自定義功能塊編程在反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備中的應(yīng)用

劉艷軍

摘 要：以反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備中的加熱器、補(bǔ)液閥和加藥泵為被控對(duì)象，依據(jù)控制要求對(duì)自定義功能塊進(jìn)行了功能分析、功能設(shè)計(jì)。給出了運(yùn)用西門子公司S7-200PLC編程軟件V4.0 STEP7 MicroWIN SP9進(jìn)行自定義功能塊編程的方法。通過(guò)控制加熱器的運(yùn)行時(shí)序圖驗(yàn)證了自定義功能塊的有效性。自定義功能塊編程技術(shù)能夠減少用戶編程量，縮短編程調(diào)試周期，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：自定義功能塊；S7-200PLC；反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備

中圖分類號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）34-0027-03

Abstract： With the heater， filling valve and dosing pump in the reverse osmosis membrane automatic cleaning equipment as the controlled objects， the function analysis and function design of the self-defined function block are carried out according to the control requirements. The method of using Siemens S7-200PLC programming software V4.0 STEP7 MicroWIN SP9 to program the self-defined function block is given in this paper. The validity of the custom function block is verified by the operation sequence diagram of the control heater. Custom function block programming technology can reduce the amount of user programming， shorten the programming and debugging cycle， and improve work efficiency.

Keywords： custom function block； S7-200 PLC； reverse osmosis membrane automatic cleaning equipment

引言

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）具有安全可靠、易于編程、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，一直以來(lái)在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用極其廣泛。PLC常用的編程語(yǔ)言有梯形圖（LAD）、語(yǔ)句表（STL）、功能塊圖（FBD）和順序功能圖（SFC）[1]。其中功能塊圖尤其是自定義功能塊編程能夠大大減少用戶編程量，縮短編程調(diào)試周期，降低程序調(diào)試難度[2]。

反滲透是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的膜分離技術(shù)，是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過(guò)程[3]。反滲透設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，水質(zhì)和水量的波動(dòng)、操作不當(dāng)或加藥設(shè)備故障等都會(huì)使膜元件受到不同程度的污染[4]。反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備用于清洗受到污染的反滲透膜，延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命。自定義功能塊編程用于控制此設(shè)備中的加熱器、補(bǔ)液閥和加藥泵。

1 自定義功能塊的功能分析

功能塊由事件輸入、事件輸出、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、內(nèi)部數(shù)據(jù)以及對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行操作的算法組成[5]。自定義功能塊的功能以滿足控制要求為原則，能夠在控制程序中被不同的控制對(duì)象所調(diào)用。因此，自定義功能塊的功能要依托所控對(duì)象的控制要求，輸入輸出信號(hào)特征進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備中，依據(jù)清洗工藝一共設(shè)置五個(gè)工位，各工位由儲(chǔ)液箱、管路、膜殼組成。對(duì)儲(chǔ)液箱內(nèi)溶液的加熱、補(bǔ)液、加藥控制工藝要求分兩種情況。其一，在“手動(dòng)”狀態(tài)下通過(guò)上位機(jī)的觸摸按鈕能夠?qū)崿F(xiàn)各儲(chǔ)液箱的溶液補(bǔ)充、溶液加熱、藥液加注功能。其二，在“自動(dòng)”狀態(tài)下各儲(chǔ)液箱依據(jù)液位的高低反饋實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)液，依據(jù)溫度的高低反饋實(shí)現(xiàn)溶液加熱的自動(dòng)啟停，依據(jù)pH值實(shí)現(xiàn)酸堿藥液的自動(dòng)加注。

通過(guò)分析，利用自定義功能塊實(shí)現(xiàn)上述控制工藝。則自定義功能塊需要具備手動(dòng)控制與自動(dòng)控制兩種模式，能夠接收觸摸按鈕和傳感器反饋的開關(guān)量輸入信號(hào)，輸出信號(hào)包括手動(dòng)狀態(tài)和自動(dòng)狀態(tài)下的控制對(duì)象使能。由此可得自定義功能塊的輸入輸出（I/O）列表如表1所示。

2 自定義功能塊的設(shè)計(jì)

功能塊采用類似于數(shù)字邏輯門電路的圖形符號(hào)，邏輯直觀，使用方便，它有梯形圖編程中的觸點(diǎn)和線圈等價(jià)的指令，可以解決范圍廣泛的邏輯問(wèn)題。西門子、三菱等品牌PLC的較新版本編程軟件都支持功能塊圖編程[6]。西門子S7-200PLC中自定義功能塊又稱作庫(kù)文件[7]，依據(jù)表1給出的I/O變量進(jìn)行自定義功能塊設(shè)計(jì)。

