西门子S7-200PLC在液体混合控制系统中的应用.pdf

自 动 化技 术与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第9 期 P L C 与D C S PL C an d DCS 西门子 S 7 2 0 0 P L C在液体 混合控制系统中的应用 马晓娜 1 ，于桂 军 2 ，王智勇 3 1 ． 沈阳工业大学工程学院 自动化系， 辽宁 辽阳 1 1 1 0 0 3 ；2 ． 辽宁科技学院 自动控制系， 辽宁 本溪1 l 7 0 0 4 ；3 ． 沈阳工业大学辽阳校区， 辽宁 辽阳 1 1 1 0 0 3 摘要 本炙针对原有 ， J ‘ 法7』 【 1 人 T 武液体混合及继电接触器液体 介控制系统存 的不足，提t ‘ 种塔 j rs 7 2 0 0 t L C的液体 混合控制系统的设计思路。给出r P l J C控制系统的l ／ O口眦置、硬什电路 和梯形l 冬 【 稃序。水 l殳巾I C系统 仃很灯的 靠性和抗十扰能力，不仅人大降低厂系统的故障串，提高』 产效率 ，} 斫} 1 ． 线删试， 系统的升级改造。 关键 词 西f S 7 2 0 0 P I C； 液体混俞； 效率 [ } J 分类号 T P 3 1 9 文献标识码 B 文章编 1 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 0 0 9 0 0 6 6 0 3 T h e Ap p l i c a t i o n o f Si e me n s S 7 - 2 0 0 P L C B a s e d o n t h e L i q u i d Mi x i n g Co n t r o l Sy s t e m l V l A Xi a o - i l a ， YU Gu i - j u n ， WANG Z h i y o n g 1 ． De p a r t me n t o f Au t o ma ti o n ， E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ， S h e n y a n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Li a o y a n g 1 1 1 0 0 3 C h i n a ； 2 ． De p a r t me n t o f Au t o ma t i o n Li a o n i n g I ns t i t u t e o f Sc i e n c e a n d Te c h n o l o g y , Be n x i 1 1 7 0 0 4 Ch i n a ； 3 ． L i a o y a n g C a mp u s ， S h e n y a n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , L i a o y a n g 1 1 1 0 0 3 C h i n a Ab s t r a c t Th e p a p e r p r e s e n t s a d e s i g n t h o u g h t o f l i q u i d mi x i n g c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n S i e me n s S7 2 0 0 P LC t o i mp r o v e a l ‘t i f i c i a l a n d r e l a y c o n t a c t o r l i q u i d mi x i n g c o n t r o l s y s t e m． Th e I ／ O c o n f i g u r a t i o n d i a g r a m， h a r dwa r e c i r c u i t d i a g r a m a n d l a d d e r p r o g r a m s a r e g i v e n ． I n t h i s p a p e r ， P LC s y s t e m h a s h i g h r e l i a b i l i t y a n d c a p a c i t y of r e s i s t i n g di s t u r b a n c e ． I t n o t o n l y r e d u c e s f a i l u r e r a t e a n d e n h a n c e s p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y ， b u t a l s o c a n d e b u g o n l i n e a n d f a v o r s s y s t e m u p g r a d e ． Ke y wo r d s S i e me n s S 7 2 0 0 P LC； l i q u i d mi x i n g ； e ffic i e n c y 1 引言 饮料生产 、酒厂配液等等都离不开液体混合装置。 