基于PLC物料混合控制系统的设计与研究

摘 要：物料混合是很多行业经常用到的一种工序，利用PLC进行物料混合控制，具有通用、易变、可靠、经济等特点。文章通过对物位控制条件的模拟，利用PLC实现了物位的自动控制。

关键词：物料混合；自动控制；PLC

1 PLC物料混合控制的背景

在医药、食品、化工、建筑等行业中，多种物料进行混合及反应是一种常见的工序，随着计算机技术的发展，将自动控制技术应用到物料混合控制中，可以降低工人的劳动强度，减少操作误差，提高产品质量。传统的采用继电器或分立的电子线路来实现物料自动混合，由于某些行业的生产环境，使此种方法的广泛应用受到了限制。由于采用PLC进行物料混合控制，具有通用、易变、易修、可靠、经济的特点。因此，这种方法得到了广泛的应用。文章通过实验对物料混合控制环境进行模拟，利用PLC编程，实现了物料混合自动控制过程。

2 PLC的介绍

2.1 PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，中央处理单元（CPU），如图1所示。

图1 PLC硬件结构

（1）主机。主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。（2）输入/输出（I/O）接口。I/O接口是PLC与输入/输出设备联接的部件。输入接口用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如：接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰。（3）电源。PLC电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源。（4）编程器。编程器是PLC重要的外部设备，用于手持编程。利用编程器可输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视PLC工作状况。除手持编程器外，目前，使用较多的是利用通信电缆将PLC和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。（5）输入输出扩展接口。I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。（6）外部设备接口。此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。

2.2 可编程控制器的工作方式

PLC采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。其工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期循环。一条指令所需时间一般不超过100ms。

（1）输入采样阶段。PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。

（2）程序执行阶段。PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。

（3）输出刷新阶段。在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。

由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。

3 实验过程的分析与设计

3.1 物料混合原理

按启动按钮，进料阀V1打开，先加入物料1，相应的V1指示灯亮，物料达到到水位3时停止加入物料1，V1指示灯灭。延时1秒，进料阀V2打开，加入物料2，相应的V2指示灯亮，物料达到水位2（或水位1）时，停止加入物料2，V2指示灯灭。进料完毕后搅拌机开始工作，M亮，先正转10秒，POS指示灯亮，然后反转10秒，NEG指示灯亮，搅拌机停止工作，M灭，打开出料阀出料，相应的V3指示灯亮。待物料出完后，重复上述过程。

3.2 物料混合控制的软件设计

实验使用三菱FX2N PLC对整个过程进行控制。其输入输出分配如表1。

表1 输入输出分配表

PLC程序如下：

4 结束语

由于PLC可重复编程、多次重复使用等特点，使利用PLC进行物料混合自动控制得到了普遍的应用，文章通过对PLC程序的设计与研究及物料混合控制条件的模拟，实现了整个控制目标，在实验成功的基础上，根据使用条件和控制目标，可以对物位控制系统进行硬件搭建。

参考文献

[1]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]王炎宇.基于西门子PLC的液体混合系统设计[J].自动化技术与应用，2009（28）.

[3]欧姆龙（中国）有限公司.SYSMACC200H模拟量I/O单元操作手册[Z].

作者简介：金世佳（1980-），女，汉，助教，主要研究方向：控制理论与控制工程。

摘 要：物料混合是很多行业经常用到的一种工序，利用PLC进行物料混合控制，具有通用、易变、可靠、经济等特点。文章通过对物位控制条件的模拟，利用PLC实现了物位的自动控制。

关键词：物料混合；自动控制；PLC

1 PLC物料混合控制的背景

在医药、食品、化工、建筑等行业中，多种物料进行混合及反应是一种常见的工序，随着计算机技术的发展，将自动控制技术应用到物料混合控制中，可以降低工人的劳动强度，减少操作误差，提高产品质量。传统的采用继电器或分立的电子线路来实现物料自动混合，由于某些行业的生产环境，使此种方法的广泛应用受到了限制。由于采用PLC进行物料混合控制，具有通用、易变、易修、可靠、经济的特点。因此，这种方法得到了广泛的应用。文章通过实验对物料混合控制环境进行模拟，利用PLC编程，实现了物料混合自动控制过程。

2 PLC的介绍

2.1 PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，中央处理单元（CPU），如图1所示。

图1 PLC硬件结构

（1）主机。主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。（2）输入/输出（I/O）接口。I/O接口是PLC与输入/输出设备联接的部件。输入接口用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如：接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰。（3）电源。PLC电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源。（4）编程器。编程器是PLC重要的外部设备，用于手持编程。利用编程器可输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视PLC工作状况。除手持编程器外，目前，使用较多的是利用通信电缆将PLC和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。（5）输入输出扩展接口。I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。（6）外部设备接口。此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。

2.2 可编程控制器的工作方式

PLC采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。其工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期循环。一条指令所需时间一般不超过100ms。

（1）输入采样阶段。PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。

（2）程序执行阶段。PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。

（3）输出刷新阶段。在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。

由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。

3 实验过程的分析与设计

3.1 物料混合原理

按启动按钮，进料阀V1打开，先加入物料1，相应的V1指示灯亮，物料达到到水位3时停止加入物料1，V1指示灯灭。延时1秒，进料阀V2打开，加入物料2，相应的V2指示灯亮，物料达到水位2（或水位1）时，停止加入物料2，V2指示灯灭。进料完毕后搅拌机开始工作，M亮，先正转10秒，POS指示灯亮，然后反转10秒，NEG指示灯亮，搅拌机停止工作，M灭，打开出料阀出料，相应的V3指示灯亮。待物料出完后，重复上述过程。

3.2 物料混合控制的软件设计

实验使用三菱FX2N PLC对整个过程进行控制。其输入输出分配如表1。

表1 输入输出分配表

PLC程序如下：

4 结束语

由于PLC可重复编程、多次重复使用等特点，使利用PLC进行物料混合自动控制得到了普遍的应用，文章通过对PLC程序的设计与研究及物料混合控制条件的模拟，实现了整个控制目标，在实验成功的基础上，根据使用条件和控制目标，可以对物位控制系统进行硬件搭建。

参考文献

[1]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]王炎宇.基于西门子PLC的液体混合系统设计[J].自动化技术与应用，2009（28）.

