PLC对配料工艺的控制

我们公司的染化料配料工序，以前生产过程上基本依靠人工操作来完成，生产效率低，产量少，质量不稳定，原料浪费严重。随着公司日益发展的需要，公司领导决定投资进行设备改造，并指派我设计一条自动化程度较高的配料生产线。通过多次研究和论证，并征得公司领导的同意后，决定采用目前在我国市场占有率较高的三菱公司生产的型号为F1-40MR的PLC机型，作为主控设备。该机型控制性能好，价格便宜，具有较高的性价比。

一、 配料工艺流程介绍

配料的工艺过程是在三个容器中进行的，化学反应中的各个容器之间用泵进行输送；A染化料罐和B染化料罐装有液位传感器，用于检测A罐和B罐内液位是否低于警戒线；每个容器内装有压力传感器，用于检测容器的空和满；2#容器和B罐装有加热器和温度传感器，用于给B罐内染化料加热和检测温度；3#容器装有搅拌器，用于使反应充分。当1#、2#容器里的液体抽到3#容器时，启动搅拌器。1#、2#容器的体积比按化学反应中A罐溶液和B罐染化料的消耗量而定，1#、2#容器内的液体可以将3#容器装满。.

二、工作过程及控制要求

1、初始状态
A罐和B罐液位在警戒线之上，3个容器全都是空的，泵P1、P2、P3、P4、P5全部关闭；B罐和2#容器的加热器关闭，3#容器的搅拌器M关闭。
2、启动操作
按下启动按扭后，要求按以下步骤自动工作：
（1）B罐中染化料温度低于20度，打开加热炉R2,同时打开泵P1、P2,A罐溶液进入1#容器内，B罐染化料液体进入2#容器内，直到两容器全部
装满为止。当温度高于40度时，加热炉R2断电停运。
（2）关闭泵P1、P2，并打开加热器R1加热，直到容器内的温度到达温度传感器的动作温度（传感器动作温度可根据反应要求设定）。
（3）关闭加热器1，并同时打开泵P3、P4及搅拌器M，将1#和2#容器中的液体放入到3#容器中，直到1#、 2#放空3#装满，搅拌器M工作60秒后结束（搅拌时间可根据实际反应情况进行调整）。
（4）关闭搅拌器M、泵P3、P4，并打开泵P5，将3#容器内的混合染化料液体经过过滤器抽到分离装置内，直到3#容器放空为止。
3、停止操作
在任何时候按下停止开关或染化料罐的液位低于警戒线时，控制系统要将当前的生产过程进行到最后一步，才能停止动作，以防染化料的浪费，同时做到工作有序。当染化料罐的液位低于警戒线时，报警铃发出报警铃声。

三、I/O分配表

输入继电器 输出继电器
启动开关 K0 X400 泵 P1 Y430
停止开关 K1 X401 泵 P2 Y431
1#容器满 K2 X402 加热器 R1 Y432
1#容器空 K3 X403 泵 P3 Y433
2#容器满 K4 X404 泵 P4 Y434
2#容器空 K5 X405 搅拌器 M Y435
3#容器满 K6 X406 泵 P5 Y436
3#容器空 K7 X407 加热器 R2 Y437
2#温度传感器 K8 X410 报警铃 Y530
A罐液位传感器 K9 X411
B罐液位传感器 K10 X412
B罐20度传感器 K11 X413
B罐40度传感器 K12 X500

四、功能图的设计

根据以上工作过程及控制要求，可以画出控制系统的状态转换图。图中含有两个并发序列和一个跳转循环序列，为了编程简便，采用状态指令编程。图中用到了特殊辅助继电器M71，它是一个初始化脉冲继电器，PLC刚运行时，M71就接通，自动发出宽度为一个扫描周期的单脉冲信号，给状态寄存器S600-S623进行复位，并将初始状态寄存器S600置位。

五、梯形图的设计

根据状态转换图，用三菱编程软件编制的梯形图程序如下:
梯形图中各个传感器的动作特点为：
（1）“空”传感器的特点是当容器空，相应的输入继电器常开接点闭合，常闭接点断开；“满”传感器的特点是当容器满，相应的输入继电器常开接点闭合，常闭接点断开。
（2）B罐温度低于20度，输入继电器X413常开接点闭合，常闭接点断开，温度高于40度，输入继电器X500常开接点闭合，常闭接点断开（B罐温度在20度-40度主要是为了防止B罐内染化料在低温下凝结成固态，从而保证B罐内的染化料能顺利的被泵抽出）。
(3)染化料罐液位高于警戒线时，输入继电器X411和X412常开接点闭合，常闭接点断开；染化料罐液位低于警戒线时，输入继电器X411和X412常开接点断开，常闭接点闭合。

六、电路图的连接

设备名称 泵 P1 泵 P2 加热器R1 泵 P3 泵 P4
接触器号 C0 C1 C2 C3 C4
设备名称 搅拌器M 泵 P5 加热器R2 报警铃
接触器号 C5 C6 C7 C8

七、指令语句表

F1-40MR型号的PLC机配套使用的手持式简易编程器的型号为F1-20P-E，它通过型号为F1-20P-CABO专用电缆和PLC连接。这种编程器体积小，携带方便，操作简单，通常用于在工作现场进行在线编程，或对程序进行编辑、调试及监控。但这种简易编程器一般只能对指令表语言进行操作，不能直接对梯形图进行操作，因此，有必要将梯形图转化成为如下指令语句表程序。

步序号 助记符 操作数 步序号 助记符 操作数 步序号 助记符 操作数
0 LD M71 21 S S611 44 S S620
1 ZRST 22 STL S612 45 STL S621
S600 23 OUT Y431 46 OUT Y435
S623 24 LD X404 47 OUT T450
2 S S600 25 S S613 48 K600
3 STL S600 26 STL S611 49 LD T450
4 LD X400 27 STL S613 50 S S622
5 ANI X401 28 S S614 51 STL S616
6 AND X411 29 STL S614 52 STL S620
7 AND X412 30 OUT Y432 53 STL S622
8 ANB 31 LD X410 54 S S623
9 LD X413 32 S S615 55 STL S623
10 OR Y437 33 S S617 56 OUT Y436
11 ANI X500 34 S S621 57 LD X407
12 OUT Y437 35 STL S615 58 S S600
13 LDI X413 36 OUT Y433 59 RET
14 ORB 37 LD X406 60 LD X411
15 ANI X413 38 OR X403 61 OR X412
16 S S610 39 S S616 62 ANI X401
17 S S612 40 STL S617 63 OUT Y530
18 STL S610 41 OUT Y434 64 END
19 OUT Y430 42 LD X405
20 LD X402 43 OR X406

八、步进指令及编程方法介绍

在工业控制中，除了过程控制系统外，大部分的控制系统属于顺序控制系统。所谓顺序控制系统，是指按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，控制生产过程中的各个执行机构自动有序的进行操作的过程。
对于一个复杂的顺序控制系统，用1的基本指令编程，有时显得很困难，即使编出程序，其梯形图往往长达数百行，指令表语句的可读性很差，修改也不方便。为此，F1系列的PLC在基本指令的基础上又增加了步进控制指令，其目标元件是状态寄存器，标号为S600-S647,共有40个（注：F1的I/O元件采用八进制数编号）。
步进指令仅适用于顺序控制系统。使用步进指令时，首先要根据系统的控制要求，设计状态转换图，再将状态转换图转换成梯形图，最后由梯形图转换成指令表。

状态转换图是一种描述顺序控制系统的图形说明