液体混 料 比例 的精确性 和均匀性是产 品质量 的关键 ， 同 样也是产品品质一致性的保障。传统的液体混合装置完 全由人工操作， 无论在配料、混料等阶段都存在诸多不 确定因素， 产品质量无法保证 ， 废品多、人工投入大⋯ 1 。 基于继电接触器控制的液体混合装置也由于继电接触装 置自身的缺点如经常维修 ， 抗干扰能力差以及系统升级 改造 困难等等 ， 对产 品质 量和生产 效率也难 于提高 。 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 6 S I MA T I C 7 - 2 0 0系列 P L C具有许多优点， 如， 1 可靠性高， 抗干扰能力强， 适于恶劣环境 ； 2 体积小 ， 功 耗低； 3 编程简单， 可在线调试 ； 4 通信能力强等等。这 些优势使得它适用于各行各业、各种场合 中的检测及 自动化控制的需要I 2 1 。其强大功能使其无论在独立运行 中， 或相互联成网络皆能实现复杂控制功能， 具有极高 的性价比。本文提出一种新型的液体混合系统设计方 案， 该系统采用的西门子 S I MA TI C s 7 2 0 0 系列 P L C作 为系统核心控制器 ， 摒弃了原有人工方式的不足， 与继 电接触器系统相比降低 了故障率 ， 从而保证了产品质 量 ， 提高了工作效率。 2 系统硬件设计 2 ． 1 控制要求 P L C 与D C S PL C a n d DCS 图 1 系统原理图 图 1 是某单位液体混合装置。该系统的整个工作过 程如下 电磁阀A和电磁阀B分别负责控制液体 A和液 体 B的进料 ， 起初容器是空的， 打开阀A使液体 A注入 到液面 H2处， 关掉阀 A； 打开阀 B， 进料注入液体 B到 液面 H 3处 ， 关掉阀B； 此时搅匀电动机开始转动 ， 由搅 匀电动机带动叶轮搅拌 1 2 0秒， 然后打开电磁阀 C将混 合液体全部放 出容器 ， 完成整个液体混合的控制过程。 2 ． 2 系统硬件组成 该液体混合控制系统包括下位机 P L C C P U2 2 2 DC ／ D C ／ D C --台、上位机 P C机 一台、G D Y 一 2 0 0 通用型光 电液位检测开关三个 、电磁阀三个 、按钮两个 启动按 钮、停止按钮各一个 、直流 电动机一 台等等。 2 ． 3 系统硬件设计 该系统选用西门子公司 7 - 2 0 0系列 C P U2 2 2 DC ／ DC ／ DC 的P L C为主控制器。可编程控制器结构紧凑、 成本低廉、工作可靠、编程方便、抗干扰能力强等等成 为具有理想性价比的解决方案。 上位机为PC机 ， 安装在控制室， 主要用于完成数据 处理和存储、系统状态显示， 实现系统的实时监控。上 位机上安装西门子公司提供的 S T E P 7 Mi c r o Wi n V4 ． 0 S P 6编程软件作为人机界面， 编写程序、调试程序 、下 载程序等等 。上位 PC机与下位 P L C机进行通信只需一 根 P C ／ P P I 电缆 ， 设置 P C ／ P P I 电缆的 D I P开关 ， D I P开关 的第 1 ， 2 ， 3 位用于波特率设定， 第4 ， 5 为为 0 。再将PC ／ P P I 电缆的P C端与P C机的RS 一 2 3 2 通信 IZ I 连接， 将P P I 端与 P L C的 RS - 4 8 5通信 口连接 。 本系统的P L C硬件设计图如图2 所示。C P U2 2 2 D C ／ DC／ DC有 8 个输入点， 6个输出点， 可实现本系统。其 中PL C控制的输入输出单元分配表如表 1所示。 自动 化技术与应用2 0 1 0年第 2 9卷第 9期 图 2 P L C硬件设计图 表 1 S 7 - 2 0 0 P L C I／ 0分配表 输入设备 j -入 维 电 j ．出设备 输 出继 电 代号 功能 嚣 代号 功能 嚣 启动按 钮 I n 0 m 控f | I 电磁阀 Q 0 停止按 钮 I n 1 m 控制电磁 阀B 0 n1 S h H】 波面传感嚣 I n 4 I ∞ 控制电磁 阀 c Q O ． 2 S L H 2涟面传感嚣 I a 3 I ∞ 控制搅匀 电动机 M m 3 S I 4 H 3波面佶感嚣 I a 2 3 系统软件设计 S T E P 7 Mi c r o Wi n V4 ． 0 S P 6 是 西门子公 司专为 S 7 2 O 0 P L C 研制开发出来的编程软件， 可以工作在Wi n d o ws 2 0 0 0 S e r v i c e P a c k 3 、Wi n d o ws XP或 V i s t a 系 统上。在P C机上安装运行S T E P 7 Mi c r o Wi n V 4 ． 