基于PLC物料混合控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究

摘 要：物料混合是很多行業(yè)經(jīng)常用到的一種工序，利用PLC進(jìn)行物料混合控制，具有通用、易變、可靠、經(jīng)濟(jì)等特點。文章通過對物位控制條件的模擬，利用PLC實現(xiàn)了物位的自動控制。

關(guān)鍵詞：物料混合；自動控制；PLC

1 PLC物料混合控制的背景

在醫(yī)藥、食品、化工、建筑等行業(yè)中，多種物料進(jìn)行混合及反應(yīng)是一種常見的工序，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將自動控制技術(shù)應(yīng)用到物料混合控制中，可以降低工人的勞動強(qiáng)度，減少操作誤差，提高產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的采用繼電器或分立的電子線路來實現(xiàn)物料自動混合，由于某些行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，使此種方法的廣泛應(yīng)用受到了限制。由于采用PLC進(jìn)行物料混合控制，具有通用、易變、易修、可靠、經(jīng)濟(jì)的特點。因此，這種方法得到了廣泛的應(yīng)用。文章通過實驗對物料混合控制環(huán)境進(jìn)行模擬，利用PLC編程，實現(xiàn)了物料混合自動控制過程。

2 PLC的介紹

2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)

PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，中央處理單元（CPU），如圖1所示。

圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)

（1）主機(jī)。主機(jī)部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。CPU是PLC的核心，主要用來運行用戶程序，監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)。系統(tǒng)程序存儲器：主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改。用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器：主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。（2）輸入/輸出（I/O）接口。I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備聯(lián)接的部件。輸入接口用于接收輸入設(shè)備（如：按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）的控制信號。輸出接口用于將經(jīng)主機(jī)處理過的結(jié)果通過輸出電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾。（3）電源。PLC電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。（4）編程器。編程器是PLC重要的外部設(shè)備，用于手持編程。利用編程器可輸入、檢查、修改、調(diào)試用戶程序或在線監(jiān)視PLC工作狀況。除手持編程器外，目前，使用較多的是利用通信電纜將PLC和計算機(jī)聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行編程或監(jiān)控。（5）輸入輸出擴(kuò)展接口。I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）聯(lián)接在一起。（6）外部設(shè)備接口。此接口可將編程器、打印機(jī)、條形碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相連。

2.2 可編程控制器的工作方式

PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作。其工作過程分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，并進(jìn)行周期循環(huán)。一條指令所需時間一般不超過100ms。

（1）輸入采樣階段。PLC在輸入采樣階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)，并將此狀態(tài)存入輸入狀態(tài)寄存器，即輸入刷新。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。

（2）程序執(zhí)行階段。PLC在執(zhí)行階段，按先左后右，先上后下的步序，執(zhí)行程序指令。其過程如下：從輸入狀態(tài)寄存器和其它元件狀態(tài)寄存器中讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)，并根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)的狀態(tài)寄存器中。

（3）輸出刷新階段。在所有指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對應(yīng)的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出寄存器，去控制各物理繼電器的通/斷，這才是PLC的實際輸出。

由PLC的工作過程可見，在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會立即改變，要等到下一個周期輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，等到一個循環(huán)周期結(jié)束，CPU集中將這些輸出信號全部輸出給輸出鎖存器，這才成為實際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態(tài)的改變就需要一個掃描周期，換言之，輸入、輸出的狀態(tài)保持一個掃描周期。

3 實驗過程的分析與設(shè)計

3.1 物料混合原理

按啟動按鈕，進(jìn)料閥V1打開，先加入物料1，相應(yīng)的V1指示燈亮，物料達(dá)到到水位3時停止加入物料1，V1指示燈滅。延時1秒，進(jìn)料閥V2打開，加入物料2，相應(yīng)的V2指示燈亮，物料達(dá)到水位2（或水位1）時，停止加入物料2，V2指示燈滅。進(jìn)料完畢后攪拌機(jī)開始工作，M亮，先正轉(zhuǎn)10秒，POS指示燈亮，然后反轉(zhuǎn)10秒，NEG指示燈亮，攪拌機(jī)停止工作，M滅，打開出料閥出料，相應(yīng)的V3指示燈亮。待物料出完后，重復(fù)上述過程。

