S7-200PLC在溢流染色機控制系統(tǒng)中的應用

汪海燕

（浙江警官職業(yè)學院 安全防范系，浙江 杭州 310018）

0 引 言

染色機控制技術是紡織品生產(chǎn)過程的關鍵因素之一，傳統(tǒng)的染色機控制技術基本上是采用人工監(jiān)視和手工操作方式，往往造成色差、色花、條痕等疵點，使織物的等級降低，復染率上升，產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性無法保證。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性，單片機與繼電器控制系統(tǒng)逐步取代了人工控制。但此類系統(tǒng)由于使用了大量的繼電器，控制觸點多，由于染色設備工作于潮濕腐蝕性環(huán)境之下，導致控制系統(tǒng)故障率高，檢修周期長，只能執(zhí)行簡單的順序控制功能，控制功能單一；同時單片機自身保護差，抗干擾能力不強，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代染機控制器技術的要求。一些先進的染色設備采用的自動控制系統(tǒng)由于造價較高、操作復雜等原因又限制了其在中小企業(yè)的應用。

因此，本研究采用S7-200PLC[1-2]構(gòu)建溢流染色機控制系統(tǒng)，從而提高染色機的功能和性能，提高整個染整企業(yè)的自動化化水平。

1 溢流染色機工作原理

織物染色生產(chǎn)工藝流程包括入水、入布、加染料、升溫、降溫、保溫、取樣、水洗、排水、出布等。溢流染色機采用溢流原理，染色機工作原理圖如圖1所示。

圖1 染色機工作原理圖

染液在浸漬槽（1）底部經(jīng)循環(huán)泵（4）作用后，由熱交換器（6）加熱后進入溢流槽（3），溢流槽（3）內(nèi)布置了溢流管進口，當染液充滿溢流槽后，由于和染槽之間的上下液位差，染液溢入溢流管時帶動織物一同進入染槽，循環(huán)運行，達到染色的目的[3]。

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能介紹如下：

（1）系統(tǒng)具有溫度檢測功能；

（2）可以通過外接一個TD 200文本顯示器輸入不同的染色工藝存儲在PLC中；

（3）系統(tǒng)具有重要故障報警功能；

（4）系統(tǒng)具有緊急停車功能；

（5）系統(tǒng)具有基本的啟動自檢功能；

（6）系統(tǒng)具有防止誤操作功能；

（7）系統(tǒng)具有一定的可擴展性，系統(tǒng)可以通過擴展模塊同上位機上的人機交互界面對參數(shù)進行詳細的設置與調(diào)整；

（8）采用MPI通信網(wǎng)絡進行染色工藝的下傳與現(xiàn)場信號的回傳。

3 硬件系統(tǒng)

3.1 控制器的選型

PLC是專為工業(yè)控制設計的，具有強抗干擾能力，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。該控制系統(tǒng)的控制器選擇西門子的S7-200系列CPU226XM。

3.2 PLC的硬件配置

溢流染色機O型缸結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

根據(jù)圖2，可得出系統(tǒng)需配置的I/O點數(shù)分別為：DI 16、DO 28、AI 2。對于一個被控的對象，所使用的I/O點數(shù)不會輕易變化，但是考慮到工藝和設備的改造，或I/O模塊的損壞、故障等，一般應保留1/8的余量[4-10]。因而在PLC的CPU選型上，該系統(tǒng)采用帶24點DI、16點DO的CPU226XM；輸出外擴了兩塊帶8點DO的EM222；針對兩路溫度的模擬量輸入，該系統(tǒng)外擴了帶兩點模擬輸入的熱電阻模塊EM231。

圖2 染色機結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，系統(tǒng)硬件清單如表1所示。

表1 系統(tǒng)硬件硬件清單表

染色機的加熱閥、冷凝水閥、冷卻閥、冷卻水閥、加壓閥、泄壓閥工作時會動作比較頻繁，特別是泄壓閥，因而PLC的輸出接口電路采用了晶體管輸出。而兩塊擴展模塊EM222的輸出接口電路使用了繼電器輸出。

