龐春

摘 要 以西門子s7-200系列PLC為核心，通過重量變送器對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)液體重量的采集，送入EM235進(jìn)行A＼D轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到PLC進(jìn)行處理，輸出控制信號(hào)。利用觸摸屏進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)、配方管理，實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、靈活的自動(dòng)控制過程。

關(guān)鍵詞 s7-200；重量變送器；EM235；配方管理

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）09-0024-02

在眾多的液料加工企業(yè)當(dāng)中，有很多生產(chǎn)過程需要把兩種或兩種以上液體按照一定比例進(jìn)行混合攪拌，然后出料。為了高效準(zhǔn)確的進(jìn)行生產(chǎn)，必須對(duì)攪拌生產(chǎn)工藝過程當(dāng)中的液體重量、溫度、加工效率進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的控制。其中最重要的環(huán)節(jié)就是靈活應(yīng)對(duì)液體配比的改變。本文以s7-200系列PLC為核心通過重量變送器采集反應(yīng)釜內(nèi)的重量數(shù)據(jù)、送入EM235轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入PLC，利用PLC程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理并產(chǎn)生控制輸出。通過觸摸屏編輯手動(dòng)、自動(dòng)、配方管理等控制畫面，全面提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，靈活應(yīng)對(duì)液體配比的改變。

1 液體攪拌裝置生產(chǎn)流程

1.1 液料攪拌生產(chǎn)流程圖

圖1 液體混合攪拌流程圖

1.2 生產(chǎn)流程分析

根據(jù)液體混合攪拌裝置的實(shí)際生產(chǎn)過程，其生產(chǎn)流程圖如圖1所示。流程圖中的自檢部分為檢測(cè)是否有液料在反應(yīng)釜中未排出，檢測(cè)原理就是利用重量傳感器檢測(cè)重量，和反應(yīng)釜毛重比較，如果有液體未排除，產(chǎn)生聲效、燈光報(bào)警。每種液體的重量由生產(chǎn)工藝決定，利用觸摸屏進(jìn)行配方管理，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的生產(chǎn)。在流程圖中只寫出A料、B料，在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)工藝實(shí)現(xiàn)多種液料的配比控制，本文不在一一闡述。攪拌時(shí)間T可以通過觸摸屏根據(jù)加工工藝自由控制。

2 液體攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在軟件的協(xié)調(diào)下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測(cè)與控制。本系統(tǒng)的硬件電路由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)處理、畫面控制組成。如圖2的硬件框圖所示，稱重傳感器完成重量數(shù)據(jù)采集，EM235把采集來的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，PLC負(fù)責(zé)對(duì)采集來的數(shù)據(jù)通過程序進(jìn)行處理產(chǎn)生控制輸出，觸摸屏完成自動(dòng)、手動(dòng)、配方的管理控制。

2.1 硬件框圖

圖2 硬件框圖

2.2 攪拌主電路

攪拌主電路由變頻器控制變頻電機(jī)進(jìn)行攪拌。當(dāng)完成數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、處理形成控制輸出按照觸摸屏給出的指令給變頻器發(fā)送攪拌信號(hào)，控制攪拌電機(jī)工作。變頻器要設(shè)置成外部端子多段速模式。

2.3 重量數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路

如硬件框圖所示，本方案當(dāng)中的數(shù)據(jù)采集采用KM02A重量變送器采集重量數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換的模擬量送入EM235模塊，完成數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換，然后送入PLC進(jìn)行程序處理。KM02A重量變送器以工業(yè)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，提供了使傳感器與控制接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的方法，不易受噪聲干擾。以此為橋梁把反應(yīng)釜內(nèi)液體的重量轉(zhuǎn)變?yōu)榈湫偷?～20 mA或0～10 V模擬量輸出。送入EM235模塊進(jìn)行A＼D轉(zhuǎn)換。EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。根據(jù)EM235模塊上的6個(gè)DIP開關(guān)的組合我們可以選擇單雙極性的電壓輸入也可以選擇者0～20 mA或4～20 mA的電流輸入。

