關(guān)云琿 黎步銀

（華中科技大學(xué)，湖北 武漢430074）

0 引言

目前噴烘工藝主要由繼電器控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)或PLC控制系統(tǒng)來完成。其中，繼電器控制因其可靠性較差、占用體積過大，以及控制中的自身缺點(diǎn)，現(xiàn)已被逐步淘汰。微機(jī)控制系統(tǒng)雖然最為智能，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且不能很好地適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。在現(xiàn)代工控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中以工業(yè)計(jì)算機(jī)——PLC為中心的特點(diǎn)愈發(fā)明顯，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段和實(shí)現(xiàn)過程中都離不開PLC技術(shù)的支持，特別是最終產(chǎn)品的性能很大程度上取決于PLC的性能［1］。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，常常利用PLC配合觸摸屏來自動完成此過程。

1 噴烘兩用油漆房系統(tǒng)概述

1.1 主要設(shè)備簡介

投入生產(chǎn)應(yīng)用的油漆房共有2間，使用2套相同的系統(tǒng)裝備，每套系統(tǒng)所含電氣器件明細(xì)如表1所示。

表1 電氣器件

1.2 控制要求

（1）噴烘過程有自動、手動2種模式可供選擇。（2）手動模式下可以分別控制每個循環(huán)風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)以及每個加熱器。（3）當(dāng)打到噴漆自動檔位時，循環(huán)風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)依次啟動，系統(tǒng)自動完成噴漆過程。（4）當(dāng)打到烘烤自動檔位時，循環(huán)風(fēng)機(jī)啟動，排風(fēng)機(jī)停止，設(shè)置烘烤溫度，6組加熱器按每分鐘開啟一組的順序依次啟動。（5）當(dāng)房間溫度達(dá)到70℃時，斷開一組加熱器，達(dá)到75℃時，再斷開一組，達(dá)到80℃時，斷開一組，依此類推。（6）當(dāng)房間溫度低于80℃時，開啟一組加熱器，達(dá)到75℃時，再開啟一組，達(dá)到70℃時，再開啟一組，依此類推。（7）記錄下噴漆工況、烘烤工況所用的時間。（8）為防止溫度過高造成的危險(xiǎn)，當(dāng)超過設(shè)置溫度時，系統(tǒng)會產(chǎn)生報(bào)警信號。

1.3 PLC選型和I／O口分配

西門子S7-200型系列CPU不同的容量就有不同的規(guī)格，比如以字節(jié)為單位，在運(yùn)行編程模式下，CPU221、CPU224、CPU226的程序存儲字節(jié)分別為4 096、8 192、16 384。特別需要注意的是，當(dāng)系統(tǒng)有模擬量信號存在或要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)該優(yōu)先選擇存儲容量大的CPU。

2間油漆房共包含2臺排風(fēng)機(jī)、4臺循環(huán)風(fēng)機(jī)、12組電加熱器、1個報(bào)警燈等裝置，再考慮到需要采集的溫度信號，本系統(tǒng)選用的PC主機(jī)為SIMATIC S7-200 CPU226和CPU223。由于需要采集2間油漆房的溫度模擬信號，再加上若干電控設(shè)備和手動開關(guān)等，所以需要增加擴(kuò)展模塊，本系統(tǒng)選用的是2塊EM231溫度擴(kuò)展模塊。

2 控制過程和軟件設(shè)計(jì)方案

2.1 系統(tǒng)工作流程

油漆房在工作過程中，噴漆、烘干過程可以選擇自動操作和手動操作，PLC的主要控制對象是加熱器、排風(fēng)機(jī)和循環(huán)風(fēng)機(jī)的工況，在此過程中，對室內(nèi)溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，以此來判斷加熱器開啟的數(shù)目。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主控制器選用的編程軟件是STEP 7-Micro／WIN，版本號是 V4.0 STEP 7-Micro／WIN。該軟件是在 Windows平臺下運(yùn)行的SIMATIC S7-200PLC編程專用軟件。當(dāng)S7-200系列PLC的CPU與帶有RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口的計(jì)算機(jī)或伺服驅(qū)動器連接時，需要配套選用S7-200PLC的PC／PPI轉(zhuǎn)換電纜或1個RS-232／RS-485轉(zhuǎn)換器［2］。本系統(tǒng)采用LAD編程語言實(shí)現(xiàn)，采用的主要是傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，運(yùn)用PLC的模塊化編程，調(diào)用多個子程序，使邏輯結(jié)構(gòu)更加明晰。

