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1、西门子S7-200PLC在自动称重混料系统中的应用S7-200PLC/固体混料/EM231/效率1 引言制药、食品、农药和化工生产等等都离不开固体混料装置。固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。传统的固体混料装置常采用继电接触器控制,使用硬连接电器多,可靠性差,自动化程度不高[1],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。目前已有许多企业采用PLC对原继电接触器控制系统做改造,大大提高了系统的可靠性和自控程度。改造后的PLC控制系统不仅电路简单,投资少,而且灵活性好,有利于系统在线升级,对
2、产品质量和生产效率提供了很好的保障。西门子S7-200系列PLC具有许多优点[2],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。其强大功能不仅表现在对数字量的灵活控制,利用其扩展模块也可以实现对模拟量的简单控制。本文提出一种新型的固体混料装置控制系统设计,该方案采用西门子S7-200PLC+称重模块为系统核心控制器实现固体的混料称重设计,为继电接触器系统改造提供了思路。2 系统硬件设计2.1 控制系统简介图1
3、是某单位固体混料称重装置。该系统的整个工作过程如下:电磁阀YV1、电磁阀YV2和电磁阀YV3分别负责控制A、B和C口的进料,起初混料装置为空罐,混料空罐自重200kg,该混料装置一次混料总质量为500kg(每次混料的最大重量为600kg)。工作过程:先打开阀YV1,在A口进料到200kg时,阀YV1关闭;阀YV1关闭同时打开阀YV2,在B口进料到400kg时,阀YV2关闭;阀YV2关闭同时打开阀YV3,C口进料到500kg时,阀YV3关闭,此时搅拌电动机开始工作,当搅拌电动机带动叶轮连续搅拌5分钟后,打开电磁阀YV4,将混料罐内固体全部放出,完成一
4、次混料称重控制过程。2.2 系统控制原理本方案主要是用称重模块将生产现场的质量信号变换成标准信号(4~20mA直流信号),然后将该信号送入模拟量输入模块EM231的一个模拟输入端,转换成数字信号交给PLC的CPU处理,实现进出料口电磁阀切换控制和搅拌电动机工作,控制整个系统自动混料生产。2.3 系统硬件组成本系统控制方案是具有理想性价比的控制方案。该系统选择西门子S7-200系列CPU222AC/DC/继电器+模拟量输入模块EM231为主控制器,还包括称重模块一个、电磁阀四个、按钮两个(启动按钮、停止按钮各一个)、搅拌用直流电动机一台等构成。2.4
5、 系统硬件设计CPU222AC/DC/继电器有8个输入点,6个输出点,用于电磁阀控制和电机控制。模拟量输入模块EM231有四个通道模拟量输入端,本设计只用A输入通道,其他三个通道未用的通道短接处置。本设计采用电流信号,A通道接线为将“R”与“+”短接,外部电流信号与相应的“A+”和“A-”接线端相连。采用单极性电流输入,DIP开关具体设置为:SW1和SW2为ON;其余扳到OFF位置。输入输出设备及PLC的I/O配置表如表1所示。系统PLC硬件设计图如图2所示。3 系统软件设计3.1 标度变换模拟量输入信号通过A/D转换变成PLC可识别人数字信号。在
6、PLC的程序设计中,为了实现控制需要,模拟量通过手工计算转换为数字量[3],公式如下: Dm~Am经A/D转换得到的数值;D0~A0经A/D转换得到的数值;A~模拟量信号值;D~A经A/D转换得到的数值。该混料罐一次混料的总质量为500kg,考虑到罐自重200kg。使用比较指令实现对各个质量的准确控制,要得到对应200kg、400kg、600kg和700kg时模拟量输入寄存器AIW0的数值D200、D400、D600、D700。已知S7-200的模拟量输入模块加入标准电信号为4~20mA,对应输入200kg~800kg(A0~Am),经A/D转换
7、后数值为6400~32000(D0~Dm)。根据公式(3.1)得到：在PC机上安装运行STEP7MicroWinV4.0软件,编写系统的梯形图程序,经过调试的程序如图3所示。急停按钮的设置是为了应付突发事件时,能够使设备迅速停止工作,避免事故的发生。4 结束语本文从系统的控制要求入手,给出了系统硬件设计图和软件程序,控制过程中的模拟量(质量)由扩展模块EM231+梅特勒-托利多的FWC称重模块来实现输入控制。为现代工业控制过程中的继电接触器的PLC改造提供了思路。实践证明,该控制系统安全、可靠性高,大大提高了产品质量和生产效率。马晓娜张冬梅文丽
