S7—200PLC為核心的液料混合攪拌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

龐春

摘 要 以西門子s7-200系列PLC為核心，通過重量變送器對反應(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。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：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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是否有液料在反應(yīng)釜中未排出，檢測原理就是利用重量傳感器檢測重量，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，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適用于遠(yuǎn)程傳送。工業(yè)現(xiàn)場最常選用的是電流信號。

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[M].

[2]EM235 A＼D轉(zhuǎn)換模塊使用手冊[M].KM02A 重量變送器使用手冊[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。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：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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是否有液料在反應(yīng)釜中未排出，檢測原理就是利用重量傳感器檢測重量，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，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適用于遠(yuǎn)程傳送。工業(yè)現(xiàn)場最常選用的是電流信號。

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[M].

[2]EM235 A＼D轉(zhuǎn)換模塊使用手冊[M].KM02A 重量變送器使用手冊[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。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：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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是否有液料在反應(yīng)釜中未排出，檢測原理就是利用重量傳感器檢測重量，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，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適用于遠(yuǎn)程傳送。工業(yè)現(xiàn)場最常選用的是電流信號。

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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