0 软 件， 编写系统的梯形图程序 ， 经过调试的程序如图 3所 示。该梯形图程序对系统的控制过程描述如下 1 启动操作 按下启动按钮 S B 1 ， 液体混合装置开始工作。 ①电磁阀 A打开， 液体 A注入容器 ， 液面上升。当 液面达到 H2 处时， H2 液面传感器输出 “ 1 ” ， 此时， 关闭 电磁阀A， 停止液体 A注入； 打开电磁阀B， 液体 B开始 注入 ， 液面继续上升 ； ② 当液面达到 H3 处时， H3 液面传感器输出 “ 1 ” ， 此时， 关闭电磁阀B， 停止液体 B注入； 搅匀电动机 M开 始转动， 搅拌液体 ； ③搅匀电动机工作 1 2 0 s 后 ， 电动机停转 ， 停止搅 拌 ， 电磁阀 C阀门打开 ， 开始放液 ， 液面开始下降； ④ 当液面下降到 H1 处时， H3液面传感器输出由 “ 1 ”变为 “ 0 ” ， 再过 3 0 s 后 ， 容器 内混合 液放 空 ， 放液 电 磁阀 C阀门关闭， 开始准备下一周期循环 。 2 停止操作 在工作过程 中， 按下停止按钮 S B2 ， 搅拌电机并不立 即停止工作， 而要将当前容器内的混合液体的工作处理 完毕后 当前周期循环到底 ， 才能停止操作 ， 即停在初始 位置上 ， 否则会造成原料的浪费。 俐 ～ 一 一 一 自动化技术与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 9期 麓稿黼l恻颤哦 罨 鞠蝴 舯并 箍■勘 嘲曩 蕾号 羁I 霾岛毫动嘲转动 P L C 与D C S PL C an d DCS 蠢匀聪l 罨 设定轴2 努 辨 委匀嘲翰 艚转 融 鬟 辆 图3 梯形图 4 结束语 本文从硬软件设计及上位机和下位机的通信等方 面详细的介绍了s 7 - 2 O O P L C液体混合控制系统的设计 过程 。实 践证 明， 该 控制 系统安全 、稳 定 ， 有效地提 高 设备运行的可靠性 ， 大大提高了产品生产效率， 具有较 高的使用价值与现实意义。 参考文献 ⋯ 1 李峰， 傅龙飞． 基于s 7 2 0 0 P L C的液体 昆 合自动控制系 统． 甘肃科技[ J 1 ． 2 0 1 0 ， 2 6 2 2 4 2 6 ． 【 2 ]马小军． 可编程控制器及其应用I N】 ． 南京 东南大学出 版社 ， 2 0 0 7 ． 作者 简介马晓娜 1 9 7 8 ． 9 一， 女 ， 讲师， 硕 士， 研 究方向电 气控 制 、 电力 电子 与 电力 传 动 。 上接第 6 5页 表 1 标准量具测试表 测试次数㈤ 勰 柽 标 准差 m i 2 3 4 5 钿 ∞ 5 9 t 9 昌 O 2 0 l 5 ． 。 1 9 8 5 ． O o 6 6 札 毗 3 1 。 呻 9 ． 9 6 8 9 I o ． 0 2 7 6 钉 4 S l 0 ． ∞ 6 9 1 o ． o l 3 6 0 ． O 2 8 5 结束语 总之 ， 这种基于正弦光栅编码、解码、相位求解及 极线约束相结合的方法实现了交叉摆放的双目 C CD系 统的立体精确匹配 ， 这种方法已用于逆向工程中的物件 测量， 实验证明该测量方法测量误差小 ， 测量时间短 ， 匹 配 算法具 有鲁棒 性 。 参考文献 [ 1 】章毓晋． 图像理解与计算机视觉【 M】 ． 清华大学出版社 ， 2 0 0 0 ， 8． 【 2 】P． F． L UO， S ． S ． L I OU． Me a s u r e me n t o f c u r e d s u r - f a c e b y s t e r e o v i s i o n a n d a n a l y s i s [ J 】 ． Op t i c s a n d L a s e r i n E n g i n e e r i n g， 1 9 9 8 ， 3 0 4 7 1 - 4 8 6 ． 【 3 】张广军． 机器视觉I N】 ． 科学出版社， 2 0 0 5 ． 6 ． [ 4 】石智伟， 洪嘉萍， 林嘉杰， 林桔桦 ． 一种基于相移技术的 三维轮廓检测方法 ． 信息技术 ， 2 0 0 8 ， 1 3 5 3 7 ． 【 5 】GO OD AL L A． J ． E． ， B URT 0N DR． ， L AL OR M． J ． The f u t u r e o f 3 -D r a n ge i m a g e m e a s u r e m e n t u s i n g b i - n a r y e n c o d e d p a t t e n p r o j e c t i o n [ J ] ． Op t i c s a n d L a s e r i n E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 4 ， 2 1 9 9 -1 1 0 ． 作者简介 宋昌江 1 9 8 3 一 ，男， 研究实习员， 从事机器视觉 方 面 的研 究 工 作 。