3.2 物料混合控制的軟件設(shè)計

實驗使用三菱FX2N PLC對整個過程進(jìn)行控制。其輸入輸出分配如表1。

表1 輸入輸出分配表

PLC程序如下：

4 結(jié)束語

由于PLC可重復(fù)編程、多次重復(fù)使用等特點，使利用PLC進(jìn)行物料混合自動控制得到了普遍的應(yīng)用，文章通過對PLC程序的設(shè)計與研究及物料混合控制條件的模擬，實現(xiàn)了整個控制目標(biāo)，在實驗成功的基礎(chǔ)上，根據(jù)使用條件和控制目標(biāo)，可以對物位控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件搭建。

參考文獻(xiàn)

[1]于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]王炎宇.基于西門子PLC的液體混合系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009（28）.

[3]歐姆龍（中國）有限公司.SYSMACC200H模擬量I/O單元操作手冊[Z].

作者簡介：金世佳（1980-），女，漢，助教，主要研究方向：控制理論與控制工程。

摘 要：物料混合是很多行業(yè)經(jīng)常用到的一種工序，利用PLC進(jìn)行物料混合控制，具有通用、易變、可靠、經(jīng)濟(jì)等特點。文章通過對物位控制條件的模擬，利用PLC實現(xiàn)了物位的自動控制。

關(guān)鍵詞：物料混合；自動控制；PLC

1 PLC物料混合控制的背景

在醫(yī)藥、食品、化工、建筑等行業(yè)中，多種物料進(jìn)行混合及反應(yīng)是一種常見的工序，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將自動控制技術(shù)應(yīng)用到物料混合控制中，可以降低工人的勞動強(qiáng)度，減少操作誤差，提高產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的采用繼電器或分立的電子線路來實現(xiàn)物料自動混合，由于某些行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，使此種方法的廣泛應(yīng)用受到了限制。由于采用PLC進(jìn)行物料混合控制，具有通用、易變、易修、可靠、經(jīng)濟(jì)的特點。因此，這種方法得到了廣泛的應(yīng)用。文章通過實驗對物料混合控制環(huán)境進(jìn)行模擬，利用PLC編程，實現(xiàn)了物料混合自動控制過程。

2 PLC的介紹

2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)

PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，中央處理單元（CPU），如圖1所示。

圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)

（1）主機(jī)。主機(jī)部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。CPU是PLC的核心，主要用來運行用戶程序，監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)。系統(tǒng)程序存儲器：主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改。用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器：主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。（2）輸入/輸出（I/O）接口。I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備聯(lián)接的部件。輸入接口用于接收輸入設(shè)備（如：按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）的控制信號。輸出接口用于將經(jīng)主機(jī)處理過的結(jié)果通過輸出電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾。（3）電源。PLC電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。（4）編程器。編程器是PLC重要的外部設(shè)備，用于手持編程。利用編程器可輸入、檢查、修改、調(diào)試用戶程序或在線監(jiān)視PLC工作狀況。除手持編程器外，目前，使用較多的是利用通信電纜將PLC和計算機(jī)聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行編程或監(jiān)控。（5）輸入輸出擴(kuò)展接口。I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）聯(lián)接在一起。（6）外部設(shè)備接口。此接口可將編程器、打印機(jī)、條形碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相連。

2.2 可編程控制器的工作方式

PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作。其工作過程分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，并進(jìn)行周期循環(huán)。一條指令所需時間一般不超過100ms。

（1）輸入采樣階段。PLC在輸入采樣階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)，并將此狀態(tài)存入輸入狀態(tài)寄存器，即輸入刷新。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。

（2）程序執(zhí)行階段。PLC在執(zhí)行階段，按先左后右，先上后下的步序，執(zhí)行程序指令。其過程如下：從輸入狀態(tài)寄存器和其它元件狀態(tài)寄存器中讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)，并根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)的狀態(tài)寄存器中。

（3）輸出刷新階段。在所有指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對應(yīng)的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出寄存器，去控制各物理繼電器的通/斷，這才是PLC的實際輸出。

