416（电源电压为AC100—240V，输入点数为24点，输出点数为16点，输入电压为DC24V，输出类型为继电器输出，AFP12416为品名）可编程控制器为主控部件，设计了一种对多种液体进行自动混合的控制系统。

一、系统简介及控制要求

多种液体混合控制主要是将3种液体分别注入、搅拌、加热，最终达到自动混合的目的，L1、L2、L3为液位传感器，被液面淹没时输出高电平；Y1、Y2、Y3、Y4为电磁阀，得电时打开，失电时关闭；M为搅拌电机；H为加热器，如图1所示。具体控制要求如下：

1.初始状态

容器是空的，阀门Y1、Y2、Y3、Y4均为OFF,液位传感器L1、L2、L3均为OFF，搅拌机M为OFF，加热器H为OFF。

2. 混合过程

按下启动按钮SB0，液体混合装置按以下规律循环工作:

（1）电磁阀Y1开启（Y1=ON），开始注入液体A；当液面高度达到L3时，（L3=ON），停止注入液体A（Y1=OFF），同时开启液体B电磁阀Y2（Y2=ON）注入液体B；当液面升至L2时（L2=ON），停止注入液体B（Y2=OFF）同时开启液体C电磁阀Y3（Y3=ON）注入液体C；当液面升至L1时（L1=ON），停止注入液体C（Y3= OFF），同时启动搅拌机M（M=ON），开始搅拌。

（2）搅拌10秒钟，液体搅拌均匀后，停止搅拌（M =OFF），加热器开始对液体加热（H=ON）。

（3）当混合液体温度达到某一指定值时（T=ON）,加热器停止加热（H=OFF），开启电磁阀Y4（Y4=ON），放出混合液体。

（4）液面下降到L3后，（L3= OFF），再经过5s，容器放空液体（Y4=OFF）。

（5）要求中间隔5秒钟时间后，开始下一周期，如此循环。

3. 停止操作

按下停止按钮SB1，必须在当前操作完毕后才可停止操作，回到初始状态。

图1  多种液体自动混合装置

二、I/O接线图及地址编号

根据控制要求，为实现上述系统功能，采用日本松下公司生产的FP1系列C40--AFP12416型PLC作为该装置的控制器。

1.I/O接线图

如图2所示，启动按钮SB0接于X0输入点，液位传感器L3、L2、L1分别接于X1、X2、X3输入点，温度传感器X4接于X4输入点，停止按钮接于X5输入点,电磁阀Y1、Y2、Y3、Y4分别接于Y1、Y2、Y3、Y4输出点，搅拌电机M接于Y5输出点，加热器H接于Y6输出点。

图2  多种液体混合装置输入/输出接线图

2.I/O地址编号SB1

表1  多种液体混合装置输入/输出地址编号

三、程序设计及程序说明

1.程序设计

根据控制要求可编写多种液体混合控制流程图图3，参考控制流程图采用步进指令编制控制梯形图图4

        图3   流程图                                            图4   梯形图

2.程序说明

根据多种液体混合的控制要求，它包括了8个步进控制过程，分析如下：

第一步：PLC接通电源后，按下启动按钮SB0，使触点X0接通，进入第一步，则Y1输出继电器线圈得电，与之相接的Y1电磁阀带电接通，注入液体A。

第二步：当液面高度达到L3液位传感器位置时，该传感器检测到该信息，使触点X1接通，进入第二步，则Y2输出继电器线圈得电，与之相接的Y2电磁阀带电接通，注入液体B。

第三步：当液面升至L2液位传感器位置时，该传感器检测到该信息，使触点X2接通，进入第三步，则Y3输出继电器线圈得电，与之相接的Y3电磁阀带电接通，注入液体C。

第四步：当液面升至L1液位传感器位置时，该传感器检测到该信息，使触点X3接通，进入第四步，则Y5输出继电器线圈得电，搅拌机通过Y5的输出信号得电开始搅拌， 同时由触点Y5接通TMX0定时器定时，定时时间为10秒钟。

第五步：当搅拌10秒钟混合液体搅匀后，地址为40的定时器常开触点T0接通，进入第五步，则Y6输出继电器线圈得电，与之相连的加热器H接通，开始对三种混合液体加热。

第六步：当混合液体温度达到某一指定值时，温度传感器T检测到该信息，使触点X4接通，进入第六步，则Y4输出继电器线圈得电，与之相接的Y4电磁阀带电接通，开始排出搅拌均匀后的混合液体。

第七步：当液位面下降到L3液位传感器的位置时，该传感器检测到该信息，使地址为56的常闭触点X1由断到通，进入第七步，则Y4输出继电器线圈得电，与之相接的Y4电磁阀带电接通，排出搅拌均匀后的混合液体。同时由触点Y4接通TMX1定时器定时，定时时间为5秒钟。

第八步：当液体排出5秒钟后，容器放空液体，地址为68的定时器常开触点T1接通，进入第八步，则R1内部继电器线圈得电，同时由触点R1接通TMX2定时器定时，定时时间为5秒钟，地址为80的定时器常开触点T2接通，开始下一周期，进行循环。 

停止操作：当按下停止按钮SB1，使X5输入继电器线圈得电，梯形图中的 X5常开触点接通，则R0内部继电器线圈得电，地址为80的常开触点R0断开，使得该控制过程必须在这一轮工作完成以后才可停止，回到初始状态。

本设计采用日本松下公司生产的AFP12416型可编程控制器的硬件配置和程序设计可以完成多种液体的自动混合，而且是切实可行的。在实际控制过程中，用PLC实现多种液体的混合，能随时修改程序，也可对三种以上的液体进行混合，还可以改变液体混合的工作时间，满足不同控制要求多种液体混合的需要。

参考文献：

[1]李乃夫.可编程控制器原理、应用、实验.北京:中国轻工业出版社，2003.2

[2]史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京:化学工业出版社，2003.12