打開編程軟件V4.0 STEP7MicoWIN SP9創(chuàng)建一個(gè)名稱為“HEATER”的子程序，子程序的名稱可以任意命名。在“HEATER”子程序中對(duì)照表1添加變量，如圖1所示。其中的L0.0～L0.7是軟件自動(dòng)添加的變量，這八個(gè)變量屬于PLC內(nèi)部軟元件。在網(wǎng)絡(luò)1中編寫手動(dòng)控制程序，網(wǎng)絡(luò)2中編寫自動(dòng)控制程序，如圖2所示。自定義功能塊的內(nèi)部程序中手動(dòng)模式有啟動(dòng)、停止、自鎖和傳感器高限反饋保護(hù)，自動(dòng)模式依靠傳感器低限反饋啟動(dòng)，高限反饋停止，同時(shí)也有自鎖功能。右擊“庫(kù)”，單擊“新建庫(kù)”，如圖3所示。組件中選擇“HEATER”——“添加”，屬性中輸入庫(kù)的名稱及庫(kù)的文件夾保存地址，如圖4所示。“確定”后不保存項(xiàng)目退出軟件。

重新打開編程軟件，右擊“庫(kù)”——單擊“添加刪除庫(kù)”，打開對(duì)話框如圖5所示，選擇heater.mw1文件，點(diǎn)擊“添加”。完成添加后在軟件界面“指令”——“庫(kù)”中就會(huì)出現(xiàn)添加的庫(kù)（自定義功能塊）。

經(jīng)過(guò)上述設(shè)計(jì)過(guò)程，便可在主程序中對(duì)自定義功能塊（庫(kù)文件）進(jìn)行調(diào)用，如圖6所示。依據(jù)控制對(duì)象給自定義功能塊的各引腳賦予對(duì)應(yīng)的變量，從而利用自定義功能塊實(shí)現(xiàn)不同對(duì)象的控制。在反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備中共有五個(gè)儲(chǔ)液箱加熱器，五個(gè)補(bǔ)液閥，三個(gè)加藥泵，共計(jì)十三個(gè)控制對(duì)象利用這個(gè)功能塊實(shí)現(xiàn)控制。

3 自定義功能塊的功能驗(yàn)證

通過(guò)1#儲(chǔ)液箱加熱器和1#儲(chǔ)液箱補(bǔ)液閥DC2101的控制進(jìn)行自定義功能塊的功能驗(yàn)證。由圖6可知加熱控制的變量功能分別是SM0.0功能塊使能，M1.1手動(dòng)模式，M0.4自動(dòng)模式，M18.0、M18.1分別是觸摸屏啟動(dòng)/停止1#儲(chǔ)液箱加熱器按鈕對(duì)應(yīng)的變量，I4.5是1#儲(chǔ)液箱溶液低溫反饋信號(hào)，I4.6是1#儲(chǔ)液箱溶液高溫反饋信號(hào)，M2.0自動(dòng)模式下加熱器使能，M2.1手動(dòng)模式下加熱器使能。當(dāng)選擇手動(dòng)模式，M1.1接通，按下觸摸屏的一工位儲(chǔ)液箱加熱按鈕M18.0接通，則M2.1接通。M2.1接通后會(huì)接通PLC控制1#補(bǔ)液箱加熱器的對(duì)應(yīng)輸出點(diǎn)，從而加熱器通電運(yùn)行。同理，補(bǔ)液閥DC2101的控制與加熱控制類似。時(shí)序圖通過(guò)描述對(duì)象之間發(fā)送消息的時(shí)間順序來(lái)顯示多個(gè)對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)協(xié)作[8]。如圖7所示，手動(dòng)控制1#儲(chǔ)液箱加熱器運(yùn)行時(shí)序圖。當(dāng)SM0.0高電平時(shí)功能塊使能接通，M1.1手動(dòng)模式高電平，加熱啟動(dòng)按鈕高電平，加熱停止按鈕低電平時(shí)，M2.1是高電平，接通加熱器。

4 結(jié)束語(yǔ)

自定義功能塊編程技術(shù)在反滲透膜自動(dòng)清洗設(shè)備中已得到實(shí)際應(yīng)用和驗(yàn)證，效果理想。自定義功能塊編程降低了程序設(shè)計(jì)的重復(fù)繁瑣程度，使程序更趨向于模塊化、結(jié)構(gòu)化。在具體工程應(yīng)用中要結(jié)合實(shí)際合理進(jìn)行自定義功能塊設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張春青，于桂賓.機(jī)床電氣控制系統(tǒng)維護(hù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012：155.

[2]吳合福.自定義功能塊在自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用[J].上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（5）：343-344.

[3]王艷，陳愛民，史志琴.反滲透膜離線清洗技術(shù)研究與應(yīng)用[J].清洗世界，2010（1）：16.

[4]王磊，王峰，胡志強(qiáng).反滲透膜離線清洗影響因素[J].工業(yè)水處理，2013（3）：90.

[5]王慧麗.功能塊編程技術(shù)研究與組態(tài)軟件設(shè)計(jì)[D].大連：大連理工大學(xué)，2008：8.

[6]王濤.功能塊編程在剪板機(jī)定長(zhǎng)送料伺服控制中的應(yīng)用[D].青島：青島大學(xué)，2009：6.

[7]西門子中國(guó).S7-200PLC編程軟件V4.0 STEP7 MicroWIN SP9. https：//support.industry.siemens.com/cs/document/58523240/step7-microwin-v4-0-sp8-%E5%92%8C-sp9？dti=0&lc;=zh-CN.

[8]馬寶劍.開關(guān)量時(shí)序圖在PLC實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].河南科技，2012（8）：42.