基于西門子PLC的液體混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李國勇

摘 要：在當(dāng)前傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌過程中還存在很多的不足，為更好的進(jìn)行攪拌，通過PLC系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行混合。通過硬件和軟件的使用，進(jìn)一步滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

關(guān)鍵詞：西門子；PLC；液體混合；控制系統(tǒng)

1.前言

本文主要就西門子PLC的液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及相關(guān)的使用進(jìn)行分析，就出現(xiàn)的問題進(jìn)行闡述。

2.概述

本液體混合控制系統(tǒng)運(yùn)用的是以S7-200PLC為主控制器的

控制系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，如由單片機(jī)、繼電器等構(gòu)成的控制系統(tǒng)。該混合控制系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)是模塊化結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)清晰便于維護(hù)。例如，在混合容器中將兩種液體按一定比例混合，電動(dòng)機(jī)攪拌后，將混合均勻的液體輸出容器，并形成循環(huán)狀態(tài)。本設(shè)計(jì)以S7-200PLC控制器為液體混合控制中心，從控制系統(tǒng)的軟硬件組成到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程（包括液體混合裝置的方案設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)、要求設(shè)計(jì)、梯形圖設(shè)計(jì)、外部連接通信等），對(duì)其中的設(shè)計(jì)及制作過程做簡明的介紹和概述。設(shè)計(jì)采用西門子公司的S7系列去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。

3.液體混合裝置的方案設(shè)計(jì)

3.1液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

某液體控制系統(tǒng)裝置示意圖如圖1所示。

3.2可編程控制器及其基本結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)采用的控制器是西門子S7-200型可編程控制器，采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，控制示意圖如圖2所示。本設(shè)計(jì)采用西門子公司S7-200系列CPU224XP的PLC為主控制器。在實(shí)驗(yàn)室臺(tái)上的PC機(jī)里安裝一款由西門子公司提供的STEP7MicroWinV4.0SP6編程軟件作為人機(jī)界面，編寫程序、調(diào)試程序、下載程序等。PC機(jī)與PLC實(shí)驗(yàn)機(jī)用一根PC/PPI電纜連接進(jìn)行通信，并對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。用RS-485總線將PC機(jī)與PLC實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行連接。

4.液體混合控制系統(tǒng)PLC的軟件設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)

STEP7MicroWinV4.0SP6編程軟件是專門為PLC編程設(shè)計(jì)的一款軟件，其程序是通過梯形圖來實(shí)現(xiàn)。梯形圖是在繼電器與接觸器邏輯控制基礎(chǔ)上演變而來的，其中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，若位觸發(fā)器為“1”態(tài)，表示該繼電器線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開，反之為“O態(tài)”。液位傳感器（英文名稱Liquidlevelsensor）是一種檢測裝置，在本設(shè)計(jì)中將檢測到混合裝置中的液位信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)傳送給PC機(jī)，進(jìn)而在PC機(jī)上能夠?qū)⑿畔⒆鱿鄳?yīng)的處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制。液位傳感器在液體混合控制系統(tǒng)中起著重要的作用。該控制系統(tǒng)的工作過程如下所示：H、I、L為3個(gè)液位傳感器，液體淹沒時(shí)接通。進(jìn)液閥Q0.0、Q0.1分別控制A液體和B液體進(jìn)液，出液閥Q0.2控制混合液體出液。

4.1初始狀態(tài)：當(dāng)裝置投入運(yùn)行時(shí)，進(jìn)液閥Q0.0、Q0.1關(guān)閉，出液閥Q0.2打開10秒將容器中的殘存液體放空后關(guān)閉。

4.2起動(dòng)操作：按下起動(dòng)按鈕SB1，液體混合控制系統(tǒng)工作順序如下所示：①打開進(jìn)液閥Q0.0，A液體流入容器，液位上升。②液位上升到I處時(shí)，進(jìn)液閥Q0.0關(guān)閉，A液體停止流入，同時(shí)打開進(jìn)液閥Q0.1，B液體開始流入容器。③液位上升到H處，進(jìn)液閥Q0.1關(guān)閉，B液體停止流入，此時(shí)攪拌電動(dòng)機(jī)開始工作。④混合液體攪拌。⑤當(dāng)攪拌電機(jī)攪拌均勻后停止攪拌，放液閥Q0.2打開，開始放液，液位開始下降。⑥液位下降到L處時(shí)，開始計(jì)時(shí)且裝置繼續(xù)放液，將容器放空，計(jì)時(shí)滿10秒后將放液閥Q0.2關(guān)閉，自動(dòng)開始下一個(gè)循環(huán)。

4.3停止操作：工作循環(huán)完成后再停止。工作中，若按下停止按鈕SB2，裝置不會(huì)立即停止，而是完成當(dāng)前工作。

5.硬件設(shè)計(jì)

基于本系統(tǒng)的工作原理，選用西門子公司S7-200CPU226CN型PLC為主控制器。S7-200PLC是德國西門子公司研制的一種新型可編程控制器，可應(yīng)用于各種自動(dòng)化系統(tǒng)。它結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，工作可靠，功能指令強(qiáng)大，存儲(chǔ)容量大，編程方便，抗干擾能力強(qiáng)，成為各種小型控制任務(wù)理想的解決方案。本系統(tǒng)采用EM235模擬量輸入輸出模塊，可接收檢測機(jī)構(gòu)輸入的0V～5V直流信號(hào)，并可通過編程輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的0V～5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。利用西門子S7-200可編程序控制器編寫一個(gè)控制程序即可滿足本系統(tǒng)的要求。S7-200CPU226CN型PLC支持多種通信協(xié)議，包括PPI點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（Point-to-Point），MPI多點(diǎn)協(xié)議 （Multi-Point），Profibus協(xié)議。PPI協(xié)議是一個(gè)主/從協(xié)議，通過令牌環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)使用RS485標(biāo)準(zhǔn)雙絞線，PPI電纜用于連接PC機(jī)的232接口和PLC的485接口。當(dāng)數(shù)據(jù)從RS232傳送到RS485時(shí)，PC/PPI電纜是發(fā)送模式；當(dāng)數(shù)據(jù)從RS485傳送到RS232時(shí)，PC/PPI電纜是接收模式。液位傳感器的信號(hào)通過電纜傳送到PLC中。人機(jī)界面采用西門子公司提供的STEP7MicroWinV4.0PLC編程軟件，進(jìn)行程序的組態(tài)、編譯、上傳、調(diào)試和運(yùn)行。

其中PLC控制單元的輸入輸出分配表如表1所示，PLC和各個(gè)測量控制點(diǎn)的分配表和接線圖如圖1所示。

5.軟件設(shè)計(jì)

控制程序設(shè)計(jì)在西門子公司提供的STEP7MicroWniV4.0PLC編程軟件下進(jìn)行廠已是S7-200系列的PLC的編程軟件，可以對(duì)S7-200的所有功能進(jìn)行編程。該軟件在WINDOWS'下臺(tái)上運(yùn)行，其基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件任務(wù)。例如創(chuàng)建用戶程序、修改和編輯過程中編輯器具有簡單語法檢查功能，還可以自接用軟件設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控。本程序采用了在PLC編程中常用的梯形圖進(jìn)行編譯、調(diào)試和修改，并采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法Czl。具體控制程序如下，其他程序略。

6.結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的過程中，要不斷運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，提升液體混合的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004.endprint