自定義功能塊編程在反滲透膜自動清洗設備中的應用

劉艷軍

摘 要：以反滲透膜自動清洗設備中的加熱器、補液閥和加藥泵為被控對象，依據控制要求對自定義功能塊進行了功能分析、功能設計。給出了運用西門子公司S7-200PLC編程軟件V4.0 STEP7 MicroWIN SP9進行自定義功能塊編程的方法。通過控制加熱器的運行時序圖驗證了自定義功能塊的有效性。自定義功能塊編程技術能夠減少用戶編程量，縮短編程調試周期，提高工作效率。

關鍵詞：自定義功能塊；S7-200PLC；反滲透膜自動清洗設備

中圖分類號：TP29 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）34-0027-03

Abstract： With the heater， filling valve and dosing pump in the reverse osmosis membrane automatic cleaning equipment as the controlled objects， the function analysis and function design of the self-defined function block are carried out according to the control requirements. The method of using Siemens S7-200PLC programming software V4.0 STEP7 MicroWIN SP9 to program the self-defined function block is given in this paper. The validity of the custom function block is verified by the operation sequence diagram of the control heater. Custom function block programming technology can reduce the amount of user programming， shorten the programming and debugging cycle， and improve work efficiency.

Keywords： custom function block； S7-200 PLC； reverse osmosis membrane automatic cleaning equipment

引言

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）具有安全可靠、易于編程、抗干擾能力強等諸多優點，一直以來在工業自動控制領域應用極其廣泛。PLC常用的編程語言有梯形圖（LAD）、語句表（STL）、功能塊圖（FBD）和順序功能圖（SFC）[1]。其中功能塊圖尤其是自定義功能塊編程能夠大大減少用戶編程量，縮短編程調試周期，降低程序調試難度[2]。

反滲透是20世紀60年代發展起來的一項新的膜分離技術，是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質進行分離的過程[3]。反滲透設備運行過程中，水質和水量的波動、操作不當或加藥設備故障等都會使膜元件受到不同程度的污染[4]。反滲透膜自動清洗設備用于清洗受到污染的反滲透膜，延長反滲透膜的使用壽命。自定義功能塊編程用于控制此設備中的加熱器、補液閥和加藥泵。

1 自定義功能塊的功能分析

功能塊由事件輸入、事件輸出、數據輸入、數據輸出、內部數據以及對這些參數進行操作的算法組成[5]。自定義功能塊的功能以滿足控制要求為原則，能夠在控制程序中被不同的控制對象所調用。因此，自定義功能塊的功能要依托所控對象的控制要求，輸入輸出信號特征進行設計。

在反滲透膜自動清洗設備中，依據清洗工藝一共設置五個工位，各工位由儲液箱、管路、膜殼組成。對儲液箱內溶液的加熱、補液、加藥控制工藝要求分兩種情況。其一，在“手動”狀態下通過上位機的觸摸按鈕能夠實現各儲液箱的溶液補充、溶液加熱、藥液加注功能。其二，在“自動”狀態下各儲液箱依據液位的高低反饋實現自動補液，依據溫度的高低反饋實現溶液加熱的自動啟停，依據pH值實現酸堿藥液的自動加注。

通過分析，利用自定義功能塊實現上述控制工藝。則自定義功能塊需要具備手動控制與自動控制兩種模式，能夠接收觸摸按鈕和傳感器反饋的開關量輸入信號，輸出信號包括手動狀態和自動狀態下的控制對象使能。由此可得自定義功能塊的輸入輸出（I/O）列表如表1所示。

2 自定義功能塊的設計

功能塊采用類似于數字邏輯門電路的圖形符號，邏輯直觀，使用方便，它有梯形圖編程中的觸點和線圈等價的指令，可以解決范圍廣泛的邏輯問題。西門子、三菱等品牌PLC的較新版本編程軟件都支持功能塊圖編程[6]。西門子S7-200PLC中自定義功能塊又稱作庫文件[7]，依據表1給出的I/O變量進行自定義功能塊設計。