由PLC的工作過程可見，在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會立即改變，要等到下一個周期輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，等到一個循環(huán)周期結(jié)束，CPU集中將這些輸出信號全部輸出給輸出鎖存器，這才成為實際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態(tài)的改變就需要一個掃描周期，換言之，輸入、輸出的狀態(tài)保持一個掃描周期。

3 實驗過程的分析與設(shè)計

3.1 物料混合原理

按啟動按鈕，進(jìn)料閥V1打開，先加入物料1，相應(yīng)的V1指示燈亮，物料達(dá)到到水位3時停止加入物料1，V1指示燈滅。延時1秒，進(jìn)料閥V2打開，加入物料2，相應(yīng)的V2指示燈亮，物料達(dá)到水位2（或水位1）時，停止加入物料2，V2指示燈滅。進(jìn)料完畢后攪拌機(jī)開始工作，M亮，先正轉(zhuǎn)10秒，POS指示燈亮，然后反轉(zhuǎn)10秒，NEG指示燈亮，攪拌機(jī)停止工作，M滅，打開出料閥出料，相應(yīng)的V3指示燈亮。待物料出完后，重復(fù)上述過程。

3.2 物料混合控制的軟件設(shè)計

實驗使用三菱FX2N PLC對整個過程進(jìn)行控制。其輸入輸出分配如表1。

表1 輸入輸出分配表

PLC程序如下：

4 結(jié)束語

由于PLC可重復(fù)編程、多次重復(fù)使用等特點，使利用PLC進(jìn)行物料混合自動控制得到了普遍的應(yīng)用，文章通過對PLC程序的設(shè)計與研究及物料混合控制條件的模擬，實現(xiàn)了整個控制目標(biāo)，在實驗成功的基礎(chǔ)上，根據(jù)使用條件和控制目標(biāo)，可以對物位控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件搭建。

參考文獻(xiàn)

[1]于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]王炎宇.基于西門子PLC的液體混合系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009（28）.

[3]歐姆龍（中國）有限公司.SYSMACC200H模擬量I/O單元操作手冊[Z].

作者簡介：金世佳（1980-），女，漢，助教，主要研究方向：控制理論與控制工程。

摘 要：物料混合是很多行業(yè)經(jīng)常用到的一種工序，利用PLC進(jìn)行物料混合控制，具有通用、易變、可靠、經(jīng)濟(jì)等特點。文章通過對物位控制條件的模擬，利用PLC實現(xiàn)了物位的自動控制。

關(guān)鍵詞：物料混合；自動控制；PLC

1 PLC物料混合控制的背景

在醫(yī)藥、食品、化工、建筑等行業(yè)中，多種物料進(jìn)行混合及反應(yīng)是一種常見的工序，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將自動控制技術(shù)應(yīng)用到物料混合控制中，可以降低工人的勞動強(qiáng)度，減少操作誤差，提高產(chǎn)品質(zhì)量。傳統(tǒng)的采用繼電器或分立的電子線路來實現(xiàn)物料自動混合，由于某些行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，使此種方法的廣泛應(yīng)用受到了限制。由于采用PLC進(jìn)行物料混合控制，具有通用、易變、易修、可靠、經(jīng)濟(jì)的特點。因此，這種方法得到了廣泛的應(yīng)用。文章通過實驗對物料混合控制環(huán)境進(jìn)行模擬，利用PLC編程，實現(xiàn)了物料混合自動控制過程。

2 PLC的介紹

2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)

PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，中央處理單元（CPU），如圖1所示。

圖1 PLC硬件結(jié)構(gòu)