[3]欧姆龙（中国）有限公司.SYSMACC200H模拟量I/O单元操作手册[Z].

作者简介：金世佳（1980-），女，汉，助教，主要研究方向：控制理论与控制工程。

摘 要：物料混合是很多行业经常用到的一种工序，利用PLC进行物料混合控制，具有通用、易变、可靠、经济等特点。文章通过对物位控制条件的模拟，利用PLC实现了物位的自动控制。

关键词：物料混合；自动控制；PLC

1 PLC物料混合控制的背景

在医药、食品、化工、建筑等行业中，多种物料进行混合及反应是一种常见的工序，随着计算机技术的发展，将自动控制技术应用到物料混合控制中，可以降低工人的劳动强度，减少操作误差，提高产品质量。传统的采用继电器或分立的电子线路来实现物料自动混合，由于某些行业的生产环境，使此种方法的广泛应用受到了限制。由于采用PLC进行物料混合控制，具有通用、易变、易修、可靠、经济的特点。因此，这种方法得到了广泛的应用。文章通过实验对物料混合控制环境进行模拟，利用PLC编程，实现了物料混合自动控制过程。

2 PLC的介绍

2.1 PLC的基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，中央处理单元（CPU），如图1所示。

图1 PLC硬件结构

（1）主机。主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，主要用来运行用户程序，监控输入/输出接口状态。系统程序存储器：主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序已由厂家固定，用户不能更改。用户程序及数据存储器：主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。（2）输入/输出（I/O）接口。I/O接口是PLC与输入/输出设备联接的部件。输入接口用于接收输入设备（如：按钮、行程开关、传感器等）的控制信号。输出接口用于将经主机处理过的结果通过输出电路去驱动输出设备（如：接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰。（3）电源。PLC电源指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源。（4）编程器。编程器是PLC重要的外部设备，用于手持编程。利用编程器可输入、检查、修改、调试用户程序或在线监视PLC工作状况。除手持编程器外，目前，使用较多的是利用通信电缆将PLC和计算机联接，并利用专用的工具软件进行编程或监控。（5）输入输出扩展接口。I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）联接在一起。（6）外部设备接口。此接口可将编程器、打印机、条形码扫描仪等外部设备与主机相连。

2.2 可编程控制器的工作方式

PLC采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作。其工作过程分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期循环。一条指令所需时间一般不超过100ms。

（1）输入采样阶段。PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的通/断状态或输入数据，并将此状态存入输入状态寄存器，即输入刷新。接着转入程序执行阶段。在程序执行期间，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入。

（2）程序执行阶段。PLC在执行阶段，按先左后右，先上后下的步序，执行程序指令。其过程如下：从输入状态寄存器和其它元件状态寄存器中读出有关元件的通/断状态，并根据用户程序进行逻辑运算，运算结果再存入有关的状态寄存器中。

（3）输出刷新阶段。在所有指令执行完毕后，将各物理继电器对应的输出状态寄存器的通/断状态，在输出刷新阶段转存到输出寄存器，去控制各物理继电器的通/断，这才是PLC的实际输出。

由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会立即改变，要等到下一个周期输入处理阶段才能改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，等到一个循环周期结束，CPU集中将这些输出信号全部输出给输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此全部输入、输出状态的改变就需要一个扫描周期，换言之，输入、输出的状态保持一个扫描周期。

3 实验过程的分析与设计

3.1 物料混合原理

按启动按钮，进料阀V1打开，先加入物料1，相应的V1指示灯亮，物料达到到水位3时停止加入物料1，V1指示灯灭。延时1秒，进料阀V2打开，加入物料2，相应的V2指示灯亮，物料达到水位2（或水位1）时，停止加入物料2，V2指示灯灭。进料完毕后搅拌机开始工作，M亮，先正转10秒，POS指示灯亮，然后反转10秒，NEG指示灯亮，搅拌机停止工作，M灭，打开出料阀出料，相应的V3指示灯亮。待物料出完后，重复上述过程。

3.2 物料混合控制的软件设计

实验使用三菱FX2N PLC对整个过程进行控制。其输入输出分配如表1。

表1 输入输出分配表

PLC程序如下：

4 结束语

由于PLC可重复编程、多次重复使用等特点，使利用PLC进行物料混合自动控制得到了普遍的应用，文章通过对PLC程序的设计与研究及物料混合控制条件的模拟，实现了整个控制目标，在实验成功的基础上，根据使用条件和控制目标，可以对物位控制系统进行硬件搭建。

参考文献

[1]于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]王炎宇.基于西门子PLC的液体混合系统设计[J].自动化技术与应用，2009（28）.

[3]欧姆龙（中国）有限公司.SYSMACC200H模拟量I/O单元操作手册[Z].

作者简介：金世佳（1980-），女，汉，助教，主要研究方向：控制理论与控制工程。