S7-200PLC在溢流染色機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

汪海燕

（浙江警官職業(yè)學(xué)院 安全防范系，浙江 杭州 310018）

0 引 言

染色機(jī)控制技術(shù)是紡織品生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵因素之一，傳統(tǒng)的染色機(jī)控制技術(shù)基本上是采用人工監(jiān)視和手工操作方式，往往造成色差、色花、條痕等疵點(diǎn)，使織物的等級(jí)降低，復(fù)染率上升，產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性無(wú)法保證。為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性，單片機(jī)與繼電器控制系統(tǒng)逐步取代了人工控制。但此類系統(tǒng)由于使用了大量的繼電器，控制觸點(diǎn)多，由于染色設(shè)備工作于潮濕腐蝕性環(huán)境之下，導(dǎo)致控制系統(tǒng)故障率高，檢修周期長(zhǎng)，只能執(zhí)行簡(jiǎn)單的順序控制功能，控制功能單一；同時(shí)單片機(jī)自身保護(hù)差，抗干擾能力不強(qiáng)，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代染機(jī)控制器技術(shù)的要求。一些先進(jìn)的染色設(shè)備采用的自動(dòng)控制系統(tǒng)由于造價(jià)較高、操作復(fù)雜等原因又限制了其在中小企業(yè)的應(yīng)用。

因此，本研究采用S7-200PLC[1-2]構(gòu)建溢流染色機(jī)控制系統(tǒng)，從而提高染色機(jī)的功能和性能，提高整個(gè)染整企業(yè)的自動(dòng)化化水平。

1 溢流染色機(jī)工作原理

織物染色生產(chǎn)工藝流程包括入水、入布、加染料、升溫、降溫、保溫、取樣、水洗、排水、出布等。溢流染色機(jī)采用溢流原理，染色機(jī)工作原理圖如圖1所示。

圖1 染色機(jī)工作原理圖

染液在浸漬槽（1）底部經(jīng)循環(huán)泵（4）作用后，由熱交換器（6）加熱后進(jìn)入溢流槽（3），溢流槽（3）內(nèi)布置了溢流管進(jìn)口，當(dāng)染液充滿溢流槽后，由于和染槽之間的上下液位差，染液溢入溢流管時(shí)帶動(dòng)織物一同進(jìn)入染槽，循環(huán)運(yùn)行，達(dá)到染色的目的[3]。

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能介紹如下：

（1）系統(tǒng)具有溫度檢測(cè)功能；

（2）可以通過(guò)外接一個(gè)TD 200文本顯示器輸入不同的染色工藝存儲(chǔ)在PLC中；

（3）系統(tǒng)具有重要故障報(bào)警功能；

（4）系統(tǒng)具有緊急停車功能；

（5）系統(tǒng)具有基本的啟動(dòng)自檢功能；

（6）系統(tǒng)具有防止誤操作功能；

（7）系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)可以通過(guò)擴(kuò)展模塊同上位機(jī)上的人機(jī)交互界面對(duì)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)置與調(diào)整；

（8）采用MPI通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行染色工藝的下傳與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的回傳。

3 硬件系統(tǒng)

3.1 控制器的選型

PLC是專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，具有強(qiáng)抗干擾能力，一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。該控制系統(tǒng)的控制器選擇西門子的S7-200系列CPU226XM。

3.2 PLC的硬件配置

溢流染色機(jī)O型缸結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

根據(jù)圖2，可得出系統(tǒng)需配置的I/O點(diǎn)數(shù)分別為：DI 16、DO 28、AI 2。對(duì)于一個(gè)被控的對(duì)象，所使用的I/O點(diǎn)數(shù)不會(huì)輕易變化，但是考慮到工藝和設(shè)備的改造，或I/O模塊的損壞、故障等，一般應(yīng)保留1/8的余量[4-10]。因而在PLC的CPU選型上，該系統(tǒng)采用帶24點(diǎn)DI、16點(diǎn)DO的CPU226XM；輸出外擴(kuò)了兩塊帶8點(diǎn)DO的EM222；針對(duì)兩路溫度的模擬量輸入，該系統(tǒng)外擴(kuò)了帶兩點(diǎn)模擬輸入的熱電阻模塊EM231。

圖2 染色機(jī)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，系統(tǒng)硬件清單如表1所示。

表1 系統(tǒng)硬件硬件清單表

染色機(jī)的加熱閥、冷凝水閥、冷卻閥、冷卻水閥、加壓閥、泄壓閥工作時(shí)會(huì)動(dòng)作比較頻繁，特別是泄壓閥，因而PLC的輸出接口電路采用了晶體管輸出。而兩塊擴(kuò)展模塊EM222的輸出接口電路使用了繼電器輸出。

