基于西門子PLC1200-SCL的自動液體攪拌機設計

陳澤涵 ， 張景擴 ， 王 粲 ， 陳思瀚

（1.蘇州大學應用技術學院，江蘇 蘇州 215300；2.山東財經大學燕山學院，山東 濟南 271199；3.江蘇大學，江蘇 鎮江 212000）

1 整體設計

本文設計的液體自動混合攪拌機可滿足啟動裝置后，A、B兩種液體的自動釋放、攪拌、釋放、循環功能，硬件上基于西門子PLC1200并融合液位控制開關、交流接觸器、中間繼電器等電氣元件，軟件上基于博途V15.1平臺，通過SCL進行程序編寫，仿真調試基于博途V15.1與西門子PLC1200實體平臺實現[1]。

2 硬件設計

由微機技術和控制技術相互結合，誕生出了一種以微型處理器為核心的、以控制為功能的特殊計算機PLC，由于以上原因PLC與一般的微機系統在組成上是類似的[2]。PLC的硬件主要由中央處理器（ Central Processing Unit, CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口、電源等部分組成[3-5]。其中，PLC的核心硬件是由CPU構成，連接現場輸入/輸出（I/O）設備與CPU之間的接口電路則是由輸入單元與輸出單元組成，用于與編程器、上位計算機等外設連接的是通信接口[6]。圖1是PLC的基本組成。

圖1 PLC的基本組成

本設計的液體自動混合攪拌機采用西門子PLC1200來控制，具有可靠、易操作、靈活、功能強等優點，可適用于多種應用。由于西門子PLC1200具有相當優秀的可擴展性，通信接口符合工業通信的最高要求，以及具有全面的集成工藝功能，因此它在完整的綜合自動化解決方案中可以作為一個高度集成的組件存在。具體型號為1214C DC DC DC，1214C擁有8個可擴展I/O模塊，滿足項目要求。電路中通過自復位按鈕（SB）負責啟停，液位控制開關（SL）負責液位低中高檢測，交流接觸器（KM）控制負責攪拌的三相交流異步電動機（M1），中間繼電器（KA）間接控制負責液體流出的電磁閥（YV），在電路中加入熱繼電器（FR）、熔斷器（FU）起到保護作用。

可視化已經成為自動化系統的標準配置，為了實現這個配置，西門子出品了由各種面板和WinCC軟件兩大部分組成的人機界面（HMI）產品[7]。國內的項目一般使用的是面板產品，其中微型面板、觸摸面板、操作員面板、移動面板和多功能面板是主要的面板產品類型。

在簡單應用或小型設備中，成本是關鍵因素。此時，操作面板只需要擁有基本的操作功能即可滿足以上兩種情況的使用要求，根據這個要求西門子公司推出了全新的SIMATIC精簡系列面板。該系列面板與SIMATIC S7-1200 PLC有著極高的兼容性，在功能方面專注于簡單應用，與此同時該系列面板有著各種尺寸的控制面板，使得以后設備的更新升級更加便利。在解決小型自動化應用的可視化控制方面的問題上，SIMATIC S7-1200與SIMATIC HMI 精簡系列面板之間的整合應用是一個完美的解決方案[8]。同時為了對SIMATIC S7-1200和SIMATIC HMI精簡系列面板進行高效組態，西門子公司研究開發出了一款高集成度工程組態系統即SIMATIC STEP 7 Basic，系統提供了直觀易用的編輯器。本項目采用KTP700 Basic面板，液體攪拌機PLC變量分配表如表1所示，電路原理圖如圖2所示。

圖2 基于西門子PLC1200-SCL的液體攪拌機電路原理圖

表1 液體攪拌機PLC變量分配表

3 軟件設計

軟件設計以博途V15.1軟件為工具，基于SCL語言實現自動液體攪拌機的軟件程序編寫， SCL （結構化控制語言）是按照國際電工技術委員會IEC1131-3標準定義的高級的文本語言，相較于STL編程語言，SCL運用其高級語言指令要更容易地編寫回路和條件分支[9]。因此，在復雜的最優化算法、管理大量的數據、管理重復使用的功能、公式計算等功能方面，SCL語言有著巨大的優勢。SIMATIC S7 SCL程序是在源代碼編輯器中編寫的，其中SCL被稱為結構化控制語言，采用“if”語句、“for”語句等來構建出“順序”“選擇”“循環”等結構，然后填充各指令，通過在程序塊添加新塊，選擇函數塊（FB），選擇SCL語言實現程序編寫。博途是西門子研發的業內首個采用統一的工程組態和軟件項目環境的自動化軟件，用戶可對西門子全集成自動化中涉及的所有自動化和驅動產品進行組態、編程和調試。建立SCL程序塊的過程：新建一個程序塊（FC塊或FB塊），在新建程序塊的對話框中選擇SCL語言。當打開一個SCL語言的程序塊后，便進入了SCL編輯環境[10]。

當按下啟動按鈕后，閥門A打開，A液體進入罐體，當液面升至中液位時，低、中液位控制開關閉合，使閥門A關閉，閥門B打開，B液體流入容器。當液面升到高液位時，高液位控制開關閉合，使閥門B關閉，開始攪拌，經6 s結束，打開閥門C，開始釋放混合液體。當液面下降到低液位時，低液位控制開關斷開，經3 s后罐體放空，閥門C關閉。由此完成自動液體混合攪拌。隨后將周期性循環，若在工作期間，按下停止按鈕，則會在循環周期結束后停止。

4 仿真調試

本文將PLC1214C與KTP700 Basic作為組態連接，再經博途V15.1將組態、軟件程序、畫面等信息下載到西門子PLC1200實體平臺，用以太網電纜線將PLC與觸摸屏連接起來，打開博途監控功能，對觸摸屏進行操作并分析輸出狀態，驗證其功能。

5 分析總結

本文基于西門子PLC1200-SCL，結合實際需求及規范，對A、B兩種液體的注入、攪拌、排出、循環進行設計，實現液體自動攪拌，提高了液體攪拌的生產效率。該技術容易實現，設計可靠，可用于實際生產。