基于西門子PLC和觸摸屏的噴漆烘干控制系統研究

關云琿 黎步銀

（華中科技大學，湖北 武漢430074）

0 引言

目前噴烘工藝主要由繼電器控制系統、微機控制系統或PLC控制系統來完成。其中，繼電器控制因其可靠性較差、占用體積過大，以及控制中的自身缺點，現已被逐步淘汰。微機控制系統雖然最為智能，但結構較為復雜，且不能很好地適應工業生產環境。在現代工控系統設計中以工業計算機——PLC為中心的特點愈發明顯，在系統的設計階段和實現過程中都離不開PLC技術的支持，特別是最終產品的性能很大程度上取決于PLC的性能［1］。所以在實際生產中，常常利用PLC配合觸摸屏來自動完成此過程。

1 噴烘兩用油漆房系統概述

1.1 主要設備簡介

投入生產應用的油漆房共有2間，使用2套相同的系統裝備，每套系統所含電氣器件明細如表1所示。

表1 電氣器件

1.2 控制要求

（1）噴烘過程有自動、手動2種模式可供選擇。（2）手動模式下可以分別控制每個循環風機、排風機以及每個加熱器。（3）當打到噴漆自動檔位時，循環風機、排風機依次啟動，系統自動完成噴漆過程。（4）當打到烘烤自動檔位時，循環風機啟動，排風機停止，設置烘烤溫度，6組加熱器按每分鐘開啟一組的順序依次啟動。（5）當房間溫度達到70℃時，斷開一組加熱器，達到75℃時，再斷開一組，達到80℃時，斷開一組，依此類推。（6）當房間溫度低于80℃時，開啟一組加熱器，達到75℃時，再開啟一組，達到70℃時，再開啟一組，依此類推。（7）記錄下噴漆工況、烘烤工況所用的時間。（8）為防止溫度過高造成的危險，當超過設置溫度時，系統會產生報警信號。

1.3 PLC選型和I／O口分配

西門子S7-200型系列CPU不同的容量就有不同的規格，比如以字節為單位，在運行編程模式下，CPU221、CPU224、CPU226的程序存儲字節分別為4 096、8 192、16 384。特別需要注意的是，當系統有模擬量信號存在或要進行大量數據處理時，應該優先選擇存儲容量大的CPU。

2間油漆房共包含2臺排風機、4臺循環風機、12組電加熱器、1個報警燈等裝置，再考慮到需要采集的溫度信號，本系統選用的PC主機為SIMATIC S7-200 CPU226和CPU223。由于需要采集2間油漆房的溫度模擬信號，再加上若干電控設備和手動開關等，所以需要增加擴展模塊，本系統選用的是2塊EM231溫度擴展模塊。

2 控制過程和軟件設計方案

2.1 系統工作流程

油漆房在工作過程中，噴漆、烘干過程可以選擇自動操作和手動操作，PLC的主要控制對象是加熱器、排風機和循環風機的工況，在此過程中，對室內溫度與設定溫度進行比較，以此來判斷加熱器開啟的數目。

2.2 軟件設計

本系統主控制器選用的編程軟件是STEP 7-Micro／WIN，版本號是 V4.0 STEP 7-Micro／WIN。該軟件是在 Windows平臺下運行的SIMATIC S7-200PLC編程專用軟件。當S7-200系列PLC的CPU與帶有RS-232標準接口的計算機或伺服驅動器連接時，需要配套選用S7-200PLC的PC／PPI轉換電纜或1個RS-232／RS-485轉換器［2］。本系統采用LAD編程語言實現，采用的主要是傳統的經驗設計法，運用PLC的模塊化編程，調用多個子程序，使邏輯結構更加明晰。

主程序包括溫度檢測顯示、噴漆設定溫度轉換模塊、循環風機啟動模塊、噴漆加熱器延時啟動模塊、噴漆加熱器溫度控制模塊、排風機工作模塊、烘烤時間設定和烘烤設定溫度轉換模塊、烘烤加熱器延時啟動模塊、烘烤加熱器溫度控制模塊、烘烤時間控制模塊、加熱器輸出控制模塊、風機延時停止模塊、報警模塊，下面就幾個關鍵部分做具體分析。

子程序0的功能是：（1）將溫度擴展模塊的模擬量輸入位AIW4和AIW6存入寄存器VW100和VW102中，將較小的溫度值存入VW104中。（2）將噴漆設定溫度存入變量VW122中，再將溫度模擬量輸入值VW100和VW102與VW122之差存入VW202，所得的差值主要用于溫度梯度的控制。

子程序1的功能是：（1）將工作溫度VW100、VW102與烘烤設定溫度VW132之差分別存入VW204、VW206中，以此作為溫度報警信號。（2）存儲烘烤所用的時間信息。

在烘烤加熱器溫度控制模塊中，當烘烤自鎖開關M3.1閉合同時烘烤加熱器延時閉合位M5.1導通，則將工作溫度和烘烤設定溫度的差值與一個梯級溫度（－10、－5、0、5、10、15）相比較，當差值高于梯級溫度時則斷開對應的加熱器。具體來說，當工作溫度達到低于烘烤設定溫度10℃時斷開加熱器1，當工作溫度達到低于烘烤設定溫度5℃時斷開加熱器2，以此類推，直至加熱器全部斷開。

3 問題和解決方案

本系統實現了噴漆、烘烤的自動化，經檢測，實際運行未出現誤報、程序跑飛、出現次品等問題。但本系統有一點不足，原因是報警時，僅僅通過報警燈來提示危險信號，所以油漆房在工作的時候必須有人守候，這就造成了不便。想要實現無人值守，可以在出現報警時，通過短信或者撥號的方式，通知值班人員。一種簡單可靠的方式為將智能短信報警控制器GRM200與PLC相連。通過配置GRM200即可完成報警。將S7-200的PPI通訊口和GRM200直接連接即可，該方案只需對GRM200模塊進行配置，使用時用USB和GRM200連接即可配置，具體的配置過程如下：（1）選擇對應的PLC為PPI通訊協議，GRM200即可主動采集PLC的數據。（2）配置需要讀取的PLC寄存器及對應地址，GRM200將主動讀取S7-200 VW100的數據。（3）配置報警條件，溫度值VW100＞50℃，短信模塊向值班人員發送短信。（4）配置報警短信內容。（5）配置短信接收的用戶。（6）配置短信接收的手機號。以上各模塊配置好以后，若報警成立發出短信，并顯示溫度過高。

4 結語

這套利用PLC控制的噴漆烘烤自動化系統已投入生產1年，在此過程中，未出現任何問題。在軟件方面，程序的設計思想采用的是常用的順序控制法，靈活運用子程序以及將各部分程序模塊化，這樣就很容易日后維護和修改。其實，本套系統還可以用到PLC更高級的功能，比如多個PLC之間的通信、不同的通信協議的應用等。總之，在提高生產效率、確保穩定性等方面，本套系統還有較大的改進空間。

［1］陳俊華.基于PLC的工控系統的設計［J］.科技傳播，2012（14）

［2］廖常初.PLC編程及應用［M］.北京：機械工業出版社，2006