摘 要 以西门子s7-200系列PLC为核心，通过重量变送器对反应釜内液体重量的采集，送入EM235进行A＼D转换，把转换后的数据送到PLC进行处理，输出控制信号。利用触摸屏进行手动、自动、配方管理，实现快速、稳定、灵活的自动控制过程。

　　关键词 s7-200；重量变送器；EM235；配方管理

　　中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0024-02

　　在众多的液料加工企业当中，有很多生产过程需要把两种或两种以上液体按照一定比例进行混合搅拌，然后出料。为了高效准确的进行生产，必须对搅拌生产工艺过程当中的液体重量、温度、加工效率进行快速、准确的控制。其中最重要的环节就是灵活应对液体配比的改变。本文以s7-200系列PLC为核心通过重量变送器采集反应釜内的重量数据、送入EM235转换成数字量送入PLC，利用PLC程序对数据进行处理并产生控制输出。通过触摸屏编辑手动、自动、配方管理等控制画面，全面提高企业的生产效率，灵活应对液体配比的改变。

　　1 液体搅拌装置生产流程

　　1.1 液料搅拌生产流程图

　　图1 液体混合搅拌流程图

　　1.2 生产流程分析

　　根据液体混合搅拌装置的实际生产过程，其生产流程图如图1所示。流程图中的自检部分为检测是否有液料在反应釜中未排出，检测原理就是利用重量传感器检测重量，和反应釜毛重比较，如果有液体未排除，产生声效、灯光报警。每种液体的重量由生产工艺决定，利用触摸屏进行配方管理，实现快速准确的生产。在流程图中只写出A料、B料，在实际生产中可以根据工艺实现多种液料的配比控制，本文不在一一阐述。搅拌时间T可以通过触摸屏根据加工工艺自由控制。

　　2 液体搅拌系统设计

　　硬件是控制系统的基础，在软件的协调下实现生产过程的检测与控制。本系统的硬件电路由数据采集、数据转化、数据处理、画面控制组成。如图2的硬件框图所示，称重传感器完成重量数据采集，EM235把采集来的模拟量转化成数字量，PLC负责对采集来的数据通过程序进行处理产生控制输出，触摸屏完成自动、手动、配方的管理控制。

　　2.1 硬件框图

　　图2 硬件框图

　　2.2 搅拌主电路

　　搅拌主电路由变频器控制变频电机进行搅拌。当完成数据采集、转换、处理形成控制输出按照触摸屏给出的指令给变频器发送搅拌信号，控制搅拌电机工作。变频器要设置成外部端子多段速模式。

　　2.3 重量数据采集转换电路

　　如硬件框图所示，本方案当中的数据采集采用KM02A重量变送器采集重量数据，将转换的模拟量送入EM235模块，完成数据的采集转换，然后送入PLC进行程序处理。KM02A重量变送器以工业现场标准设计，提供了使传感器与控制接口实现标准化的方法，不易受噪声干扰。以此为桥梁把反应釜内液体的重量转变为典型的4～20 mA或0～10 V模拟量输出。送入EM235模块进行A＼D转换。EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。根据EM235模块上的6个DIP开关的组合我们可以选择单双极性的电压输入也可以选择者0～20 mA或4～20 mA的电流输入。

　　在选择模拟量输出时只能选择一个电流输出或电压输出送入到PLC的模拟量输入输出模块EM235。PLC的模拟量输入模块输入电压时，其输入阻抗很高，在100 kΩ～10 MΩ。当变送器距离PLC较远时，线路间的分布电容和分布式电感的干扰信号在模块的输入阻抗上将产生很高的干扰电压，所以电压信号适用于近距离传输。电流输出具有恒流源性质，内阻很大，当PLC的模拟输入模块输入电流时，输入阻抗很低一般会≤250 Ω。线路上的干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适用于远程传送。工业现场最常选用的是电流信号。

