基于西門子PLC1200-SCL的自動(dòng)液體攪拌機(jī)設(shè)計(jì)

陳澤涵 ， 張景擴(kuò) ， 王 粲 ， 陳思瀚

（1.蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215300；2.山東財(cái)經(jīng)大學(xué)燕山學(xué)院，山東 濟(jì)南 271199；3.江蘇大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

1 整體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的液體自動(dòng)混合攪拌機(jī)可滿足啟動(dòng)裝置后，A、B兩種液體的自動(dòng)釋放、攪拌、釋放、循環(huán)功能，硬件上基于西門子PLC1200并融合液位控制開關(guān)、交流接觸器、中間繼電器等電氣元件，軟件上基于博途V15.1平臺(tái)，通過SCL進(jìn)行程序編寫，仿真調(diào)試基于博途V15.1與西門子PLC1200實(shí)體平臺(tái)實(shí)現(xiàn)[1]。

2 硬件設(shè)計(jì)

由微機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)相互結(jié)合，誕生出了一種以微型處理器為核心的、以控制為功能的特殊計(jì)算機(jī)PLC，由于以上原因PLC與一般的微機(jī)系統(tǒng)在組成上是類似的[2]。PLC的硬件主要由中央處理器（ Central Processing Unit, CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等部分組成[3-5]。其中，PLC的核心硬件是由CPU構(gòu)成，連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出（I/O）設(shè)備與CPU之間的接口電路則是由輸入單元與輸出單元組成，用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外設(shè)連接的是通信接口[6]。圖1是PLC的基本組成。

圖1 PLC的基本組成

本設(shè)計(jì)的液體自動(dòng)混合攪拌機(jī)采用西門子PLC1200來控制，具有可靠、易操作、靈活、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可適用于多種應(yīng)用。由于西門子PLC1200具有相當(dāng)優(yōu)秀的可擴(kuò)展性，通信接口符合工業(yè)通信的最高要求，以及具有全面的集成工藝功能，因此它在完整的綜合自動(dòng)化解決方案中可以作為一個(gè)高度集成的組件存在。具體型號(hào)為1214C DC DC DC，1214C擁有8個(gè)可擴(kuò)展I/O模塊，滿足項(xiàng)目要求。電路中通過自復(fù)位按鈕（SB）負(fù)責(zé)啟停，液位控制開關(guān)（SL）負(fù)責(zé)液位低中高檢測(cè)，交流接觸器（KM）控制負(fù)責(zé)攪拌的三相交流異步電動(dòng)機(jī)（M1），中間繼電器（KA）間接控制負(fù)責(zé)液體流出的電磁閥（YV），在電路中加入熱繼電器（FR）、熔斷器（FU）起到保護(hù)作用。

可視化已經(jīng)成為自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)配置，西門子出品了由各種面板和WinCC軟件兩大部分組成的人機(jī)界面（HMI）產(chǎn)品[7]。國內(nèi)的項(xiàng)目一般使用的是面板產(chǎn)品，其中微型面板、觸摸面板、操作員面板、移動(dòng)面板和多功能面板是主要的面板產(chǎn)品類型。

在簡單應(yīng)用或小型設(shè)備中，成本是關(guān)鍵因素。此時(shí)，操作面板只需要擁有基本的操作功能即可滿足以上兩種情況的使用要求，根據(jù)這個(gè)要求西門子公司推出了全新的SIMATIC精簡系列面板。該系列面板與SIMATIC S7-1200 PLC有著極高的兼容性，在功能方面專注于簡單應(yīng)用，與此同時(shí)該系列面板有著各種尺寸的控制面板，使得以后設(shè)備的更新升級(jí)更加便利。在解決小型自動(dòng)化應(yīng)用的可視化控制方面的問題上，SIMATIC S7-1200與SIMATIC HMI 精簡系列面板之間的整合應(yīng)用是一個(gè)完美的解決方案[8]。同時(shí)為了對(duì)SIMATIC S7-1200和SIMATIC HMI精簡系列面板進(jìn)行高效組態(tài)，西門子公司研究開發(fā)出了一款高集成度工程組態(tài)系統(tǒng)即SIMATIC STEP 7 Basic，系統(tǒng)提供了直觀易用的編輯器。本項(xiàng)目采用KTP700 Basic面板，液體攪拌機(jī)PLC變量分配表如表1所示，電路原理圖如圖2所示。

