基于Siemens S7-200 PLC的白酒勾調控制系統設計

楊 洋，姚婭川，鄭 婷，潘 斌

（1.四川輕化工大學自動化與信息工程學院，四川自貢 643000；2.人工智能四川省重點實驗室，四川宜賓 644000）

白酒的勾調是個非常復雜嚴謹的過程，特別是在進行批量生產時，各個環節需要達到高度的一致性，才能按預期生產出風味穩定、質量達標的產品。課題組從數據共享、遠程操控、實時性的角度出發，擬采用物聯網技術應用于勾調系統，減少生產成本，提高生產效率[1]。

1 白酒勾調系統設計思路

控制系統由上位機、PLC、壓力傳感器、勾兌泵、流量計、電磁閥等組成。在上位機的控制下，依照設定的配方來完成智能勾調。

1.1 控制系統結構框圖

控制系統結構框圖見圖1。

圖1 控制系統結構框圖

1.2 勾調控制原理

通過在上位機輸入配方并保存后，通過CP5611卡傳送至可編程控制器臨時保存，PLC即根據配方完成勾兌全過程。可編程控制器根據配方的罐號和用量自動起動勾兌泵，自動開啟基酒罐、軟水罐相應閥門及勾兌罐閥門，同時流量計開始工作，根據流量計的反饋值，當一個基酒罐的配方用量完成后，自動關閉該罐閥門后，起動下一個基酒罐閥門，直至配方用量完成，勾兌過程結束。

2 PLC硬件模塊

2.1 PLC選擇

在本白酒勾調系統中的PLC采用Siemens S7-200 PLC。因為它具有以下優勢：

（1）模塊設計方便，模塊化控制精確，通訊方式多樣。

（2）體積不大、小巧，方便應用與安裝。

（3）具備所有CPU型號的功能，存儲器容量很大，具有快速的響應速度。

（4）具有很好的安全性與穩定性。

（5）易于使用STEP 7-Micro/WIN工程軟件。

（6）既適用于初次使用者，又適合熟練者使用，具有RS485接口與DP總線接口。

2.2 PLC硬件配置

（1）CPU模塊。在本系統中選用CN系列中的CPU226CN作為中央處理單元，它具有24個輸入點以及16個輸出點的小型PLC，滿足實驗室里的白酒小樣勾兌的系統要求，它可以擴展7個模塊。對于本系統要采用PID控制算法完成勾兌的要求，它也可以滿足，支持與PC機使用RS-485通訊。

（2）電源模塊。根據現場設備的工作電壓的要求，采用PS3075A電源模塊，把模擬控制器的220 V電壓轉換成字控制器的24V數電壓電。

（3）數字量輸入輸出模塊。本系統只接收直流電信號，所以選用多個型號為SM321 DI32 x DC 24V模塊的數字輸入量模塊，若有多出來的點數，可以作為系統的擴展備用。本系統的數字量輸出模塊則選用四個SM 322 DO 16 x AC120/230 V/1A模塊，同樣預留一定的點數以備擴展[2]。

（4）通訊模塊。本系統采用WinCC設計上位機的界面，在上位機端插入CP5611通訊卡，通過其實現PROFIBUS與PLC的相連接。

3 現場設備控制模塊設計

根據本系統的需求，PLC需要控制的現場設備有電磁流量計、調節閥、各閥門開關等，綜合以上設備與人工需要采集的數據與控制要求,系統采用現場總線控制系統，關于系統現場設備的控制模塊的設計如圖2所示。

1）酒液溫度：在酒罐中放置合適的溫度變送器，PLC將采集由變送器轉換好的標準的4～20mA電流信號。在PLC中設定好溫度的換算規則來得到酒液的溫度值，監測人員可以對其進行實時的監測與控制。

2）酒罐液位：酒罐液位的控制采用液位變送器測量。首先傳感器采集信號傳給變送器，然后變送器將傳感器傳來的信號轉換為4～20mA的電流輸入給PLC，PLC內部根據設定的算法轉換為液位量，從而得到罐內的液位，還可以內部算法中溫度的換算規則，這樣可以提高液位測量的精準度[2]。

3）流量：由PLC采集流量計轉換過來的4～20mA電流輸出信號后，并由PLC控制算法轉換成需要的流量數據。對于不同濃度液體采用不同的流量進行測量，流量計類型包括多種不同類型的流量計。

4）流體截流控制：采用電磁閥控制管路的流量斷開與接通，通過PLC從DO輸出閥門的開關信號來控制截流。

5）輸送泵的控制：輸送泵比較好連接，直接將它的吸線圈控制線與PLC 的DO通道串聯，可以實現控制開啟和停止。

6）泵及各閥門開關狀態的監控：電磁閥通過PLC相應的DO的“1”或者“0”信號來判斷開關的狀態。電動調節閥和輸送泵的工作狀態則可以通過PLC的DI的高低電平信號來進行判斷。

圖2 PLC與現場設備的控制原理圖

4 系統軟件部分設計

采用PROFIBUS總線將主站、從站PLC連接，達到相互通信的作用。PLC連接現場設備對其進行控制，實現主站與從站之間相互監控。控制系統分為兩個部分：PLC控制軟件、上位機監控軟件。然后采用STEP7 V5.5完成系統組態和編程，WINCC V5.5用于系統現場監控，實現人機界面。

4.1 PLC控制軟件

主要進行的操作是：①根據壓力傳感器反饋的信號來對酒罐酒量的控制；②根據流量計反饋的信號對電磁閥、輸送泵進行控制；③對閥門、泵的狀態進行控制與讀取；④提供報警指示。

4.2 上位機監控軟件

通過CP5611卡與S7-200PLC進行通訊，包括數據采集和發送數據/指令；S7-200PL C則通過MPI接口與上位機交換數據，這種方式使通訊程序和組態軟件構成一個完整的系統，保證了系統高效率地運行。主要事項的功能是：①形象直觀的顯示現場監控畫面；②參數設置畫面，操作者可以自由地對參數進行設定；③對每一次勾兌過程畫面進行保存，以便于查詢。

5 結論

采用功能多樣化、安全系數高的SINMENS SIMATIC S7-200 PLC設計的白酒勾調生產自動控制系統，完全能滿足白酒勾調生產的各種控制要求和工藝要求，通過網絡傳輸達到實時監控，構成分布式測控系統，實現生產集中管理，從而達到提高生產效率的目的。