在選擇模擬量輸出時(shí)只能選擇一個(gè)電流輸出或電壓輸出送入到PLC的模擬量輸入輸出模塊EM235。PLC的模擬量輸入模塊輸入電壓時(shí)，其輸入阻抗很高，在100 kΩ～10 MΩ。當(dāng)變送器距離PLC較遠(yuǎn)時(shí)，線路間的分布電容和分布式電感的干擾信號(hào)在模塊的輸入阻抗上將產(chǎn)生很高的干擾電壓，所以電壓信號(hào)適用于近距離傳輸。電流輸出具有恒流源性質(zhì)，內(nèi)阻很大，當(dāng)PLC的模擬輸入模塊輸入電流時(shí)，輸入阻抗很低一般會(huì)≤250 Ω。線路上的干擾信號(hào)在模塊的輸入阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號(hào)適用于遠(yuǎn)程傳送。工業(yè)現(xiàn)場最常選用的是電流信號(hào)。

變送器電源允許范圍DC15 V～24 V，推薦使用15 V，18 V或24 V的直流穩(wěn)壓電源，當(dāng)環(huán)境溫度超過60℃時(shí)要確保電源電壓不能超過24 V。實(shí)際應(yīng)用時(shí)要把多余的接線端口堵死，防止潮氣及灰塵進(jìn)入重量變送器內(nèi)部。

3 軟件系統(tǒng)

3.1 PLC程序

PLC程序要協(xié)調(diào)硬件完成預(yù)定的功能。根據(jù)上述，本系統(tǒng)中PLC程序主要完成自動(dòng)控制程序、手動(dòng)控制程序、模擬量數(shù)據(jù)的處理程序。

自動(dòng)控制程序可以調(diào)用配方自動(dòng)完成稱重、配重、正反方向的攪拌過程。

手動(dòng)控制程序可以完成手動(dòng)的啟動(dòng)、停止、手動(dòng)的正反向攪拌控制。

模擬量數(shù)據(jù)的處理程序是程序運(yùn)行的核心，負(fù)責(zé)把測(cè)得重量數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化送給控制程序處理。西門子系列的PLC在軟硬件方面有很強(qiáng)的模塊化功能，把諸多硬件功能、常用的程序功能模塊化。而針對(duì)模擬量處理有專門的模擬庫完成，可以實(shí)現(xiàn)整數(shù)和實(shí)數(shù)之間的數(shù)據(jù)處理。在功能庫的模擬量模塊里，只要設(shè)定好數(shù)值的輸入輸出存儲(chǔ)器，轉(zhuǎn)化量的范圍以及模擬量的范圍值就可以方便的完成模擬量的采集轉(zhuǎn)換。濾波、數(shù)值類型轉(zhuǎn)化、求標(biāo)度值等都無需手動(dòng)編寫程序，大大簡化了編程工作。

程序處理中會(huì)涉及到反應(yīng)釜本身毛重的問題，有三個(gè)辦法可以解決：1）稱好反應(yīng)釜重量轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量，使用PLC程序處理，在最終稱完重量后減去反應(yīng)釜毛重。2）在變送器側(cè)調(diào)零，在反應(yīng)釜空載的情況下使電壓、電流輸出為0，或者電流輸出4 mA。3）在觸摸屏側(cè)設(shè)置去毛重按鈕，在第一次使用，或校準(zhǔn)時(shí)稱得反應(yīng)釜重量寫入PLC斷電保存寄存器，然后利用程序減去測(cè)得的重量。為了方便校準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)方案選擇第三種方法。

為了滿足觸摸屏控制和外部控制，在手動(dòng)、自動(dòng)程序中采用軟硬觸點(diǎn)相結(jié)合的方式完成。M點(diǎn)作為和觸摸交換的數(shù)據(jù)的軟觸點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)外部的非觸摸屏控制同時(shí)并接I點(diǎn)。I點(diǎn)只需完成外部硬觸點(diǎn)的啟動(dòng)、停止、急停即可。

