S7-200PLC在溢流染色機控制系統中的應用

汪海燕

（浙江警官職業學院 安全防范系，浙江 杭州 310018）

0 引 言

染色機控制技術是紡織品生產過程的關鍵因素之一，傳統的染色機控制技術基本上是采用人工監視和手工操作方式，往往造成色差、色花、條痕等疵點，使織物的等級降低，復染率上升，產品質量和穩定性無法保證。為了提高產品的質量和穩定性，單片機與繼電器控制系統逐步取代了人工控制。但此類系統由于使用了大量的繼電器，控制觸點多，由于染色設備工作于潮濕腐蝕性環境之下，導致控制系統故障率高，檢修周期長，只能執行簡單的順序控制功能，控制功能單一；同時單片機自身保護差，抗干擾能力不強，已經不能滿足現代染機控制器技術的要求。一些先進的染色設備采用的自動控制系統由于造價較高、操作復雜等原因又限制了其在中小企業的應用。

因此，本研究采用S7-200PLC[1-2]構建溢流染色機控制系統，從而提高染色機的功能和性能，提高整個染整企業的自動化化水平。

1 溢流染色機工作原理

織物染色生產工藝流程包括入水、入布、加染料、升溫、降溫、保溫、取樣、水洗、排水、出布等。溢流染色機采用溢流原理，染色機工作原理圖如圖1所示。

圖1 染色機工作原理圖

染液在浸漬槽（1）底部經循環泵（4）作用后，由熱交換器（6）加熱后進入溢流槽（3），溢流槽（3）內布置了溢流管進口，當染液充滿溢流槽后，由于和染槽之間的上下液位差，染液溢入溢流管時帶動織物一同進入染槽，循環運行，達到染色的目的[3]。

2 系統功能

系統功能介紹如下：

（1）系統具有溫度檢測功能；

（2）可以通過外接一個TD 200文本顯示器輸入不同的染色工藝存儲在PLC中；

（3）系統具有重要故障報警功能；

（4）系統具有緊急停車功能；

（5）系統具有基本的啟動自檢功能；

（6）系統具有防止誤操作功能；

（7）系統具有一定的可擴展性，系統可以通過擴展模塊同上位機上的人機交互界面對參數進行詳細的設置與調整；

（8）采用MPI通信網絡進行染色工藝的下傳與現場信號的回傳。

3 硬件系統

3.1 控制器的選型

PLC是專為工業控制設計的，具有強抗干擾能力，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業環境中使用。該控制系統的控制器選擇西門子的S7-200系列CPU226XM。

3.2 PLC的硬件配置

溢流染色機O型缸結構圖如圖2所示。

根據圖2，可得出系統需配置的I/O點數分別為：DI 16、DO 28、AI 2。對于一個被控的對象，所使用的I/O點數不會輕易變化，但是考慮到工藝和設備的改造，或I/O模塊的損壞、故障等，一般應保留1/8的余量[4-10]。因而在PLC的CPU選型上，該系統采用帶24點DI、16點DO的CPU226XM；輸出外擴了兩塊帶8點DO的EM222；針對兩路溫度的模擬量輸入，該系統外擴了帶兩點模擬輸入的熱電阻模塊EM231。

圖2 染色機結構圖

系統結構示意圖如圖2所示，系統硬件清單如表1所示。

表1 系統硬件硬件清單表

染色機的加熱閥、冷凝水閥、冷卻閥、冷卻水閥、加壓閥、泄壓閥工作時會動作比較頻繁，特別是泄壓閥，因而PLC的輸出接口電路采用了晶體管輸出。而兩塊擴展模塊EM222的輸出接口電路使用了繼電器輸出。

該系統外接了一個TD200文本顯示器顯示染色過程中的一些操作信息，該顯示器適用于所有西門子S7-200系列的PLC。TD200連接很簡單，研究者只需用它提供的連接電纜接到S7-200系列PLC的PPI口上即可，不需要單獨的電源。

該系統采用MPI網絡與上位機通訊，最多可以連接32個節點，普通PC通過CP5611通信卡聯入MPI網絡，各個PLC通過EM277聯入MPI網絡。

MPI網絡控制系統示意圖如圖3所示。

圖3 硬件配置圖

4 軟件系統

控制軟件采用模塊化結構設計，將染色的過程分解為不同的步來實現，這樣會更具有邏輯性，便于軟件的使用與維護。S7-200編程采用西門子公司的STEP7-MICRO WIN32軟件包，該軟件運行于WIN?DOWS環境下，界面友好，編程方便。

PLC的控制程序主要有主程序、入水、布、加染料、升溫、降溫、保溫、取樣、水洗、排水、出布、通訊等子程序構成，每個子程序是否執行，需要根據網絡下傳的染色工藝參數來決定。根據順序控制的特點，本研究將染色工藝曲線分成若干個“步”，每一步都可能包括入水、入布、備料、加料等功能，在PLC中開辟了一個存放網絡下傳單步染色工藝的內存區Xi，i表示第i步(i=1,2,3…)，同時設置了控制動作完成標志位，M0.0置位表示入水完成，M0.1置位表示入布完成等以及M1.0～M1.3全部置位時，則表示當前步已執行完畢。

主程序順序邏輯圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

限于篇幅，本研究僅介紹入水的程序設計過程。入水是指往染缸內加水，它有兩種方式，一種是入冷水，即開入冷水閥V1；另一種是入熱水，即開入熱水閥V2。由于在染缸上設置了液位開關，當液位到達液位開關位置后，則接通開關，停止入水，該系統設置了4個液位開關，相應的變量名為L0、L1、L2、L3，其中，L1、L2是染色入水水位，L3是水洗入水時使用的，L0是主馬達保護水位，以免損壞主馬達。同時系統若在給定的入水時間內，未檢測到染色水位Lμ或L2，則會產生報警信息并在TD200顯示器上顯示，同時入水閥保持開的狀態，直至到達染色水位。入水過程中顯示器上會提示當前正在“入水”。入水的程序框圖如圖5所示。

控制系統軟件實驗采用調試板和文本顯示器相結合的方法來完成。調試板用來模擬所有系統輸入信號，本研究采用自帶的MPI接口組成小型PLC通訊網絡輸入染色工藝參數，文本顯示器用來顯示輸出狀態、故障代碼及其他各種信息，可以方便地設置通信參數。目前該系統已完成實驗室調試。

圖5 入水流程圖

5 結束語

在上述理論和設計基礎上，由S7-200組成的溢流染色機控制系統在實際應用中能夠取得良好的控制效果，該系統充分利用了S7-200 PLC編程簡單可靠和參數整定方便迅速的優點，將輸入輸出信號通過編程實現對染色過程的控制，提高了染色的穩定性及系統的自動化水平，使得控制系統更加穩定可靠；同時，該系統操作簡便，操作人員在較短時間內便能掌握整個操作過程。

（References）：

[1] 梁春英，張成勝，王福麗.S7－200 PLC在啤酒發酵監控系統中的應用[J].工業控制計算機，2010，23（5）：107-108.

[2] 馬紀明，付 永，領王亮.S7－200 PLC在全自動打捆包裝機器人中的應用[J].電氣自動化，2004，26（6）：67-69.

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[5] 付賀檀，向 忠，史偉民.基于PLC的助劑配送自動控制系統[J].機電工程，2012，29（5）：549-552.

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