5.2 液体混合装置的PLC控制系统开发实例

5.2.1 明确系统控制要求

两种液体混合装置如图5-7所示，YV1、YV2分别为A、B液体注入控制电磁阀，电磁阀线圈通电时打开，液体可以流入，YV3为C液体流出控制电磁阀，H、M、L分别为高、中、低液位传感器，M为搅拌电动机，通过驱动搅拌部件旋转使A、B液体充分混合均匀。

液体混合装置控制要求如下：

①装置的容器初始状态应为空的，三个电磁阀都关闭，电动机M停转。按下启动按钮，YV1电磁阀打开，注入A液体，当A液体的液位达到M位置时，YV1关闭；然后YV2电磁阀打开，注入B液体，当B液体的液位达到H位置时，YV2关闭；接着电动机M开始运转搅拌20s，而后YV3电磁阀打开，C液体（A、B混合液）流出，当C液体的液位下降到L位置时，开始20s计时，在此期间C液体全部流出，20s后YV3关闭，一个完整的周期完成。以后自动重复上述过程。

②当按下停止按钮后，装置要完成一个周期才停止。

③可以用手动方式控制A、B液体的注入和C液体的流出，也可以手动控制搅拌电动机的运转。

5.2.2 确定输入/输出设备并分配合适的I/O端子

液体混合装置控制采用的输入/输出设备和对应的PLC端子如表5-1所示。

5.2.3 绘制PLC控制线路图

图5-8为液体混合装置的PLC控制线路图。

5.2.4 编写PLC控制程序

1．绘制状态转移图

在编写较复杂的步进程序时，建议先绘制状态转移图，再对照状态转移图的框架绘制梯形图。图5-9为液体混合装置控制的状态转移图。

2．编写梯形图程序

启动三菱PLC编程软件，按状态转移图编写梯形图程序，编写完成的液体混合装置控制梯形图如图5-10所示，该程序使用三菱FXGP/WIN-C软件编写，也可以用三菱GX Developer软件编写，但要注意步进指令使用方式与FXGP/WIN-C软件有所不同，具体区别可如图5-4所示。

5.2.5 详解硬件线路和梯形图的工作原理

下面结合图5-8控制线路和图5-10梯形图来说明液体混合装置的工作原理。

液体混合装置有自动和手动两种控制方式，它由开关QS来决定（QS闭合：自动控制；QS断开：手动控制）。要让装置工作在自动控制方式，除了开关QS应闭合外，装置还须满足自动控制的初始条件（又称原点条件），否则系统将无法进入自动控制方式。装置的原点条件是L、M、H液位传感器的开关SQ1、SQ2、SQ3均断开，电磁阀YV1、YV2、YV3均关闭，电动机M停转。

1．检测原点条件

图5-10梯形图中的第0梯级程序用来检测原点条件（或称初始条件）。在自动控制工作前，若装置中的C液体位置高于传感器L→SQ1闭合→X002常闭触点断开，或Y001～Y004常闭触点断开（由Y000～Y003线圈得电引起，电磁阀YV1、YV2、YV3和电动机M会因此得电工作），均会使辅助继电器M0线圈无法得电，第16梯级中的M0常开触点断开，无法对状态继电器S20置位，第35梯级S20常开触点断开，S21无法置位，这样会依次使S21、S22、S23、S24常开触点无法闭合，装置无法进入自动控制状态。

如果是因为C液体未排完而使装置不满足自动控制的原点条件，可手动操作SB5按钮，使X013常开触点闭合，Y003线圈得电，接触器KM3线圈得电，KM3触点闭合接通电磁阀YV3线圈电源，YV3打开，将C液体从装置容器中放完，液位传感器L的SQ1断开，X002常闭触点闭合，M0线圈得电，从而满足自动控制所需的原点条件。

2．自动控制过程

在启动自动控制前，需要做一些准备工作，包括操作准备和程序准备。

①操作准备：将手动/自动切换开关QS闭合，选择自动控制方式，图5-10中第16梯级中的X010常开触点闭合，为接通自动控制程序段做准备，第22梯级中的X010常闭触点断开，切断手动控制程序段。

②程序准备：在启动自动控制前，第0梯级程序会检测原点条件，若满足原点条件，则辅助继电器线圈M0得电，第16梯级中的M0常开触点闭合，为接通自动控制程序段做准备。另外，当程序运行到M8002（触点利用型辅助继电器，只有触点没有线圈）时，M8002自动接通一个扫描周期，“SET S0”指令执行，将状态继电器S0置位，第16梯级中的S0常开触点闭合，也为接通自动控制程序段做准备。

③启动自动控制：按下启动按钮SB1→[16]X000常开触点闭合→状态继电器S20置位→[35]S20常开触点闭合→Y001线圈得电→Y1端子内部硬触点闭合→KM1线圈得电→主电路中KM1主触点闭合（图5-8中未画出主电路部分）→电磁阀YV1线圈通电，阀门打开，注入A液体→当A液体高度到达液位传感器M位置时，传感器开关SQ2闭合→[37]X003常开触点闭合→状态继电器S21置位→[40]S21常开触点闭合，同时S20自动复位，[35]S20触点断开→Y002线圈得电，Y001线圈失电→电磁阀YV2阀门打开，注入B液体→当B液体高度到达液位传感器H位置时，传感器开关SQ3闭合→[42]X004常开触点闭合→状态继电器S22置位→[45]S22常开触点闭合，同时S21自动复位，[40]S21触点断开→Y004线圈得电，Y002线圈失电→搅拌电动机M运转，同时定时器T0开始20s计时→20s后，定时器T0动作→[50]T0常开触点闭合→状态继电器S23置位→[53]S23常开触点闭合→Y003线圈被置位→电磁阀YV3打开，C液体流出→当液体下降到液位传感器L位置时，传感器开关SQ1断开→[10]X002常开触点断开（在液体高于L位置时SQ1处于闭合状态）→下降沿脉冲会为继电器M1线圈接通一个扫描周期→[55]M1常开触点闭合→状态继电器S24置位→[58]S24常开触点闭合，同时[53]S23触点断开，由于Y003线圈是置位得电，故不会失电→[58]S24常开触点闭合后，定时器T1开始20s计时→20s后，[62]T1常开触点闭合，Y003线圈被复位→电磁阀YV3关闭，与此同时，S20线圈得电，[35]S20常开触点闭合，开始下一次自动控制。

④停止控制：在自动控制过程中，若按下停止按钮SB2→[6]X001常开触点闭合→[6]辅助继电器M2得电→[7]M2自锁触点闭合，锁定供电；[68]M2常闭触点断开，状态继电器S20无法得电，[16]S20常开触点断开；[64]M2常开触点闭合，当程序运行到[64]时，T1闭合，状态继电器S0得电，[16]S0常开触点闭合，但由于常开触点X000处于断开（SB1断开）状态，状态继电器S20无法置位，[35]S20常开触点处于断开状态，自动控制程序段无法运行。

3．手动控制过程

将手动/自动切换开关QS断开，选择手动控制方式→[16]X010常开触点断开，状态继电器S20无法置位，[35]S20常开触点断开，无法进入自动控制；[22]X010常闭触点闭合，接通手动控制程序→按下SB3, X011常开触点闭合，Y001线圈得电，电磁阀YV1打开，注入A液体→松开SB3, X011常闭触点断开，Y001线圈失电，电磁阀YV1关闭，停止注入A液体→按下SB4注入B液体，松开SB4停止注入B液体→按下SB5排出C液体，松开SB5停止排出C液体→按下SB6搅拌液体，松开SB6停止搅拌液体。