該系統(tǒng)外接了一個(gè)TD200文本顯示器顯示染色過(guò)程中的一些操作信息，該顯示器適用于所有西門子S7-200系列的PLC。TD200連接很簡(jiǎn)單，研究者只需用它提供的連接電纜接到S7-200系列PLC的PPI口上即可，不需要單獨(dú)的電源。

該系統(tǒng)采用MPI網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通訊，最多可以連接32個(gè)節(jié)點(diǎn)，普通PC通過(guò)CP5611通信卡聯(lián)入MPI網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)PLC通過(guò)EM277聯(lián)入MPI網(wǎng)絡(luò)。

MPI網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

圖3 硬件配置圖

4 軟件系統(tǒng)

控制軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將染色的過(guò)程分解為不同的步來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣會(huì)更具有邏輯性，便于軟件的使用與維護(hù)。S7-200編程采用西門子公司的STEP7-MICRO WIN32軟件包，該軟件運(yùn)行于WIN?DOWS環(huán)境下，界面友好，編程方便。

PLC的控制程序主要有主程序、入水、布、加染料、升溫、降溫、保溫、取樣、水洗、排水、出布、通訊等子程序構(gòu)成，每個(gè)子程序是否執(zhí)行，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)下傳的染色工藝參數(shù)來(lái)決定。根據(jù)順序控制的特點(diǎn)，本研究將染色工藝曲線分成若干個(gè)“步”，每一步都可能包括入水、入布、備料、加料等功能，在PLC中開(kāi)辟了一個(gè)存放網(wǎng)絡(luò)下傳單步染色工藝的內(nèi)存區(qū)Xi，i表示第i步(i=1,2,3…)，同時(shí)設(shè)置了控制動(dòng)作完成標(biāo)志位，M0.0置位表示入水完成，M0.1置位表示入布完成等以及M1.0～M1.3全部置位時(shí)，則表示當(dāng)前步已執(zhí)行完畢。

主程序順序邏輯圖如圖4所示。

圖4 主程序流程圖

限于篇幅，本研究?jī)H介紹入水的程序設(shè)計(jì)過(guò)程。入水是指往染缸內(nèi)加水，它有兩種方式，一種是入冷水，即開(kāi)入冷水閥V1；另一種是入熱水，即開(kāi)入熱水閥V2。由于在染缸上設(shè)置了液位開(kāi)關(guān)，當(dāng)液位到達(dá)液位開(kāi)關(guān)位置后，則接通開(kāi)關(guān)，停止入水，該系統(tǒng)設(shè)置了4個(gè)液位開(kāi)關(guān)，相應(yīng)的變量名為L(zhǎng)0、L1、L2、L3，其中，L1、L2是染色入水水位，L3是水洗入水時(shí)使用的，L0是主馬達(dá)保護(hù)水位，以免損壞主馬達(dá)。同時(shí)系統(tǒng)若在給定的入水時(shí)間內(nèi)，未檢測(cè)到染色水位Lμ或L2，則會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信息并在TD200顯示器上顯示，同時(shí)入水閥保持開(kāi)的狀態(tài)，直至到達(dá)染色水位。入水過(guò)程中顯示器上會(huì)提示當(dāng)前正在“入水”。入水的程序框圖如圖5所示。

控制系統(tǒng)軟件實(shí)驗(yàn)采用調(diào)試板和文本顯示器相結(jié)合的方法來(lái)完成。調(diào)試板用來(lái)模擬所有系統(tǒng)輸入信號(hào)，本研究采用自帶的MPI接口組成小型PLC通訊網(wǎng)絡(luò)輸入染色工藝參數(shù)，文本顯示器用來(lái)顯示輸出狀態(tài)、故障代碼及其他各種信息，可以方便地設(shè)置通信參數(shù)。目前該系統(tǒng)已完成實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。

圖5 入水流程圖

5 結(jié)束語(yǔ)

在上述理論和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，由S7-200組成的溢流染色機(jī)控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中能夠取得良好的控制效果，該系統(tǒng)充分利用了S7-200 PLC編程簡(jiǎn)單可靠和參數(shù)整定方便迅速的優(yōu)點(diǎn)，將輸入輸出信號(hào)通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)染色過(guò)程的控制，提高了染色的穩(wěn)定性及系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，使得控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠；同時(shí)，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，操作人員在較短時(shí)間內(nèi)便能掌握整個(gè)操作過(guò)程。

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