該系統(tǒng)外接了一個TD200文本顯示器顯示染色過程中的一些操作信息，該顯示器適用于所有西門子S7-200系列的PLC。TD200連接很簡單，研究者只需用它提供的連接電纜接到S7-200系列PLC的PPI口上即可，不需要單獨的電源。

該系統(tǒng)采用MPI網(wǎng)絡與上位機通訊，最多可以連接32個節(jié)點，普通PC通過CP5611通信卡聯(lián)入MPI網(wǎng)絡，各個PLC通過EM277聯(lián)入MPI網(wǎng)絡。

MPI網(wǎng)絡控制系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

圖3 硬件配置圖

4 軟件系統(tǒng)

控制軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設計，將染色的過程分解為不同的步來實現(xiàn)，這樣會更具有邏輯性，便于軟件的使用與維護。S7-200編程采用西門子公司的STEP7-MICRO WIN32軟件包，該軟件運行于WIN?DOWS環(huán)境下，界面友好，編程方便。

PLC的控制程序主要有主程序、入水、布、加染料、升溫、降溫、保溫、取樣、水洗、排水、出布、通訊等子程序構(gòu)成，每個子程序是否執(zhí)行，需要根據(jù)網(wǎng)絡下傳的染色工藝參數(shù)來決定。根據(jù)順序控制的特點，本研究將染色工藝曲線分成若干個“步”，每一步都可能包括入水、入布、備料、加料等功能，在PLC中開辟了一個存放網(wǎng)絡下傳單步染色工藝的內(nèi)存區(qū)Xi，i表示第i步(i=1,2,3…)，同時設置了控制動作完成標志位，M0.0置位表示入水完成，M0.1置位表示入布完成等以及M1.0～M1.3全部置位時，則表示當前步已執(zhí)行完畢。

主程序順序邏輯圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

限于篇幅，本研究僅介紹入水的程序設計過程。入水是指往染缸內(nèi)加水，它有兩種方式，一種是入冷水，即開入冷水閥V1；另一種是入熱水，即開入熱水閥V2。由于在染缸上設置了液位開關，當液位到達液位開關位置后，則接通開關，停止入水，該系統(tǒng)設置了4個液位開關，相應的變量名為L0、L1、L2、L3，其中，L1、L2是染色入水水位，L3是水洗入水時使用的，L0是主馬達保護水位，以免損壞主馬達。同時系統(tǒng)若在給定的入水時間內(nèi)，未檢測到染色水位Lμ或L2，則會產(chǎn)生報警信息并在TD200顯示器上顯示，同時入水閥保持開的狀態(tài)，直至到達染色水位。入水過程中顯示器上會提示當前正在“入水”。入水的程序框圖如圖5所示。

控制系統(tǒng)軟件實驗采用調(diào)試板和文本顯示器相結(jié)合的方法來完成。調(diào)試板用來模擬所有系統(tǒng)輸入信號，本研究采用自帶的MPI接口組成小型PLC通訊網(wǎng)絡輸入染色工藝參數(shù)，文本顯示器用來顯示輸出狀態(tài)、故障代碼及其他各種信息，可以方便地設置通信參數(shù)。目前該系統(tǒng)已完成實驗室調(diào)試。

圖5 入水流程圖

5 結(jié)束語

在上述理論和設計基礎上，由S7-200組成的溢流染色機控制系統(tǒng)在實際應用中能夠取得良好的控制效果，該系統(tǒng)充分利用了S7-200 PLC編程簡單可靠和參數(shù)整定方便迅速的優(yōu)點，將輸入輸出信號通過編程實現(xiàn)對染色過程的控制，提高了染色的穩(wěn)定性及系統(tǒng)的自動化水平，使得控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠；同時，該系統(tǒng)操作簡便，操作人員在較短時間內(nèi)便能掌握整個操作過程。

（References）：

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