3.2 觸摸屏畫面

觸摸屏和PLC的通訊根據(jù)選擇觸摸屏的不同可以選擇PPI、MPI、PN、DP，而200的PLC如果要使用PN或DP需要另加模塊。所以為了節(jié)省成本我們可以選用PPI或MPI協(xié)議進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)互換。

為了靈活、快速、直觀的反應(yīng)控制過程，在本系統(tǒng)中利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作畫面、自動(dòng)操作畫面、配方設(shè)置畫面，參數(shù)設(shè)置畫面。各個(gè)畫面需滿足監(jiān)控當(dāng)前工作狀態(tài)、電機(jī)參數(shù)。能完成當(dāng)前工作模式的急停、啟動(dòng)、停止功能。

手動(dòng)操作畫面需設(shè)置手動(dòng)的啟動(dòng)、停止、手動(dòng)的正反向攪拌按鈕，電機(jī)速度的設(shè)定，電機(jī)當(dāng)前速度的監(jiān)控、物料重量的監(jiān)控及去毛重按鈕。

自動(dòng)操作畫面需要設(shè)置每種液料得監(jiān)控，電機(jī)轉(zhuǎn)速及電流的監(jiān)控，自動(dòng)啟動(dòng)停止按鈕。

配方管理畫面需要設(shè)置各種參數(shù)的設(shè)定項(xiàng)，包括電機(jī)正反向轉(zhuǎn)速設(shè)定、正反向旋轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)定、每種物料的重量設(shè)定。在配方管理畫面可以將配方記錄數(shù)據(jù)讀取到觸摸屏，可以把當(dāng)前配方數(shù)據(jù)的保存到配方記錄，能完成從PLC中讀取配方數(shù)據(jù)在觸摸屏中顯示，能完成把配方數(shù)據(jù)下載到PLC。

4 結(jié)束語

西門子系列PLC在自動(dòng)控制領(lǐng)域有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。硬件模塊化和軟件的模塊化使得功能增加、改變、程序的編寫變得簡單。而本系統(tǒng)采用以s7-200為核心配合觸摸屏、變頻器完成的液體攪拌控制過程，不但可以提高控制精度，而且大大改善了配比方式的靈活性，工藝的改變對(duì)控制主體的影響不大，做到最大限度的靈活控制和自動(dòng)化控制。

參考文獻(xiàn)

[1]西門子200系列編程手冊(cè)[M].

[2]EM235 A＼D轉(zhuǎn)換模塊使用手冊(cè)[M].KM02A 重量變送器使用手冊(cè)[M].

[3]廖常初.s7-200PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]吳志敏，陽勝峰.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程[M].中國電力出版社.endprint

摘 要 以西門子s7-200系列PLC為核心，通過重量變送器對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)液體重量的采集，送入EM235進(jìn)行A＼D轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到PLC進(jìn)行處理，輸出控制信號(hào)。利用觸摸屏進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)、配方管理，實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、靈活的自動(dòng)控制過程。

關(guān)鍵詞 s7-200；重量變送器；EM235；配方管理

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）09-0024-02

在眾多的液料加工企業(yè)當(dāng)中，有很多生產(chǎn)過程需要把兩種或兩種以上液體按照一定比例進(jìn)行混合攪拌，然后出料。為了高效準(zhǔn)確的進(jìn)行生產(chǎn)，必須對(duì)攪拌生產(chǎn)工藝過程當(dāng)中的液體重量、溫度、加工效率進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的控制。其中最重要的環(huán)節(jié)就是靈活應(yīng)對(duì)液體配比的改變。本文以s7-200系列PLC為核心通過重量變送器采集反應(yīng)釜內(nèi)的重量數(shù)據(jù)、送入EM235轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入PLC，利用PLC程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理并產(chǎn)生控制輸出。通過觸摸屏編輯手動(dòng)、自動(dòng)、配方管理等控制畫面，全面提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，靈活應(yīng)對(duì)液體配比的改變。

