基于西门子PLC的液体混合系统设计

李国勇

摘 要：在当前传统的机械搅拌过程中还存在很多的不足，为更好的进行搅拌，通过PLC系统对其进行混合。通过硬件和软件的使用，进一步满足工业生产的需要。

关键词：西门子；PLC；液体混合；控制系统

1.前言

本文主要就西门子PLC的液体混合控制系统的设计及相关的使用进行分析，就出现的问题进行阐述。

2.概述

本液体混合控制系统运用的是以S7-200PLC为主控制器的

控制系统，替代传统的控制系统，如由单片机、继电器等构成的控制系统。该混合控制系统采用的结构是模块化结构，结构清晰便于维护。例如，在混合容器中将两种液体按一定比例混合，电动机搅拌后，将混合均匀的液体输出容器，并形成循环状态。本设计以S7-200PLC控制器为液体混合控制中心，从控制系统的软硬件组成到系统的设计过程（包括液体混合装置的方案设计、控制系统装置设计、要求设计、梯形图设计、外部连接通信等），对其中的设计及制作过程做简明的介绍和概述。设计采用西门子公司的S7系列去实现设计要求。

3.液体混合装置的方案设计

3.1液体混合控制系统的设计要求

某液体控制系统装置示意图如图1所示。

3.2可编程控制器及其基本结构

本设计采用的控制器是西门子S7-200型可编程控制器，采用双CPU构成冗余系统，控制示意图如图2所示。本设计采用西门子公司S7-200系列CPU224XP的PLC为主控制器。在实验室台上的PC机里安装一款由西门子公司提供的STEP7MicroWinV4.0SP6编程软件作为人机界面，编写程序、调试程序、下载程序等。PC机与PLC实验机用一根PC/PPI电缆连接进行通信，并对相应的参数进行设置。用RS-485总线将PC机与PLC实验机进行连接。

4.液体混合控制系统PLC的软件设计及程序设计

STEP7MicroWinV4.0SP6编程软件是专门为PLC编程设计的一款软件，其程序是通过梯形图来实现。梯形图是在继电器与接触器逻辑控制基础上演变而来的，其中的继电器实质上是变量存储器中的位触发器，若位触发器为“1”态，表示该继电器线圈通电，其动合触点闭合，动断触点打开，反之为“O态”。液位传感器（英文名称Liquidlevelsensor）是一种检测装置，在本设计中将检测到混合装置中的液位信息，按一定规律变换成为电信号传送给PC机，进而在PC机上能够将信息做相应的处理、存储、显示、记录和控制。液位传感器在液体混合控制系统中起着重要的作用。该控制系统的工作过程如下所示：H、I、L为3个液位传感器，液体淹没时接通。进液阀Q0.0、Q0.1分别控制A液体和B液体进液，出液阀Q0.2控制混合液体出液。

4.1初始状态：当装置投入运行时，进液阀Q0.0、Q0.1关闭，出液阀Q0.2打开10秒将容器中的残存液体放空后关闭。

4.2起動操作：按下起动按钮SB1，液体混合控制系统工作顺序如下所示：①打开进液阀Q0.0，A液体流入容器，液位上升。②液位上升到I处时，进液阀Q0.0关闭，A液体停止流入，同时打开进液阀Q0.1，B液体开始流入容器。③液位上升到H处，进液阀Q0.1关闭，B液体停止流入，此时搅拌电动机开始工作。④混合液体搅拌。⑤当搅拌电机搅拌均匀后停止搅拌，放液阀Q0.2打开，开始放液，液位开始下降。⑥液位下降到L处时，开始计时且装置继续放液，将容器放空，计时满10秒后将放液阀Q0.2关闭，自动开始下一个循环。

4.3停止操作：工作循环完成后再停止。工作中，若按下停止按钮SB2，装置不会立即停止，而是完成当前工作。

5.硬件设计

基于本系统的工作原理，选用西门子公司S7-200CPU226CN型PLC为主控制器。S7-200PLC是德国西门子公司研制的一种新型可编程控制器，可应用于各种自动化系统。它结构紧凑，成本低廉，工作可靠，功能指令强大，存储容量大，编程方便，抗干扰能力强，成为各种小型控制任务理想的解决方案。本系统采用EM235模拟量输入输出模块，可接收检测机构输入的0V～5V直流信号，并可通过编程输出执行机构所需要的0V～5V标准信号。利用西门子S7-200可编程序控制器编写一个控制程序即可满足本系统的要求。S7-200CPU226CN型PLC支持多种通信协议，包括PPI点到点协议（Point-to-Point），MPI多点协议 （Multi-Point），Profibus协议。PPI协议是一个主/从协议，通过令牌环网实现。网络使用RS485标准双绞线，PPI电缆用于连接PC机的232接口和PLC的485接口。当数据从RS232传送到RS485时，PC/PPI电缆是发送模式；当数据从RS485传送到RS232时，PC/PPI电缆是接收模式。液位传感器的信号通过电缆传送到PLC中。人机界面采用西门子公司提供的STEP7MicroWinV4.0PLC编程软件，进行程序的组态、编译、上传、调试和运行。

其中PLC控制单元的输入输出分配表如表1所示，PLC和各个测量控制点的分配表和接线图如图1所示。

5.软件设计

控制程序设计在西门子公司提供的STEP7MicroWniV4.0PLC编程软件下进行厂已是S7-200系列的PLC的编程软件，可以对S7-200的所有功能进行编程。该软件在WINDOWS'下台上运行，其基本功能是协助用户完成应用软件任务。例如创建用户程序、修改和编辑过程中编辑器具有简单语法检查功能，还可以自接用软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控。本程序采用了在PLC编程中常用的梯形图进行编译、调试和修改，并采用模块化、结构化的程序设计方法Czl。具体控制程序如下，其他程序略。

6.结束语

综上所述，在当前社会发展的过程中，要不断运用先进的技术，提升液体混合的效果。

参考文献：

[1]吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社， 2004.endprint