劉維韶

摘 要：為積累糖香料調(diào)配系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本文通過在糖香料調(diào)配系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，以西門子PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例，來說明糖香料調(diào)配系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些思路，并舉例說明了一些關(guān)鍵控制程序設(shè)計(jì)的思路及結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：香料生產(chǎn);西門子PLC;控制結(jié)構(gòu)

西門子PLC是目前工業(yè)自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的品牌，以其較高的性價比，在國內(nèi)各個行業(yè)中均占有很大的市場份額。本文試圖通過以西門子PLC為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)舉例，來說明糖香料調(diào)配系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些思路。

1 控制系統(tǒng)主要器件選型

控制器選擇：SIMATIC S7-400系統(tǒng)的核心是控制器，本系統(tǒng)選用CPU416-3PN/DP控制器。CPU416-3PN/DP控制器帶有11.2MB工作存儲區(qū)，集成了PROFINET功能，還帶有組合的MPI/PROFIBUS-DP接口，0.03 us/二進(jìn)制指令的CPU實(shí)現(xiàn)指令的執(zhí)行時間;最大可到262144的數(shù)字量輸入/輸出和16384個模擬量輸入/輸出。

通訊模塊選擇：通訊模塊選擇CP443-1 Advanced，直接安裝在S7-400 機(jī)架上，并經(jīng)過背板總線連接到其它模板，沒有槽位規(guī)則。該模板自帶有功能強(qiáng)大的處理器，從而解除了CPU 的通訊任務(wù)并有助于另加連接，可以通過以太網(wǎng)直接進(jìn)行通訊。無需編程器即可進(jìn)行模板更換，所有信息都保存在可更換CPLUG 中（即使是用于IT 功能的文件系統(tǒng)）。 具有豐富的診斷功能，可用于機(jī)架中的所有模板。

輸入輸出模塊選擇：輸入輸出采用ET200S分布式I/O，ET200S模塊種類最齊全，點(diǎn)數(shù)經(jīng)濟(jì)，系統(tǒng)架構(gòu)靈活復(fù)雜，有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模塊化。分布在每個電控柜內(nèi)和現(xiàn)場機(jī)構(gòu)旁邊的操作箱內(nèi)，大大節(jié)省了布線，支持模板熱插拔而不會導(dǎo)致CPU停機(jī)。

2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

車間控制系統(tǒng)布置為，廠級制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）連接至車間服務(wù)器，車間內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)以內(nèi)部交換機(jī)為中心，控制器，監(jiān)控計(jì)算機(jī)及分布式的I/O子站均連接至交換機(jī)。

其他智能設(shè)備，如電子秤、閥島、流量計(jì)、射頻識別系統(tǒng)均選用PROFIBUS DP接口，通過IE/PB Link將PROFIBUS DP透明的接入到PROFINET;壓力、溫度均選用帶PROFIBUS PA接口的智能儀表，通過DP/PA Link將其首先轉(zhuǎn)換到PROFIBUS DP，然后通過IE/PB Link接入到PROFINET。每個IE/PB Link最多可以連接64個PROFIBUS DP設(shè)備，每個DP/PA Copule最多可以連接32個PA儀表。

3 PLC程序設(shè)計(jì)說明

3.1 香料調(diào)配車間的程序結(jié)構(gòu)

根據(jù)香料調(diào)配車間的程序的工藝流程和西門子結(jié)構(gòu)化編程的系統(tǒng)思維，確定香料調(diào)配車間的總體控制程序結(jié)構(gòu)如下圖：

程序編寫以各個控制功能為單位，編寫相應(yīng)控制塊，如攪拌電機(jī)在調(diào)配車間中應(yīng)用較多，因此編寫為一個塊。這些重復(fù)性較高的設(shè)備，其控制過程基本一致。因此編寫為一個塊，重復(fù)調(diào)用，可以減輕程序編寫任務(wù)量，使程序簡明易讀，同時也符合西門子程序設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)化編程的思想。

3.2 控制程序舉例

3.2.1基本塊功能舉例

3.3.2加熱溫度控制功能舉例

傳感器有效監(jiān)測溫度范圍為-20℃-200℃。

程序使用溫度和閥控制功能進(jìn)行溫度控制。程序變量中，參數(shù)有：“蒸汽閥開度”“罐內(nèi)重量”“溫度設(shè)定值”“溫度實(shí)際值”。當(dāng)溫度為設(shè)定值SP-實(shí)際值PV > 4時，打開閥門（如果直接加熱到設(shè)定值，溫度會沖高，因此加熱接近設(shè)定值時就停止加熱），如果罐中的料液重量少于30公斤，把SP清零（沒有料液加熱可能會損壞罐體）。

4 結(jié)論

作為糖香料控制系統(tǒng)中的一部分，本系統(tǒng)選定基于西門子PLC，設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，完成了系統(tǒng)選型，程序設(shè)計(jì)等一系列的工作。經(jīng)實(shí)際調(diào)試與試生產(chǎn)，本系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐輝能.靜態(tài)電子秤在香料生產(chǎn)中的應(yīng)用.[J].機(jī)電工程技術(shù).2007.

[2]鴻斌，孔美靜，赫孟合.西門子PLC與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[3]張萬忠，劉明芹.電器與PLC控制技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[4]韓兵.現(xiàn)場總線系統(tǒng)監(jiān)控與組態(tài)軟件[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[5]姜建芳.西門子S7-300/400 PLC工程應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[6]西門子公司. STEP 7 V5.4 使用入門.

[7]SIMATIC STEP75.4編程使用手冊[Z].北京：西門子中國有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán)，2006.

[8]西門子中國有限公司.深入淺出西門子S7-300 PLC[Z].北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[9]陳啟明.船舶監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備故障診斷的研究[D].[碩士論文].南京：東南大學(xué)自動化學(xué)院.2007

[10]蔡武昌，應(yīng)啟戛.新型流量檢測儀表[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[11]王建，馬新合，劉禹林.實(shí)用PLC技術(shù)[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2010.