1 液體攪拌裝置生產(chǎn)流程

1.1 液料攪拌生產(chǎn)流程圖

圖1 液體混合攪拌流程圖

1.2 生產(chǎn)流程分析

根據(jù)液體混合攪拌裝置的實(shí)際生產(chǎn)過程，其生產(chǎn)流程圖如圖1所示。流程圖中的自檢部分為檢測(cè)是否有液料在反應(yīng)釜中未排出，檢測(cè)原理就是利用重量傳感器檢測(cè)重量，和反應(yīng)釜毛重比較，如果有液體未排除，產(chǎn)生聲效、燈光報(bào)警。每種液體的重量由生產(chǎn)工藝決定，利用觸摸屏進(jìn)行配方管理，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的生產(chǎn)。在流程圖中只寫出A料、B料，在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)工藝實(shí)現(xiàn)多種液料的配比控制，本文不在一一闡述。攪拌時(shí)間T可以通過觸摸屏根據(jù)加工工藝自由控制。

2 液體攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在軟件的協(xié)調(diào)下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測(cè)與控制。本系統(tǒng)的硬件電路由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)處理、畫面控制組成。如圖2的硬件框圖所示，稱重傳感器完成重量數(shù)據(jù)采集，EM235把采集來的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，PLC負(fù)責(zé)對(duì)采集來的數(shù)據(jù)通過程序進(jìn)行處理產(chǎn)生控制輸出，觸摸屏完成自動(dòng)、手動(dòng)、配方的管理控制。

2.1 硬件框圖

圖2 硬件框圖

2.2 攪拌主電路

攪拌主電路由變頻器控制變頻電機(jī)進(jìn)行攪拌。當(dāng)完成數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、處理形成控制輸出按照觸摸屏給出的指令給變頻器發(fā)送攪拌信號(hào)，控制攪拌電機(jī)工作。變頻器要設(shè)置成外部端子多段速模式。

2.3 重量數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路

如硬件框圖所示，本方案當(dāng)中的數(shù)據(jù)采集采用KM02A重量變送器采集重量數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換的模擬量送入EM235模塊，完成數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換，然后送入PLC進(jìn)行程序處理。KM02A重量變送器以工業(yè)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，提供了使傳感器與控制接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的方法，不易受噪聲干擾。以此為橋梁把反應(yīng)釜內(nèi)液體的重量轉(zhuǎn)變?yōu)榈湫偷?～20 mA或0～10 V模擬量輸出。送入EM235模塊進(jìn)行A＼D轉(zhuǎn)換。EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。根據(jù)EM235模塊上的6個(gè)DIP開關(guān)的組合我們可以選擇單雙極性的電壓輸入也可以選擇者0～20 mA或4～20 mA的電流輸入。

在選擇模擬量輸出時(shí)只能選擇一個(gè)電流輸出或電壓輸出送入到PLC的模擬量輸入輸出模塊EM235。PLC的模擬量輸入模塊輸入電壓時(shí)，其輸入阻抗很高，在100 kΩ～10 MΩ。當(dāng)變送器距離PLC較遠(yuǎn)時(shí)，線路間的分布電容和分布式電感的干擾信號(hào)在模塊的輸入阻抗上將產(chǎn)生很高的干擾電壓，所以電壓信號(hào)適用于近距離傳輸。電流輸出具有恒流源性質(zhì)，內(nèi)阻很大，當(dāng)PLC的模擬輸入模塊輸入電流時(shí)，輸入阻抗很低一般會(huì)≤250 Ω。線路上的干擾信號(hào)在模塊的輸入阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號(hào)適用于遠(yuǎn)程傳送。工業(yè)現(xiàn)場最常選用的是電流信號(hào)。

變送器電源允許范圍DC15 V～24 V，推薦使用15 V，18 V或24 V的直流穩(wěn)壓電源，當(dāng)環(huán)境溫度超過60℃時(shí)要確保電源電壓不能超過24 V。實(shí)際應(yīng)用時(shí)要把多余的接線端口堵死，防止潮氣及灰塵進(jìn)入重量變送器內(nèi)部。

