汪志強，石建飛，張冬梅

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，大慶 163319）

傳統(tǒng)的兩種液體混合裝置無論采用人工控制還是繼電器控制系統(tǒng)，都存在連接電器多、可靠性差、自動化程度低等諸多問題[1]。采用PLC 具有小型化、高速度、高性能等特點，可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴充設(shè)備，有豐富的特殊擴展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信[2]?？删幊炭刂破饕后w自動混合控制系統(tǒng)由傳感器送入設(shè)定的參數(shù)實現(xiàn)自動控制；啟動后能自動完成一個周期的工作，并循環(huán)。

1 控制要求及初始狀態(tài)

圖1 系統(tǒng)工作示意圖Fig.1 Schematic diagram of system

圖1 是系統(tǒng)工作示意圖，圖中SL1（L）、SL2（I）、SL3（H）為三個液位傳感器，液體淹沒時接通。進液閥Y1、Y2 分別控制液體A 和液體B 進液，出液閥Y4控制混合液體C 出液。a、b、c 分別代表三個流量計，監(jiān)控兩條進管道和一條出管道的流量。設(shè)計是對兩種液體混合攪拌控制，控制要求及初始狀態(tài)如下所示：

初始狀態(tài)：打開混合液體C 電磁閥門Y4，延時10 s 后自動關(guān)閉；

啟動操作：按下啟動按鈕SB1，液體裝置開始按以下順序工作：

（1）進液電磁閥Y1 打開，液體A 流入罐內(nèi)，液位上升。

（2）當?shù)竭_SL1 時，進液閥Y1 關(guān)閉，A 液體停止流入，同時打開進液閥Y2，B 液體開始流入容器。

（3）當?shù)竭_SL2 時，進液閥Y2 關(guān)閉，B 液體停止流入，同時攪拌電動機開始工作。

（4）當攪拌電機定時正向攪拌10 s 反向攪動10 s 后制動停止攪拌，同時Y4 打開，開始放液，液位開始下降。

（5）當液位下降到SL1（L）處時，開始計時10 s后關(guān)閉放液電磁閥Y4，自動開始下一個循環(huán)。

停止操作：工作中，若按下停止按鈕SB2，延時3 s 設(shè)備停止工作。

報警：當罐體內(nèi)的液體達到最高液位SL3 時，超過該液位，系統(tǒng)將報警，且停止工作，定時10 s。

2 系統(tǒng)方案的設(shè)計

圖2 控制系統(tǒng)框圖Fig.2 Block diagram of control system

控制系統(tǒng)框圖如圖2 所示，三個流量計采集管道內(nèi)的流量并將采集來的模擬量傳送給AD 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；三個液位傳感器根據(jù)測得水位情況輸出開關(guān)量；PLC 對兩路信號進行處理，控制電動閥門的開關(guān)，和攪拌機的動作，同時所有數(shù)據(jù)都傳送給上位機進行監(jiān)控。

3 液體自動混合系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計

3.1 器件選擇

液體自動混合裝置器件選擇如表1 所示。

表1 液體自動混合裝置器件選擇Table 1 Component selection on mixing device of automatic liquid

3.2 PLC I/O 點分配

根據(jù)液體混合控制系統(tǒng)要求，共有5 個數(shù)字量輸入和6 個數(shù)字量輸出，CPU 型號可以選擇S7-200PLC 的CPU224（本機上有14 個數(shù)字量輸入和10個數(shù)字量輸出）。由于系統(tǒng)需要顯示灌裝的灌數(shù)，產(chǎn)量上限為1 600，可以使用4 個帶譯碼電路的BCD數(shù)碼顯示管顯示灌裝產(chǎn)量，這樣就另外需要16 點數(shù)字量輸出?？梢允褂? 個數(shù)字量輸出擴展模塊EM233（DC24V）或使用一個數(shù)字量輸入/輸出混合擴展模塊EM233（DI16/DO16*DC24V）[6]。

