控制系统设计举例

2.5　PLC控制系统设计举例

图2.32　液体混合装置示意图

在工业现场控制中，物料的混合操作是一些企业的关键生产环节，多种液体按一定比例混合是物料混合的一种典型形式，像饮料的生产、白酒的勾兑、农药的配比等，都有两种、三种或多种液体混合后进行搅拌，有些设备还配有加热控制等。

图2.32为三种液体自动混合装置示意图。图中L1、L2、L3为液位传感器，液体淹没时接通；液体的流入和混合液体的流出分别由电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4控制；M为搅拌电机；H为加热器电炉；T为温度传感器（此为开关量）。

1）控制要求

初始时，容器为空，电磁阀YV1、YV2、YV3、YV4，搅拌电机M，液位传感器L1、L2、L3，温度传感器T皆为OFF。按下启动按钮，开始液体自动混合操作。

（1）电磁阀YV1、YV2开启，液体A和液体B开始注入容器；当液位达到L2时，L2为ON，关闭阀YV1、YV2，同时开启电磁阀YV3，注入液体C。

（2）当液位达到L1时，关闭阀门YV3，搅拌电动机M启动开始搅拌。（3）经10s搅匀后，关闭电机M停止搅拌，接通加热器H开始加热。（4）当混合液体温度达到某一指定值时，温度传感器T为ON，加热器H为OFF，停止加热，电磁阀YV4为ON，开始放出混合液体。

（5）再经15s后，容器放空，Y4为OFF，开始下一周期。

当按下停止按钮后，等当前混合操作处理完毕，系统停在初始状态。

2）PLC选型与I/O地址分配

系统的输入信号有：启动、停止按钮各1个，开关型液位传感器3个，开关型温度传感器1个，共6个输入信号；系统的输出信号有：电磁阀4个，驱动的搅拌电动机M接触器1个，驱动的加热器H接触器1个，共6个输出信号。考虑到留有一定的裕量，可选用三菱FX2N-16MR-001型PLC（亦可选用FX0S、FX0N系列），它有8个输入点、8个输出点，交流供电，继电器输出，可满足本例的要求。PLC的I/O地址分配表如表2.4所示。

表2.4　I/O地址分配表

由I/O地址分配表可绘制出如图2.33所示的I/O接线图。

图2.33　I/O接线图

图2.34　顺序功能图SFC

3）程序设计

图2.35　STL梯形图

根据该液体混合装置的控制要求，从进料→混合→加热→放料的过程实际上是一个按一定顺序操作的控制过程，考虑到各个执行机构动作的转换条件，可绘制出其顺序功能图SFC，如图2.34所示。从中可以看出，这是一个典型的步进控制，可使用步进梯形指令STL的编程方法来实现该液体混合装置的控制功能，其STL梯形图如图2.35所示，相应的语句表程序此处省略。提示：两图实现了一个工作循环周期结束时，停止信号起作用，并保证系统回到初始状态S0。注意图2.34中S24状态后的转换分支及相应转换条件，未出现停信号X1，而是在图2.35的梯形图第2行采用启保停电路将任意时刻动作的停操作信号记忆下来，并在S24为ON且T1定时时间到时，系统根据M0的不同结果选择相应转换目标。亦可根据前面2.4.3节叙述的其他顺序控制设计法来设计。如果适当修改控制要求，顺序功能图也会发生相应的变化，感兴趣的读者可以尝试。