　　变送器电源允许范围DC15 V～24 V，推荐使用15 V，18 V或24 V的直流稳压电源，当环境温度超过60℃时要确保电源电压不能超过24 V。实际应用时要把多余的接线端口堵死，防止潮气及灰尘进入重量变送器内部。

　　3 软件系统

　　3.1 PLC程序

　　PLC程序要协调硬件完成预定的功能。根据上述，本系统中PLC程序主要完成自动控制程序、手动控制程序、模拟量数据的处理程序。

　　自动控制程序可以调用配方自动完成称重、配重、正反方向的搅拌过程。

　　手动控制程序可以完成手动的启动、停止、手动的正反向搅拌控制。

　　模拟量数据的处理程序是程序运行的核心，负责把测得重量数据采集转化送给控制程序处理。西门子系列的PLC在软硬件方面有很强的模块化功能，把诸多硬件功能、常用的程序功能模块化。而针对模拟量处理有专门的模拟库完成，可以实现整数和实数之间的数据处理。在功能库的模拟量模块里，只要设定好数值的输入输出存储器，转化量的范围以及模拟量的范围值就可以方便的完成模拟量的采集转换。滤波、数值类型转化、求标度值等都无需手动编写程序，大大简化了编程工作。

　　程序处理中会涉及到反应釜本身毛重的问题，有三个办法可以解决：1）称好反应釜重量转换成数据量，使用PLC程序处理，在最终称完重量后减去反应釜毛重。2）在变送器侧调零，在反应釜空载的情况下使电压、电流输出为0，或者电流输出4 mA。3）在触摸屏侧设置去毛重按钮，在第一次使用，或校准时称得反应釜重量写入PLC断电保存寄存器，然后利用程序减去测得的重量。为了方便校准，本设计方案选择第三种方法。

　　为了满足触摸屏控制和外部控制，在手动、自动程序中采用软硬触点相结合的方式完成。M点作为和触摸交换的数据的软触点，为了实现外部的非触摸屏控制同时并接I点。I点只需完成外部硬触点的启动、停止、急停即可。

　　3.2 触摸屏画面

　　触摸屏和PLC的通讯根据选择触摸屏的不同可以选择PPI、MPI、PN、DP，而200的PLC如果要使用PN或DP需要另加模块。北大核心期刊所以为了节省成本我们可以选用PPI或MPI协议进行通讯，完成数据互换。

　　为了灵活、快速、直观的反应控制过程，在本系统中利用触摸屏实现手动操作画面、自动操作画面、配方设置画面，参数设置画面。各个画面需满足监控当前工作状态、电机参数。能完成当前工作模式的急停、启动、停止功能。

　　手动操作画面需设置手动的启动、停止、手动的正反向搅拌按钮，电机速度的设定，电机当前速度的监控、物料重量的监控及去毛重按钮。

　　自动操作画面需要设置每种液料得监控，电机转速及电流的监控，自动启动停止按钮。

　　配方管理画面需要设置各种参数的设定项，包括电机正反向转速设定、正反向旋转时间设定、每种物料的重量设定。在配方管理画面可以将配方记录数据读取到触摸屏，可以把当前配方数据的保存到配方记录，能完成从PLC中读取配方数据在触摸屏中显示，能完成把配方数据下载到PLC。

　　4 结束语

　　西门子系列PLC在自动控制领域有着其独特的优势和特点。硬件模块化和软件的模块化使得功能增加、改变、程序的编写变得简单。而本系统采用以s7-200为核心配合触摸屏、变频器完成的液体搅拌控制过程，不但可以提高控制精度，而且大大改善了配比方式的灵活性，工艺的改变对控制主体的影响不大，做到最大限度的灵活控制和自动化控制。

　　参考文献

　　[1]西门子200系列编程手册[M].

　　[2]EM235 A＼D转换模块使用手册[M].KM02A 重量变送器使用手册[M].

　　[3]廖常初.s7-200PLC编程及应用[M].机械工业出版社.

　　[4]吴志敏，阳胜峰.西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程[M].中国电力出版社.

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