該系統(tǒng)所使用的輸入輸出設(shè)備的I/O 分配如表2 所示。

表2 輸入和輸出設(shè)備的I/O 分配表Table 2 Input and output devices of I/O allocation table

3.3 硬件電路圖

3.3.1 電機主電路圖

設(shè)計中的混合液體攪拌由電動機M 啟動。帶有短路保護、過載保護等，短路保護由FU 熔斷器來實現(xiàn)保護功能，過載保護由FR 熱繼電器來實現(xiàn)其保護功能。啟動過程是QS 閉合，當KM1 常開觸點閉合，電機M 正向轉(zhuǎn)動；當KM2 的常開觸點閉合，電機M反向轉(zhuǎn)動。主電路中保護裝置選擇的是CJX1-9，220V 型 接 觸 器、DZ47-63 系 列 小 型 斷 路 器、JR16B-60/3D 型熱繼電器和型號為Y90S-6/0.75KW的電動機。主電路如圖3 所示。

圖3 主電路Fig.3 The main circuit

3.3.2 PLC 的I/O 接線圖

圖4 PLC 的I/O 接線圖Fig.4 Wiring diagram of PLC I/O

3.3.3 AD 模塊接線圖

圖5 AD 模塊接線圖Fig.5 Diagram of AD module

AD 模塊EM231 主要用于擴展S7200PLC 模擬量測量能力，本系統(tǒng)主要完成三個液位傳感器a、b、c模擬信號的采集，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過總線接口與PLC 相連。

4 液體自動混合系統(tǒng)的軟件設(shè)計

圖6 程序流程圖Fig.6 Flow chart of program

5 人機界面設(shè)計

系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用了北京三維力控公司的ForceControl6.1 組態(tài)軟件，它是北京三維力控科技有限公司開發(fā)的一個集成人機界面（HIM）系統(tǒng)。與力控早期產(chǎn)品相比ForceControl6.1 產(chǎn)品在數(shù)據(jù)處理性能、答錯能力、界面容器、報表等方面產(chǎn)生了巨大的飛躍。

圖7 組態(tài)圖Fig.7 Diagram of configuration

組態(tài)圖7 中有液體罐，電磁閥門，液位計、管道、攪拌器和報警指示燈，當點擊啟動按鈕則Y1 閥門打開，注入A 液體，到達液位SL1 時，Y1 關(guān)閉，同時Y2打開，注入B 液體。到達液位SL2 時Y2 關(guān)閉，電機轉(zhuǎn)動開始攪拌，到一定時間后Y4 打開，開始排放液體。當液位到達SL3 時系統(tǒng)開始報警，報警指示燈閃爍，10 s 后系統(tǒng)停止工作。

6 結(jié)論

利用西門子S7200 可編程控制器實現(xiàn)對多種液體各種混合狀態(tài)實現(xiàn)自動控制，實現(xiàn)在混合過程的精確控制要求，提高了液體混合比例的穩(wěn)定性、運行穩(wěn)定、自動化程度高，并通過組態(tài)界面顯示液體水位混合狀態(tài)，當液體水位超限時，完成報警顯示，適合工業(yè)生產(chǎn)的需求。

［1］鄒義龍，許杰，張東輝，等.基于S7-200PLC 的液體混合裝置控制系統(tǒng)軟件設(shè)計及仿真［J］.河北建筑工程學(xué)院學(xué)報，2012，31（2）：107-109.

［2］康忠偉，石莉莉，孫艷波.抽水電機組節(jié)能控制裝置的研究與設(shè)計［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報，2013，25（6）：74-78.

［3］趙景波.西門子S7-200PLC 實踐與應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

［4］李向東.電氣控制與PLC［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［5］唐介.電機與拖動［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［6］阮友德.電氣控制與PLC 實訓(xùn)教材［M］.北京：人民郵電出版社，2006.