3 軟件系統(tǒng)

3.1 PLC程序

PLC程序要協(xié)調(diào)硬件完成預(yù)定的功能。根據(jù)上述，本系統(tǒng)中PLC程序主要完成自動(dòng)控制程序、手動(dòng)控制程序、模擬量數(shù)據(jù)的處理程序。

自動(dòng)控制程序可以調(diào)用配方自動(dòng)完成稱重、配重、正反方向的攪拌過程。

手動(dòng)控制程序可以完成手動(dòng)的啟動(dòng)、停止、手動(dòng)的正反向攪拌控制。

模擬量數(shù)據(jù)的處理程序是程序運(yùn)行的核心，負(fù)責(zé)把測(cè)得重量數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化送給控制程序處理。西門子系列的PLC在軟硬件方面有很強(qiáng)的模塊化功能，把諸多硬件功能、常用的程序功能模塊化。而針對(duì)模擬量處理有專門的模擬庫完成，可以實(shí)現(xiàn)整數(shù)和實(shí)數(shù)之間的數(shù)據(jù)處理。在功能庫的模擬量模塊里，只要設(shè)定好數(shù)值的輸入輸出存儲(chǔ)器，轉(zhuǎn)化量的范圍以及模擬量的范圍值就可以方便的完成模擬量的采集轉(zhuǎn)換。濾波、數(shù)值類型轉(zhuǎn)化、求標(biāo)度值等都無需手動(dòng)編寫程序，大大簡化了編程工作。

程序處理中會(huì)涉及到反應(yīng)釜本身毛重的問題，有三個(gè)辦法可以解決：1）稱好反應(yīng)釜重量轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量，使用PLC程序處理，在最終稱完重量后減去反應(yīng)釜毛重。2）在變送器側(cè)調(diào)零，在反應(yīng)釜空載的情況下使電壓、電流輸出為0，或者電流輸出4 mA。3）在觸摸屏側(cè)設(shè)置去毛重按鈕，在第一次使用，或校準(zhǔn)時(shí)稱得反應(yīng)釜重量寫入PLC斷電保存寄存器，然后利用程序減去測(cè)得的重量。為了方便校準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)方案選擇第三種方法。

為了滿足觸摸屏控制和外部控制，在手動(dòng)、自動(dòng)程序中采用軟硬觸點(diǎn)相結(jié)合的方式完成。M點(diǎn)作為和觸摸交換的數(shù)據(jù)的軟觸點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)外部的非觸摸屏控制同時(shí)并接I點(diǎn)。I點(diǎn)只需完成外部硬觸點(diǎn)的啟動(dòng)、停止、急停即可。

3.2 觸摸屏畫面

觸摸屏和PLC的通訊根據(jù)選擇觸摸屏的不同可以選擇PPI、MPI、PN、DP，而200的PLC如果要使用PN或DP需要另加模塊。所以為了節(jié)省成本我們可以選用PPI或MPI協(xié)議進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)互換。

為了靈活、快速、直觀的反應(yīng)控制過程，在本系統(tǒng)中利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作畫面、自動(dòng)操作畫面、配方設(shè)置畫面，參數(shù)設(shè)置畫面。各個(gè)畫面需滿足監(jiān)控當(dāng)前工作狀態(tài)、電機(jī)參數(shù)。能完成當(dāng)前工作模式的急停、啟動(dòng)、停止功能。

手動(dòng)操作畫面需設(shè)置手動(dòng)的啟動(dòng)、停止、手動(dòng)的正反向攪拌按鈕，電機(jī)速度的設(shè)定，電機(jī)當(dāng)前速度的監(jiān)控、物料重量的監(jiān)控及去毛重按鈕。

自動(dòng)操作畫面需要設(shè)置每種液料得監(jiān)控，電機(jī)轉(zhuǎn)速及電流的監(jiān)控，自動(dòng)啟動(dòng)停止按鈕。

