西门子S7-200PLC在自动称重混料系统中的应用 脱硫装置S7-200 PLC/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，完成一次混料称重控制过程。
2.2 系统控制原理
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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 系统硬件设计
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hunt-079CPU222AC/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转换后数值
为6400~32000(D0~Dm)。根据公式(3.1)得到：
在PC机上安装运行STEP7 MicroWin V4.0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。
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