基于PLC的多種液體混合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

崔興龍

摘要 本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以三種液體混合控制為例，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹和說明。詳細(xì)說明了可編程控制器在各種液體控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對(duì)其硬件系統(tǒng)和軟件編程進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用西門子S7-200可編程控制器進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，采用順序控制的方法進(jìn)行軟件程序的編寫，同時(shí)采用組態(tài)王軟件對(duì)上位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，仿真模擬了系統(tǒng)運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)的控制要求。

【關(guān)鍵詞】液體混合 S7-200 上位機(jī)

由于計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制理論的發(fā)展，在現(xiàn)場(chǎng)通訊技術(shù)日趨成熟的條件下，可編程控制器作為微型處理器得到了廣泛應(yīng)用。該控制器設(shè)計(jì)小巧，使用方便，性能較好，可靠性能也比較高并且維護(hù)比較方便。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，在目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)能很好的解決現(xiàn)場(chǎng)各種各樣復(fù)雜的工藝控制問題。

各領(lǐng)域都會(huì)應(yīng)用多種液體混合，較常用的控制方式有可編程控制器控制、單片機(jī)控制和繼電器系統(tǒng)控制等。傳統(tǒng)的控制方式為繼電器控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的接線較為復(fù)雜，故障率高，并且經(jīng)常由于觸點(diǎn)接觸不良等原因更換繼電器。單片機(jī)控制由于其程序固化，擴(kuò)展性能差，不利于控制系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)。

1 工藝要求及總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要工藝要求如下：首先三種液體通過三個(gè)電磁閥YV1、YV2、YV3進(jìn)行接通，將液體輸送到容器中。容器內(nèi)安裝四個(gè)限位開關(guān)，最低限位開關(guān)到最高限位開關(guān)依次為：SL1限位開關(guān)、SL2限位開關(guān)、SL3限位開關(guān)和SL4限位開關(guān)。液體攪拌好后的電動(dòng)閥門為YV4。電動(dòng)機(jī)M為液體攪拌電動(dòng)機(jī)。在三種液體混合控制系統(tǒng)中，其控制工藝如下面所描述的流程：

（1）初始狀態(tài)：在初始運(yùn)行時(shí)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

（2）通過外部的按鈕SB1進(jìn)行系統(tǒng)啟動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先將電磁閥YV1打開，液體A進(jìn)行輸入，當(dāng)容器中的液位達(dá)到SL2處，將關(guān)閉電磁閥YV1，停止液體A輸入，并且打開電磁閥YV2。這時(shí)液體B進(jìn)行輸入，當(dāng)容器中的液位達(dá)到SL3處，將關(guān)閉電磁閥YV2，停止液體B輸入，與此同時(shí)打開電磁閥YV3，這時(shí)液體C進(jìn)行輸入，當(dāng)容器中的液位達(dá)到SL4處，將關(guān)閉電磁閥YV3。

（3）當(dāng)電磁閥YV1、YV2、YV3都關(guān)閉時(shí)，液體己經(jīng)在SL4處，這時(shí)啟動(dòng)容器內(nèi)的攪拌機(jī)，進(jìn)行液體攪拌，攪拌機(jī)工作60秒后，停止液體攪拌。這時(shí)打開液體排出閥YV4，液體開始排出容器，這時(shí)容器內(nèi)的液位正在下降，當(dāng)液位下降到SL1限位開關(guān)處，表示液體基本排空，將液體閥YV4關(guān)閉后20秒后，然后開始操作的下一個(gè)周期。

（4）按下停止按鈕，設(shè)備將處于停止?fàn)顟B(tài)，在容器內(nèi)，當(dāng)前的循環(huán)周期與余下的循環(huán)工作完成時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)又開始回到初始狀態(tài)。

根據(jù)以上的工藝介紹和研究，本系統(tǒng)采用可編程控制器（西門子品牌的S7-200CPU226）進(jìn)行多種液體混合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

可編程控制器具有強(qiáng)大的應(yīng)用功能，比如邏輯控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、高速計(jì)數(shù)功能、PID控制功能以及通訊功能等。在本系統(tǒng)中就利用S7-200強(qiáng)大的邏輯控制功能進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。S7-200屬于西門子自動(dòng)化工控產(chǎn)品家族中的小型PLC，產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較緊湊，性價(jià)比極高，完全可以勝任一些生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)較為復(fù)雜的控制功能。特別對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)的處理，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理。PID運(yùn)算處理輸出，信號(hào)控制穩(wěn)定，屬于比較好的現(xiàn)場(chǎng)控制器。該產(chǎn)品具有四個(gè)中斷處理功能，可以在任何條件滿足的情況下，進(jìn)行系統(tǒng)的中斷功能處理。

對(duì)于可編程控制器的外部I/O端口進(jìn)行分配，有以下目的：

（1）通過外部I/O端口的分配，可以做到設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析;

（2）在程序設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)外部I，/O端口的分配，準(zhǔn)確無(wú)誤的進(jìn)行程序設(shè)計(jì);

（3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠性;

（4）操作簡(jiǎn)單、方便，并考慮有防止誤操作的安全措施;

（5）滿足PLC的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境要求。

綜上所述，對(duì)可編程控制器進(jìn)行I/O端口分配就很有必要。選擇西門子S7-200系列PLC作為控制器。該控制器的I/O端口分配如表1所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 控制程序流程設(shè)計(jì)