配方管理畫面需要設(shè)置各種參數(shù)的設(shè)定項(xiàng)，包括電機(jī)正反向轉(zhuǎn)速設(shè)定、正反向旋轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)定、每種物料的重量設(shè)定。在配方管理畫面可以將配方記錄數(shù)據(jù)讀取到觸摸屏，可以把當(dāng)前配方數(shù)據(jù)的保存到配方記錄，能完成從PLC中讀取配方數(shù)據(jù)在觸摸屏中顯示，能完成把配方數(shù)據(jù)下載到PLC。

4 結(jié)束語

西門子系列PLC在自動(dòng)控制領(lǐng)域有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。硬件模塊化和軟件的模塊化使得功能增加、改變、程序的編寫變得簡單。而本系統(tǒng)采用以s7-200為核心配合觸摸屏、變頻器完成的液體攪拌控制過程，不但可以提高控制精度，而且大大改善了配比方式的靈活性，工藝的改變對(duì)控制主體的影響不大，做到最大限度的靈活控制和自動(dòng)化控制。

參考文獻(xiàn)

[1]西門子200系列編程手冊(cè)[M].

[2]EM235 A＼D轉(zhuǎn)換模塊使用手冊(cè)[M].KM02A 重量變送器使用手冊(cè)[M].

[3]廖常初.s7-200PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]吳志敏，陽勝峰.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程[M].中國電力出版社.endprint

摘 要 以西門子s7-200系列PLC為核心，通過重量變送器對(duì)反應(yīng)釜內(nèi)液體重量的采集，送入EM235進(jìn)行A＼D轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到PLC進(jìn)行處理，輸出控制信號(hào)。利用觸摸屏進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)、配方管理，實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、靈活的自動(dòng)控制過程。

關(guān)鍵詞 s7-200；重量變送器；EM235；配方管理

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）09-0024-02

在眾多的液料加工企業(yè)當(dāng)中，有很多生產(chǎn)過程需要把兩種或兩種以上液體按照一定比例進(jìn)行混合攪拌，然后出料。為了高效準(zhǔn)確的進(jìn)行生產(chǎn)，必須對(duì)攪拌生產(chǎn)工藝過程當(dāng)中的液體重量、溫度、加工效率進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的控制。其中最重要的環(huán)節(jié)就是靈活應(yīng)對(duì)液體配比的改變。本文以s7-200系列PLC為核心通過重量變送器采集反應(yīng)釜內(nèi)的重量數(shù)據(jù)、送入EM235轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入PLC，利用PLC程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理并產(chǎn)生控制輸出。通過觸摸屏編輯手動(dòng)、自動(dòng)、配方管理等控制畫面，全面提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，靈活應(yīng)對(duì)液體配比的改變。

1 液體攪拌裝置生產(chǎn)流程

1.1 液料攪拌生產(chǎn)流程圖

圖1 液體混合攪拌流程圖

1.2 生產(chǎn)流程分析

根據(jù)液體混合攪拌裝置的實(shí)際生產(chǎn)過程，其生產(chǎn)流程圖如圖1所示。流程圖中的自檢部分為檢測(cè)是否有液料在反應(yīng)釜中未排出，檢測(cè)原理就是利用重量傳感器檢測(cè)重量，和反應(yīng)釜毛重比較，如果有液體未排除，產(chǎn)生聲效、燈光報(bào)警。每種液體的重量由生產(chǎn)工藝決定，利用觸摸屏進(jìn)行配方管理，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的生產(chǎn)。在流程圖中只寫出A料、B料，在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)工藝實(shí)現(xiàn)多種液料的配比控制，本文不在一一闡述。攪拌時(shí)間T可以通過觸摸屏根據(jù)加工工藝自由控制。

2 液體攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在軟件的協(xié)調(diào)下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測(cè)與控制。本系統(tǒng)的硬件電路由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)處理、畫面控制組成。如圖2的硬件框圖所示，稱重傳感器完成重量數(shù)據(jù)采集，EM235把采集來的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，PLC負(fù)責(zé)對(duì)采集來的數(shù)據(jù)通過程序進(jìn)行處理產(chǎn)生控制輸出，觸摸屏完成自動(dòng)、手動(dòng)、配方的管理控制。

