一種基于PLC的工業(yè)注射泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

史志鵬，李 晨，王 經(jīng)，馬 聰

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十三研究所，山西 太原 030032；2.中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司蘭州車(chē)輛段，甘肅 蘭州 730050)

工業(yè)注射泵通常在過(guò)程自動(dòng)化中作為配套設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高精度微量流體傳輸與處理，一般采用旋轉(zhuǎn)閥、面板安裝、通過(guò)RS485，RS232或CAN總線進(jìn)行通訊控制[1]。通過(guò)先進(jìn)的電機(jī)微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)，智能的初始化、故障處理等算法，使得軟件更加穩(wěn)健，同時(shí)具備卓越的電磁兼容性能和低溫環(huán)境應(yīng)用支持，更適合工業(yè)場(chǎng)合使用。

1 系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)選用SP1-CX型工業(yè)注射泵，采用西門(mén)子S7-200 Smart PLC[2]作為控制器，通過(guò)RS485接口與注射泵進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)現(xiàn)注射泵的控制功能。

2 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)的主要功能有：

1) 能夠完成1-10mL液體的取液操作；

2) 能夠完成進(jìn)液0.1mL、0.05mL操作；

3) 能夠完成啟動(dòng)速度、運(yùn)行速度和停止速度設(shè)置。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括電氣設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

3.1 電氣設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由西門(mén)子S7-200 Smart PLC與注射泵構(gòu)成。系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)如圖1所示。系統(tǒng)由交流220V供電，通過(guò)AC-DC電源模塊轉(zhuǎn)換為DC24V電源，分別給PLC和注射泵供電。PLC與注射泵之間通過(guò)雙絞線進(jìn)行連接。

圖1 電氣設(shè)計(jì)原理圖

3.2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用STEP7-Micro/WIN Smart編程軟件，進(jìn)行梯形圖設(shè)計(jì)。該軟件主要包括：初始化模塊、指令集模塊、發(fā)送完成中斷模塊和接收完成中斷模塊。

3.2.1 初始化模塊

初始化模塊主要進(jìn)行通信初始化工作，包含通信端口控制字設(shè)置、接收消息控制字設(shè)置、起始字符設(shè)置、結(jié)束字符設(shè)置、字符間定時(shí)器設(shè)置、接收最大字符數(shù)設(shè)置、指令編碼復(fù)位、注射泵狀態(tài)字復(fù)位。流程圖如圖2所示。

圖2 初始化流程圖

通信端口控制字設(shè)置，通過(guò)對(duì)SMB30進(jìn)行設(shè)置，完成校驗(yàn)類型、數(shù)據(jù)位和波特率設(shè)置。本系統(tǒng)采用無(wú)校驗(yàn)類型、數(shù)據(jù)位為8位、波特率為38400bps、同時(shí)采用自由口通信。因此，SMB30的值設(shè)為16#01。

接收消息控制字設(shè)置，通過(guò)對(duì)SMB87進(jìn)行設(shè)置，包含啟用/禁止接收消息功能、啟用/禁止SMB88檢測(cè)消息起始字符、啟用/禁止SMB89檢測(cè)消息結(jié)束字符、啟用/禁止SMW90作為空閑線檢測(cè)條件、定時(shí)器為字符間定時(shí)還是消息定時(shí)、啟用/禁止超時(shí)終止、啟用/禁止中斷條件作為消息檢測(cè)的開(kāi)始。本系統(tǒng)啟用接收消息功能、啟用SMB88檢測(cè)消息起始字符、啟用SMB89檢測(cè)消息結(jié)束字符、禁止SMW90作為空閑線檢測(cè)條件、定時(shí)器為字符間定時(shí)、禁止超時(shí)終止、禁止中斷條件作為消息檢測(cè)的開(kāi)始。因此，SMB87的值設(shè)為16#C4。

起始字符設(shè)置SMB88為16#02；結(jié)束字符設(shè)置SMB89為16#03；字符間定時(shí)值SMW92設(shè)置為1000ms；最大接收字符數(shù)SMB94設(shè)置為100。

3.2.2 指令集模塊

該模塊主要完成：發(fā)送前初始化、接收完成標(biāo)志復(fù)位、發(fā)送指令調(diào)用。其中在發(fā)送指令調(diào)用前，已將發(fā)送指令的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)塊中進(jìn)行定義。涉及的指令有取液指令、進(jìn)液指令和參數(shù)設(shè)置指令。以取液指令發(fā)送為例，流程圖如圖3所示。

圖3 取液指令發(fā)送流程圖 圖4 發(fā)送完成中斷流程圖

數(shù)據(jù)塊中的取液指令(十六進(jìn)制表示)如下：

02 31 31 4F 41 36 00 00 00 44 39 30 30 49 52 03

3.2.3 發(fā)送完成中斷模塊

該模塊屬于中斷模塊，主要是在指令集模塊中調(diào)用XMT指令后，以中斷形式進(jìn)行響應(yīng)。主要完成接收指令RCV調(diào)用、綁定接收中斷事件、斷開(kāi)發(fā)送中斷事件。流程如圖4所示。

3.2.4 接收完成中斷模塊

該模塊屬于中斷模塊，主要是調(diào)用RCV指令后，以中斷形式進(jìn)行響應(yīng)。主要完成接收完畢判斷、接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、接收緩沖區(qū)清零、斷開(kāi)接收中斷事件、接收完成標(biāo)志位置位。流程如圖5所示。

圖5 接收完成中斷流程圖

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)采用PLC作為控制器，通過(guò)RS485接口完成對(duì)工業(yè)注射泵的精密控制，實(shí)現(xiàn)取液、不同步進(jìn)取液以及參數(shù)設(shè)置等功能，達(dá)到了預(yù)期效果。