打開編程軟件V4.0 STEP7MicoWIN SP9創建一個名稱為“HEATER”的子程序，子程序的名稱可以任意命名。在“HEATER”子程序中對照表1添加變量，如圖1所示。其中的L0.0～L0.7是軟件自動添加的變量，這八個變量屬于PLC內部軟元件。在網絡1中編寫手動控制程序，網絡2中編寫自動控制程序，如圖2所示。自定義功能塊的內部程序中手動模式有啟動、停止、自鎖和傳感器高限反饋保護，自動模式依靠傳感器低限反饋啟動，高限反饋停止，同時也有自鎖功能。右擊“庫”，單擊“新建庫”，如圖3所示。組件中選擇“HEATER”——“添加”，屬性中輸入庫的名稱及庫的文件夾保存地址，如圖4所示。“確定”后不保存項目退出軟件。

重新打開編程軟件，右擊“庫”——單擊“添加刪除庫”，打開對話框如圖5所示，選擇heater.mw1文件，點擊“添加”。完成添加后在軟件界面“指令”——“庫”中就會出現添加的庫（自定義功能塊）。

經過上述設計過程，便可在主程序中對自定義功能塊（庫文件）進行調用，如圖6所示。依據控制對象給自定義功能塊的各引腳賦予對應的變量，從而利用自定義功能塊實現不同對象的控制。在反滲透膜自動清洗設備中共有五個儲液箱加熱器，五個補液閥，三個加藥泵，共計十三個控制對象利用這個功能塊實現控制。

3 自定義功能塊的功能驗證

通過1#儲液箱加熱器和1#儲液箱補液閥DC2101的控制進行自定義功能塊的功能驗證。由圖6可知加熱控制的變量功能分別是SM0.0功能塊使能，M1.1手動模式，M0.4自動模式，M18.0、M18.1分別是觸摸屏啟動/停止1#儲液箱加熱器按鈕對應的變量，I4.5是1#儲液箱溶液低溫反饋信號，I4.6是1#儲液箱溶液高溫反饋信號，M2.0自動模式下加熱器使能，M2.1手動模式下加熱器使能。當選擇手動模式，M1.1接通，按下觸摸屏的一工位儲液箱加熱按鈕M18.0接通，則M2.1接通。M2.1接通后會接通PLC控制1#補液箱加熱器的對應輸出點，從而加熱器通電運行。同理，補液閥DC2101的控制與加熱控制類似。時序圖通過描述對象之間發送消息的時間順序來顯示多個對象之間的動態協作[8]。如圖7所示，手動控制1#儲液箱加熱器運行時序圖。當SM0.0高電平時功能塊使能接通，M1.1手動模式高電平，加熱啟動按鈕高電平，加熱停止按鈕低電平時，M2.1是高電平，接通加熱器。

4 結束語

自定義功能塊編程技術在反滲透膜自動清洗設備中已得到實際應用和驗證，效果理想。自定義功能塊編程降低了程序設計的重復繁瑣程度，使程序更趨向于模塊化、結構化。在具體工程應用中要結合實際合理進行自定義功能塊設計。

參考文獻：

[1]張春青，于桂賓.機床電氣控制系統維護[M].北京：電子工業出版社，2012：155.

[2]吳合福.自定義功能塊在自動化設備中的應用[J].上海電機學院學報，2011（5）：343-344.

[3]王艷，陳愛民，史志琴.反滲透膜離線清洗技術研究與應用[J].清洗世界，2010（1）：16.

[4]王磊，王峰，胡志強.反滲透膜離線清洗影響因素[J].工業水處理，2013（3）：90.

[5]王慧麗.功能塊編程技術研究與組態軟件設計[D].大連：大連理工大學，2008：8.

[6]王濤.功能塊編程在剪板機定長送料伺服控制中的應用[D].青島：青島大學，2009：6.

[7]西門子中國.S7-200PLC編程軟件V4.0 STEP7 MicroWIN SP9. https：//support.industry.siemens.com/cs/document/58523240/step7-microwin-v4-0-sp8-%E5%92%8C-sp9？dti=0&lc;=zh-CN.

[8]馬寶劍.開關量時序圖在PLC實訓教學中的應用[J].河南科技，2012（8）：42.