2.1 硬件框圖

圖2 硬件框圖

2.2 攪拌主電路

攪拌主電路由變頻器控制變頻電機(jī)進(jìn)行攪拌。當(dāng)完成數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、處理形成控制輸出按照觸摸屏給出的指令給變頻器發(fā)送攪拌信號(hào)，控制攪拌電機(jī)工作。變頻器要設(shè)置成外部端子多段速模式。

2.3 重量數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路

如硬件框圖所示，本方案當(dāng)中的數(shù)據(jù)采集采用KM02A重量變送器采集重量數(shù)據(jù)，將轉(zhuǎn)換的模擬量送入EM235模塊，完成數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換，然后送入PLC進(jìn)行程序處理。KM02A重量變送器以工業(yè)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，提供了使傳感器與控制接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的方法，不易受噪聲干擾。以此為橋梁把反應(yīng)釜內(nèi)液體的重量轉(zhuǎn)變?yōu)榈湫偷?～20 mA或0～10 V模擬量輸出。送入EM235模塊進(jìn)行A＼D轉(zhuǎn)換。EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它實(shí)現(xiàn)了4路模擬量輸入和1路模擬量輸出功能。根據(jù)EM235模塊上的6個(gè)DIP開關(guān)的組合我們可以選擇單雙極性的電壓輸入也可以選擇者0～20 mA或4～20 mA的電流輸入。

在選擇模擬量輸出時(shí)只能選擇一個(gè)電流輸出或電壓輸出送入到PLC的模擬量輸入輸出模塊EM235。PLC的模擬量輸入模塊輸入電壓時(shí)，其輸入阻抗很高，在100 kΩ～10 MΩ。當(dāng)變送器距離PLC較遠(yuǎn)時(shí)，線路間的分布電容和分布式電感的干擾信號(hào)在模塊的輸入阻抗上將產(chǎn)生很高的干擾電壓，所以電壓信號(hào)適用于近距離傳輸。電流輸出具有恒流源性質(zhì)，內(nèi)阻很大，當(dāng)PLC的模擬輸入模塊輸入電流時(shí)，輸入阻抗很低一般會(huì)≤250 Ω。線路上的干擾信號(hào)在模塊的輸入阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬量電流信號(hào)適用于遠(yuǎn)程傳送。工業(yè)現(xiàn)場最常選用的是電流信號(hào)。

變送器電源允許范圍DC15 V～24 V，推薦使用15 V，18 V或24 V的直流穩(wěn)壓電源，當(dāng)環(huán)境溫度超過60℃時(shí)要確保電源電壓不能超過24 V。實(shí)際應(yīng)用時(shí)要把多余的接線端口堵死，防止潮氣及灰塵進(jìn)入重量變送器內(nèi)部。

3 軟件系統(tǒng)

3.1 PLC程序

PLC程序要協(xié)調(diào)硬件完成預(yù)定的功能。根據(jù)上述，本系統(tǒng)中PLC程序主要完成自動(dòng)控制程序、手動(dòng)控制程序、模擬量數(shù)據(jù)的處理程序。

自動(dòng)控制程序可以調(diào)用配方自動(dòng)完成稱重、配重、正反方向的攪拌過程。

手動(dòng)控制程序可以完成手動(dòng)的啟動(dòng)、停止、手動(dòng)的正反向攪拌控制。

模擬量數(shù)據(jù)的處理程序是程序運(yùn)行的核心，負(fù)責(zé)把測(cè)得重量數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)化送給控制程序處理。西門子系列的PLC在軟硬件方面有很強(qiáng)的模塊化功能，把諸多硬件功能、常用的程序功能模塊化。而針對(duì)模擬量處理有專門的模擬庫完成，可以實(shí)現(xiàn)整數(shù)和實(shí)數(shù)之間的數(shù)據(jù)處理。在功能庫的模擬量模塊里，只要設(shè)定好數(shù)值的輸入輸出存儲(chǔ)器，轉(zhuǎn)化量的范圍以及模擬量的范圍值就可以方便的完成模擬量的采集轉(zhuǎn)換。濾波、數(shù)值類型轉(zhuǎn)化、求標(biāo)度值等都無需手動(dòng)編寫程序，大大簡化了編程工作。