（1）主機(jī)。主機(jī)部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。CPU是PLC的核心，主要用來運行用戶程序，監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)。系統(tǒng)程序存儲器：主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序。系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改。用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器：主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)、中間結(jié)果。（2）輸入/輸出（I/O）接口。I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備聯(lián)接的部件。輸入接口用于接收輸入設(shè)備（如：按鈕、行程開關(guān)、傳感器等）的控制信號。輸出接口用于將經(jīng)主機(jī)處理過的結(jié)果通過輸出電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾。（3）電源。PLC電源指為CPU、存儲器、I/O接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源。（4）編程器。編程器是PLC重要的外部設(shè)備，用于手持編程。利用編程器可輸入、檢查、修改、調(diào)試用戶程序或在線監(jiān)視PLC工作狀況。除手持編程器外，目前，使用較多的是利用通信電纜將PLC和計算機(jī)聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行編程或監(jiān)控。（5）輸入輸出擴(kuò)展接口。I/O擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)充外部輸入/輸出端子數(shù)擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）聯(lián)接在一起。（6）外部設(shè)備接口。此接口可將編程器、打印機(jī)、條形碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相連。

2.2 可編程控制器的工作方式

PLC采用“順序掃描、不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作。其工作過程分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段，并進(jìn)行周期循環(huán)。一條指令所需時間一般不超過100ms。

（1）輸入采樣階段。PLC在輸入采樣階段，以掃描方式順序讀入所有輸入端的通/斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)，并將此狀態(tài)存入輸入狀態(tài)寄存器，即輸入刷新。接著轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被讀入。

（2）程序執(zhí)行階段。PLC在執(zhí)行階段，按先左后右，先上后下的步序，執(zhí)行程序指令。其過程如下：從輸入狀態(tài)寄存器和其它元件狀態(tài)寄存器中讀出有關(guān)元件的通/斷狀態(tài)，并根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再存入有關(guān)的狀態(tài)寄存器中。

（3）輸出刷新階段。在所有指令執(zhí)行完畢后，將各物理繼電器對應(yīng)的輸出狀態(tài)寄存器的通/斷狀態(tài)，在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出寄存器，去控制各物理繼電器的通/斷，這才是PLC的實際輸出。

由PLC的工作過程可見，在PLC的程序執(zhí)行階段，即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會立即改變，要等到下一個周期輸入處理階段才能改變。暫存在輸出狀態(tài)寄存器中的輸出信號，等到一個循環(huán)周期結(jié)束，CPU集中將這些輸出信號全部輸出給輸出鎖存器，這才成為實際的CPU輸出。因此全部輸入、輸出狀態(tài)的改變就需要一個掃描周期，換言之，輸入、輸出的狀態(tài)保持一個掃描周期。

3 實驗過程的分析與設(shè)計

3.1 物料混合原理

按啟動按鈕，進(jìn)料閥V1打開，先加入物料1，相應(yīng)的V1指示燈亮，物料達(dá)到到水位3時停止加入物料1，V1指示燈滅。延時1秒，進(jìn)料閥V2打開，加入物料2，相應(yīng)的V2指示燈亮，物料達(dá)到水位2（或水位1）時，停止加入物料2，V2指示燈滅。進(jìn)料完畢后攪拌機(jī)開始工作，M亮，先正轉(zhuǎn)10秒，POS指示燈亮，然后反轉(zhuǎn)10秒，NEG指示燈亮，攪拌機(jī)停止工作，M滅，打開出料閥出料，相應(yīng)的V3指示燈亮。待物料出完后，重復(fù)上述過程。

3.2 物料混合控制的軟件設(shè)計

實驗使用三菱FX2N PLC對整個過程進(jìn)行控制。其輸入輸出分配如表1。

表1 輸入輸出分配表

PLC程序如下：

4 結(jié)束語

由于PLC可重復(fù)編程、多次重復(fù)使用等特點，使利用PLC進(jìn)行物料混合自動控制得到了普遍的應(yīng)用，文章通過對PLC程序的設(shè)計與研究及物料混合控制條件的模擬，實現(xiàn)了整個控制目標(biāo)，在實驗成功的基礎(chǔ)上，根據(jù)使用條件和控制目標(biāo)，可以對物位控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件搭建。

參考文獻(xiàn)

[1]于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2]王炎宇.基于西門子PLC的液體混合系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2009（28）.

[3]歐姆龍（中國）有限公司.SYSMACC200H模擬量I/O單元操作手冊[Z].

作者簡介：金世佳（1980-），女，漢，助教，主要研究方向：控制理論與控制工程。