S7-200 PLC在阀门组多周期原料配比控制系统中的应

    一、控制要求    在化工、冶金、造纸和环保等行业中，常遇到需要按工艺控制要求对阀门组进行周期性开闭控制，以调节各种物料的配比的情况。本例为四个阀门，分别通过4种液体原料。阀门均为电磁阀，其线圈的通电或断电即可控制阀门的开启及关闭。阀门分四步循环控制，循环周期有10、16、20min三种，可视现场实时操作选择设定。在这三种循环控制周期中，阀门组的开闭状态要求如表7-1所示，在各指定的循环控制周期内，每一步的起始动作时间如表7-2所示。    表7-1    阀门组动作与循环步骤
    表7-2    循环时间与周期步骤的关系    (min)
    二、PLC的硬件连接    本例输出为四个电磁阀YV1～YV4，电磁阀线圈采用220V交流电驱动。为了实现三种循环周期的选择，在PLC输入口连接三个开关S1、S2、S3。根据以上输入输出器件，可选择西门子S7-200PLC中CPU222，交流供电，直流输入。PLC输出的继电器接点的容量是250V AC，电流2A，可直接驱动电磁阀的电磁线圈。为了消除继电器触点接通、断开可能产生的电弧，在继电器线圈两端并联阻容吸收回路。PLC输入端口所需的24V直流电源，由PLC内部电源提供。这样，硬件构成结构简单，满足控制要求，投资较少。可编程控制器的端口接线图如图7-1所示。    三、PLC的软件设计    1．程序结构的选择    由控制要求可知，阀门组有三种运行时间周期，使用接在输入口上的三个开关选择。反映在程序上，这可以编三个子程序实现不同时间周期的控制。定为SBR1、SBR2及SBR3。另一方面，尽管有三种工作周期，但不论哪种周期，输出控制都是针对四个阀门。这样，针对阀门的输出，要有一个综合程序段，也可设为子程序，为子程序SBR0。
    图7-1    PLC端口图
    图7-2    阀门组多周期控制主程序    2．主程序的功能及任务    在多子程序的主-子程序结构中，主程序的功能是安排程序的流程，其主要任务为程序初始化及说明程序流程的条件。本例的主程序如图7-2所示。图中支路1为上电初始化计数器，支路3～5为选择周期时初始化相关计数器，计数器在本例中为时间控制器件，初始化即为清零。支路6～8及10的功能为选择子程序，其中子程序SBR0为常选。主程序中安排有跳转程序支路2，跳转条件为周期选择开关未选及多选，这是不正常状态，这时哪一个子程序都不能选择，因此程序需跳过SBR1～SBR3程序选择段执行。    3．各周期中时间段的实现    各周期中时间段即是指由表7-2规定的各步骤的起始时间。这一功能由子程序SBR1～SBR3完成，现选子程序SBR1为例说明，其余两个子程序的构成原理是一样的。    图7-3为子程序SBR1的梯形图。图中支路1中的计数器C10用来形成10min一个周期的时间段，计数器的输入SM0.4为分脉冲，计数器的设定值为0．即相当于计满值，计数器在上电及计数器值为10时复位。以后的4个支路用4个辅助继电器表示一个周期中四个步骤的时间段，如M10.1表不0～4分时间段，M10.2表示4～5分时间段，M10.3表示5～9分时间段，M10.4表示9～10分时间段。    4．输出综合子程序    图7-4为输出综合子程序SBR0。支路分别针对四个阀门绘出。每个支路都是以三个周期中阀门的开启工作时间段作为输出的工作条件的。    本例完整的梯形图如图7-5所示，从图中可以更清楚地看到本例程序的结构。
    图7-3    子程序SBR1
    图7-4    子程序SBR0
    图7-5    阀门组多周期加料配比控制梯形图