程序處理中會(huì)涉及到反應(yīng)釜本身毛重的問題，有三個(gè)辦法可以解決：1）稱好反應(yīng)釜重量轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量，使用PLC程序處理，在最終稱完重量后減去反應(yīng)釜毛重。2）在變送器側(cè)調(diào)零，在反應(yīng)釜空載的情況下使電壓、電流輸出為0，或者電流輸出4 mA。3）在觸摸屏側(cè)設(shè)置去毛重按鈕，在第一次使用，或校準(zhǔn)時(shí)稱得反應(yīng)釜重量寫入PLC斷電保存寄存器，然后利用程序減去測(cè)得的重量。為了方便校準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)方案選擇第三種方法。

為了滿足觸摸屏控制和外部控制，在手動(dòng)、自動(dòng)程序中采用軟硬觸點(diǎn)相結(jié)合的方式完成。M點(diǎn)作為和觸摸交換的數(shù)據(jù)的軟觸點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)外部的非觸摸屏控制同時(shí)并接I點(diǎn)。I點(diǎn)只需完成外部硬觸點(diǎn)的啟動(dòng)、停止、急停即可。

3.2 觸摸屏畫面

觸摸屏和PLC的通訊根據(jù)選擇觸摸屏的不同可以選擇PPI、MPI、PN、DP，而200的PLC如果要使用PN或DP需要另加模塊。所以為了節(jié)省成本我們可以選用PPI或MPI協(xié)議進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)互換。

為了靈活、快速、直觀的反應(yīng)控制過程，在本系統(tǒng)中利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作畫面、自動(dòng)操作畫面、配方設(shè)置畫面，參數(shù)設(shè)置畫面。各個(gè)畫面需滿足監(jiān)控當(dāng)前工作狀態(tài)、電機(jī)參數(shù)。能完成當(dāng)前工作模式的急停、啟動(dòng)、停止功能。

手動(dòng)操作畫面需設(shè)置手動(dòng)的啟動(dòng)、停止、手動(dòng)的正反向攪拌按鈕，電機(jī)速度的設(shè)定，電機(jī)當(dāng)前速度的監(jiān)控、物料重量的監(jiān)控及去毛重按鈕。

自動(dòng)操作畫面需要設(shè)置每種液料得監(jiān)控，電機(jī)轉(zhuǎn)速及電流的監(jiān)控，自動(dòng)啟動(dòng)停止按鈕。

配方管理畫面需要設(shè)置各種參數(shù)的設(shè)定項(xiàng)，包括電機(jī)正反向轉(zhuǎn)速設(shè)定、正反向旋轉(zhuǎn)時(shí)間設(shè)定、每種物料的重量設(shè)定。在配方管理畫面可以將配方記錄數(shù)據(jù)讀取到觸摸屏，可以把當(dāng)前配方數(shù)據(jù)的保存到配方記錄，能完成從PLC中讀取配方數(shù)據(jù)在觸摸屏中顯示，能完成把配方數(shù)據(jù)下載到PLC。

4 結(jié)束語

西門子系列PLC在自動(dòng)控制領(lǐng)域有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。硬件模塊化和軟件的模塊化使得功能增加、改變、程序的編寫變得簡單。而本系統(tǒng)采用以s7-200為核心配合觸摸屏、變頻器完成的液體攪拌控制過程，不但可以提高控制精度，而且大大改善了配比方式的靈活性，工藝的改變對(duì)控制主體的影響不大，做到最大限度的靈活控制和自動(dòng)化控制。

參考文獻(xiàn)

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