當(dāng)本系統(tǒng)外部按鈕啟動(dòng)后，首先將閥門YV1接通，閥門YV1接通后，液體A開始注入容器內(nèi)，容器內(nèi)的液體A開始上升。當(dāng)液體A上升到限位開關(guān)SL2處，SL2輸入信號(hào)給PLC，PLC將關(guān)閉閥門YV1，并且打開閥門YV2。當(dāng)閥門YV2接通后，液體B開始注入容器內(nèi)，容器內(nèi)的液體B開始上升。當(dāng)液體B上升到限位開關(guān)SL3處，SL3輸入信號(hào)給PLC，PLC將關(guān)閉閥門YV2，并打開閥門YV3。當(dāng)閥門YV3接通后，液體C開始注入容器內(nèi)，容器內(nèi)的液體C開始上升。當(dāng)液體c上升到限位開關(guān)SL4處，SL4輸入信號(hào)給PLC，PLC將關(guān)閉閥門YV3。與此同時(shí)將攪拌電動(dòng)機(jī)M接通運(yùn)行。當(dāng)攪拌電動(dòng)機(jī)M運(yùn)行攪拌時(shí)間60秒到后，將關(guān)閉攪拌電動(dòng)機(jī)M。并且打開閥門YV4，將混合好后的液體進(jìn)行排出。這是容器內(nèi)的混合好的液體開始下降。當(dāng)液位下降到限位開關(guān)SL1處，將啟動(dòng)定時(shí)器開始延時(shí)，延時(shí)時(shí)間為20秒。當(dāng)20秒到后，將關(guān)閉閥門YV4。并且開始下一個(gè)循環(huán)。當(dāng)外部的停止按鈕按下后，PLC接收到停止信號(hào)，將系統(tǒng)循環(huán)結(jié)束后，停止系統(tǒng)運(yùn)行。

3.2 控制程序設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其用到的內(nèi)部繼電器相當(dāng)于中間狀態(tài)繼電器，在程序中可以多次使用。中間繼電器主要根據(jù)內(nèi)部邏輯控制的運(yùn)算，對(duì)一些計(jì)算的中間結(jié)果進(jìn)行接通或斷開。其功能是用來編程中間狀態(tài)劃傷，換檔，操作者輔助的或給定的特殊用途。在本設(shè)計(jì)中，部分內(nèi)部繼電器的功能如下：MO.O為系統(tǒng)啟動(dòng)輔助繼電器;MO.1為系統(tǒng)停止輔助繼電器;M0.2為打開電磁閥YV2、關(guān)閉電磁閥YV1繼電器;M0.3為打開電磁閥YV3、關(guān)閉電磁閥YV2繼電器;M0.4為起動(dòng)電動(dòng)機(jī)M和關(guān)閉電磁閥YV3繼電器;M0.5為打開電磁閥YV4繼電器;M0.6為啟動(dòng)定時(shí)器T38繼電器;Ml.0為系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)行控制繼電器。

本系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)基本思路如下：

（1）通過系統(tǒng)的外部按鈕10.1啟動(dòng)，將M0.0接通，外部按鈕10 2停止，將M0.1接通。M0.0接通后，將M1.0復(fù)位，M0.1接通后，將M1.0置位。M1.0為運(yùn)行位。

（2）根據(jù)外部啟動(dòng)后，系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)設(shè)計(jì)的工藝要求，將對(duì)外部輸出的Q0.l進(jìn)行置位接通，當(dāng)外部的限位開關(guān)SL2信號(hào)輸入后，將中間繼電器M0.2接通，M0.2將置位Q0.2，復(fù)位Q0.1。

（3）當(dāng)SL3信號(hào)輸入后，將M0.3接通，M0.3將置位Q0.3，復(fù)位Q0.2。

（4）當(dāng)SL4信號(hào)輸入后，將M0.4接通，M0.4將置位Q0.4，復(fù)位Q0.3。于此同時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)QO.0，并延時(shí)60S。

（5）當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間到，時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)將復(fù)位Q0.0，并且將接通M0.5，該中間繼電器M0.5將置位Q0 4，當(dāng)SL1信號(hào)輸入，啟動(dòng)定時(shí)器T38，延時(shí)20S之后，復(fù)位0Q.4。

4 上位機(jī)設(shè)計(jì)

組態(tài)王是一種方便、流行的上位機(jī)組態(tài)軟件，此種組態(tài)軟件的研發(fā)是根據(jù)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和自動(dòng)化控制理論互相結(jié)合的成果，是自動(dòng)化技術(shù)更上一層臺(tái)階的標(biāo)志。其中，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)大量數(shù)據(jù)的采集和處理、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和歷史報(bào)表處理、在報(bào)警動(dòng)畫方面和現(xiàn)場(chǎng)工藝流程控制方面都有自己的長(zhǎng)處，此組態(tài)軟件代表管理層進(jìn)行車間技術(shù)管理，使日常性的工作效率大大提高。

據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要使用配置軟件進(jìn)行系統(tǒng)配置屏幕的自動(dòng)操作，采用6.53組態(tài)王混合三種液體控制系統(tǒng)屏幕決策和屏幕配置設(shè)計(jì)。如圖1所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，本文所采用西門子S7-200型PLC的硬件配置和程序設(shè)計(jì)完全可行。在實(shí)際控制中，由于PLC產(chǎn)品自身具有可靠性高、靈活性強(qiáng)、對(duì)工作環(huán)境無(wú)要求和抗干擾性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，使之完全可以將操作人員從惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中解放出來。同時(shí)采用PLC控制液體混合裝置，還能隨時(shí)修改可編程控制器程序，以改變液體混合裝置的工作時(shí)間和狀態(tài)，滿足不同液體混合的需要。該控制系統(tǒng)通過較少的資金投入，就可以達(dá)到控制要求。

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