主程序包括溫度檢測顯示、噴漆設(shè)定溫度轉(zhuǎn)換模塊、循環(huán)風(fēng)機(jī)啟動模塊、噴漆加熱器延時啟動模塊、噴漆加熱器溫度控制模塊、排風(fēng)機(jī)工作模塊、烘烤時間設(shè)定和烘烤設(shè)定溫度轉(zhuǎn)換模塊、烘烤加熱器延時啟動模塊、烘烤加熱器溫度控制模塊、烘烤時間控制模塊、加熱器輸出控制模塊、風(fēng)機(jī)延時停止模塊、報(bào)警模塊，下面就幾個關(guān)鍵部分做具體分析。

子程序0的功能是：（1）將溫度擴(kuò)展模塊的模擬量輸入位AIW4和AIW6存入寄存器VW100和VW102中，將較小的溫度值存入VW104中。（2）將噴漆設(shè)定溫度存入變量VW122中，再將溫度模擬量輸入值VW100和VW102與VW122之差存入VW202，所得的差值主要用于溫度梯度的控制。

子程序1的功能是：（1）將工作溫度VW100、VW102與烘烤設(shè)定溫度VW132之差分別存入VW204、VW206中，以此作為溫度報(bào)警信號。（2）存儲烘烤所用的時間信息。

在烘烤加熱器溫度控制模塊中，當(dāng)烘烤自鎖開關(guān)M3.1閉合同時烘烤加熱器延時閉合位M5.1導(dǎo)通，則將工作溫度和烘烤設(shè)定溫度的差值與一個梯級溫度（－10、－5、0、5、10、15）相比較，當(dāng)差值高于梯級溫度時則斷開對應(yīng)的加熱器。具體來說，當(dāng)工作溫度達(dá)到低于烘烤設(shè)定溫度10℃時斷開加熱器1，當(dāng)工作溫度達(dá)到低于烘烤設(shè)定溫度5℃時斷開加熱器2，以此類推，直至加熱器全部斷開。

3 問題和解決方案

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了噴漆、烘烤的自動化，經(jīng)檢測，實(shí)際運(yùn)行未出現(xiàn)誤報(bào)、程序跑飛、出現(xiàn)次品等問題。但本系統(tǒng)有一點(diǎn)不足，原因是報(bào)警時，僅僅通過報(bào)警燈來提示危險(xiǎn)信號，所以油漆房在工作的時候必須有人守候，這就造成了不便。想要實(shí)現(xiàn)無人值守，可以在出現(xiàn)報(bào)警時，通過短信或者撥號的方式，通知值班人員。一種簡單可靠的方式為將智能短信報(bào)警控制器GRM200與PLC相連。通過配置GRM200即可完成報(bào)警。將S7-200的PPI通訊口和GRM200直接連接即可，該方案只需對GRM200模塊進(jìn)行配置，使用時用USB和GRM200連接即可配置，具體的配置過程如下：（1）選擇對應(yīng)的PLC為PPI通訊協(xié)議，GRM200即可主動采集PLC的數(shù)據(jù)。（2）配置需要讀取的PLC寄存器及對應(yīng)地址，GRM200將主動讀取S7-200 VW100的數(shù)據(jù)。（3）配置報(bào)警條件，溫度值VW100＞50℃，短信模塊向值班人員發(fā)送短信。（4）配置報(bào)警短信內(nèi)容。（5）配置短信接收的用戶。（6）配置短信接收的手機(jī)號。以上各模塊配置好以后，若報(bào)警成立發(fā)出短信，并顯示溫度過高。

4 結(jié)語

這套利用PLC控制的噴漆烘烤自動化系統(tǒng)已投入生產(chǎn)1年，在此過程中，未出現(xiàn)任何問題。在軟件方面，程序的設(shè)計(jì)思想采用的是常用的順序控制法，靈活運(yùn)用子程序以及將各部分程序模塊化，這樣就很容易日后維護(hù)和修改。其實(shí)，本套系統(tǒng)還可以用到PLC更高級的功能，比如多個PLC之間的通信、不同的通信協(xié)議的應(yīng)用等?？傊谔岣呱a(chǎn)效率、確保穩(wěn)定性等方面，本套系統(tǒng)還有較大的改進(jìn)空間。

［1］陳俊華.基于PLC的工控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.科技傳播，2012（14）

［2］廖常初.PLC編程及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006