基于SX-801教学实验平台的PLC实训项目教学探索-以液体配料自动控制系统设计为例
摘要：本文应用三菱公司生产的具有高性能价格比的FX3U系列PLC，设计实现液体配料自动控制系统。该系统结合了平日教学中所用到的可编程控制器（PLC）的多方面设计知识和方法，利用了SX-801教学实验平台、FX3U-48M PLC搭建控制系统。
关键词：可编程控制器 液体配料 自动控制系统
一、选取PLC控制的意义
配料生产是指在生产过程中，运用感测原料数量的方法确定某一原料的添加量，把不同的原料按照一定的配比关系混合在一起，为后续生产过程所使用，从而达到生产出社会需求的产品的目的。从满足配料自动控制系统的安全性、扩展性和可靠性方面考虑，目前常见的配料自动控制系统，主要有单片机控制、PLC控制、工业控制计算机集中控制等类型。于PLC的诸多优势，结合配料自动控制系统的需求，选择三菱公司的FX3U-48可编程序控制器进行系统设计，结合实际条件，选取SX-801教学实验平台搭建液体配料自动控制系统模拟仿真系统。
二、系统控制要求
如图2-1所示，该控制系统初始状态，容器是空的，Y1、Y2、Y3电磁阀和搅拌机均为OFF，液面传感器L1、L2、L3均为OFF，加热器H为OFF（T为温度传感器）；
(1)按启动按钮SB1，打开液体A电磁阀，开始注入液体A，至液面高度为L3(L3=ON)时，停止注入液体A同时开启液体B电磁阀，注入液体B，当液面升至L2(L2=ON)时，停止注入液体B同时开启液体C电磁阀，注入液体C，当液面升至L1(L1=ON)时停止液体C注入；
(2)液体C停止注入后，立刻开启搅拌机(M=ON)，搅拌混合时间为10S；
(3)搅拌停止后(M=OFF)开始加热(H=ON)，当混合液温度达到某一指定值时，T=ON，H=OFF，加热器停止加热，放出混合液体(Y4=ON)，至液体高度降为L3(L3=ON)后，再经5S停止放出(Y4=OFF)；按下停止按钮SB2后，当前操作完毕后，停止操作，回到初始状态。自动开始下一周期(即从阀门Y1打开注入液体A处开始循环)。
(4)按下按钮SB2，装置随时停止运行。
图2-1 三种液体混合控制设备示意图
三、系统程序设计
（1） 设计说明
在多种液体自动混合模块上，各指示灯为共阴极（即0V）工作，液面传感器液面信号与温度传感器温度到达信号以拨动开关模拟，拨动开关时，相应指示灯会点亮。在实际中采用传感器对模拟信号进行A/D转换与信号采样，因为条件所限在此不做复杂考虑。启动停止按钮在开关、按钮板上选取自复式按钮的常开端。
（2） 液体配料自动控制系统的输入/输出分配表
输入 输出
输入继电器 元件代号 作用 输出继电器 元件代号 作用
X000 SB1 启动 Y000 Y1 液体A电磁阀
X001 SB2 停止 Y001 Y2 液体B电磁阀
X002 L1 液位传感器 Y002 Y3 液体C电磁阀
X003 L2 液位传感器 Y003 KM1 搅拌电机M
X004 L3 液位传感器 Y004 KM2 电炉H
X005 T 温度传感器 Y005 Y4 放液电磁阀
（3） 液体配料自动控制系统的部分程序（如图3-3所示）：
图3-1 液体配料自动控制系统部分梯形图程序
四、外部接线
本次实验利用的是FX3U-48M系列的PLC、多种液体自动混合模块来进行液体配料自动控制系统的外部接线的仿真。其外部接线原理图如下图4-1所示。
图4-1 外部接线原理图
由于实验室模拟仿真设备有别于实际设备，根据外部接线原理图，在实验平台上搭建液体配料自动控制系统模拟仿真系统，完成后如图4-2所示。
图4-2 模拟仿真系统
五、调试、运行
（一）调试
为了便于观察设计的程序，我们利用三菱PLC的编程软件GX Developer来对程序进行编写调试。首先，创建一个新SFC工程，建好梯形图块和SFC块；设计好SFC功能块图，完成编译；编译成功后把程序上传到PLC；成功后进入监控状态下，再启动程序，观察程序的运行。如果程序无法写入，请进行通信测试，如测试未成功，需进行端口设置。
（二）运行
按以下步骤启动运行:按一下启动按钮SB1，Y1指示灯亮；打开拨动开关L3,L3、Y2指示灯亮,Y1指示灯灭；打开拨动开关L2,L2、Y3指示灯亮,Y2指示灯灭；打开拨动开关L1,L1指示灯亮,Y3指示灯灭，M指示灯亮；M指示灯亮10S后灭，同时H指示灯亮；打开拨动开关T,T指示灯亮,H指示灯灭，同时Y4指示灯亮；关闭拨动开关L1,L1指示灯灭；关闭拨动开关L2,L2指示灯灭；关闭拨动开关L3,L3指示灯灭，5S后Y4指示灯灭，同时Y1指示灯亮，依此循环；任意时刻，按下SB2，系统停止运行，回到初始状态，按下SB1即可启动循环。程序运行正常则系统功能完整。
六、小结
液体配料自动控制系统设计项目还可以增加手动模式，以及手自动自由切换模式，并可以加触摸屏进行外部控制监控系统运行状态。通过SX-801教学实验平台，结合FX3U可编程逻辑控制器，还可以实现“交通灯”、“立体喷泉”等课题设计及模拟仿真。学生通过多种项目的学习锻炼，实现了理论与实践知识的完美结合。
参考文献
[1]瞿彩萍.《PLC应用技术》（三菱 第二版）[M].中国劳动社会保障出版社.2014.01.22