圖2 基于西門子PLC1200-SCL的液體攪拌機(jī)電路原理圖

表1 液體攪拌機(jī)PLC變量分配表

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)以博途V15.1軟件為工具，基于SCL語言實(shí)現(xiàn)自動(dòng)液體攪拌機(jī)的軟件程序編寫， SCL （結(jié)構(gòu)化控制語言）是按照國際電工技術(shù)委員會(huì)IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)定義的高級(jí)的文本語言，相較于STL編程語言，SCL運(yùn)用其高級(jí)語言指令要更容易地編寫回路和條件分支[9]。因此，在復(fù)雜的最優(yōu)化算法、管理大量的數(shù)據(jù)、管理重復(fù)使用的功能、公式計(jì)算等功能方面，SCL語言有著巨大的優(yōu)勢(shì)。SIMATIC S7 SCL程序是在源代碼編輯器中編寫的，其中SCL被稱為結(jié)構(gòu)化控制語言，采用“if”語句、“for”語句等來構(gòu)建出“順序”“選擇”“循環(huán)”等結(jié)構(gòu)，然后填充各指令，通過在程序塊添加新塊，選擇函數(shù)塊（FB），選擇SCL語言實(shí)現(xiàn)程序編寫。博途是西門子研發(fā)的業(yè)內(nèi)首個(gè)采用統(tǒng)一的工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目環(huán)境的自動(dòng)化軟件，用戶可對(duì)西門子全集成自動(dòng)化中涉及的所有自動(dòng)化和驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)行組態(tài)、編程和調(diào)試。建立SCL程序塊的過程：新建一個(gè)程序塊（FC塊或FB塊），在新建程序塊的對(duì)話框中選擇SCL語言。當(dāng)打開一個(gè)SCL語言的程序塊后，便進(jìn)入了SCL編輯環(huán)境[10]。

當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，閥門A打開，A液體進(jìn)入罐體，當(dāng)液面升至中液位時(shí)，低、中液位控制開關(guān)閉合，使閥門A關(guān)閉，閥門B打開，B液體流入容器。當(dāng)液面升到高液位時(shí)，高液位控制開關(guān)閉合，使閥門B關(guān)閉，開始攪拌，經(jīng)6 s結(jié)束，打開閥門C，開始釋放混合液體。當(dāng)液面下降到低液位時(shí)，低液位控制開關(guān)斷開，經(jīng)3 s后罐體放空，閥門C關(guān)閉。由此完成自動(dòng)液體混合攪拌。隨后將周期性循環(huán)，若在工作期間，按下停止按鈕，則會(huì)在循環(huán)周期結(jié)束后停止。

4 仿真調(diào)試

本文將PLC1214C與KTP700 Basic作為組態(tài)連接，再經(jīng)博途V15.1將組態(tài)、軟件程序、畫面等信息下載到西門子PLC1200實(shí)體平臺(tái)，用以太網(wǎng)電纜線將PLC與觸摸屏連接起來，打開博途監(jiān)控功能，對(duì)觸摸屏進(jìn)行操作并分析輸出狀態(tài)，驗(yàn)證其功能。

5 分析總結(jié)

本文基于西門子PLC1200-SCL，結(jié)合實(shí)際需求及規(guī)范，對(duì)A、B兩種液體的注入、攪拌、排出、循環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)液體自動(dòng)攪拌，提高了液體攪拌的生產(chǎn)效率。該技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)可靠，可用于實(shí)際生產(chǎn)。