西門子 S7-200 SMART PLC 在食用菌培育實驗室的應用
本系統應用三套S7-200 SMART 系列PLC,根據食用菌培育工藝需要調節實驗室環境,一套應用于預冷室、冷卻室及接種室,一套應用于三間培養室,一套應用于五間出菇室;并通過以太網通信實現上位機監控。本套系統對工藝參數控制準確,控制靈活,達成了食用菌培養的工藝需求。
1 引言
良好的生產環境是保證食用菌培育成功的關鍵,食用菌的培育環境包含空氣潔凈度、空氣溫度、濕度、PH 值、光照、二氧化碳濃度、氣壓等,食用菌培育控制系統通過控制風機、壓縮機、加熱器、加濕器、風閥等設備,對食用菌培育生產全流程進行精確管理,提高食用菌的培育效率。
2 工藝要求
本項目位于山東省淄博市,培育產品為香菇。主要工藝流程:培養料冷卻、接種、菌絲培養、出菇。
培養料預冷:通過室外低溫空氣對培養料進行初步降溫。
冷卻:預冷后的培養料進一步冷卻,如室外環境溫度滿足降溫需求時,優先使用室外
自然冷源,不足部分使用制冷機組來滿足工藝要求,培養料溫度要求20±2℃。
接種:接種室溫度要求20±2℃。
菌絲培養:培養室環境溫度要求控制在20-23℃±1℃,濕度60%±5%。
出菇:要求溫度高溫在18-20℃±1℃,低溫10℃±1℃。
3 自動化平臺選型
3.1 控制方案
西門子S7-200 SMART 系列PLC 體積小、速度快、標準化,具有網絡通信能力,功能更強,可靠性高。控制器本體標配以太網接口,集成了強大的以太網通信功能,通過以太網接口還可與其他CPU 模塊、觸摸屏、計算機進行通訊,輕松組網。控制器集成Micro SD 卡插槽,使用市面上通用的Micro SD 卡即可實現程序的更新和PLC 固件升級,極大地方便了工程師對最終用戶的服務支持,也省去了因PLC 固件升級返廠服務的不便。CPU 支持標準TCP/IP 協議,可接入以太網,實現集中控制。
本系統主要控制目標是溫度、濕度、二氧化碳濃度,根據功能劃分控制區域,選擇一套基于S7-200 SMART SR40 CPU 的控制系統用于預冷室、冷卻室及接種室,一套基于S7-200 SMART SR60 CPU 的控制系統用于三間培養室,一套基于S7-200 SMART SR60 CPU 的控制系統用于五間出菇室。模擬量采集部分因數量較多,采用專用模擬量采集模塊。人機界面選用昆侖通態7 寸觸摸屏。
上位機集中監控軟件選用三維力控組態軟件,應用CPU 本體標配的以太網接口實現通訊。
3.2 I/O 列表
根據現場需要控制的設備及監測的控制點,各系統I/O 數量列表如下:
其中1#系統為預冷室、冷卻室及接種室,2#系統為三間培養室,3#系統為五間出菇室。
3.3 上位機集中監控方案
本工程應用三維力控組態軟件,軟件中集成了S7-200 SMART 系列的PLC 的以太網驅動程序,如下圖:
根據設備配置向導可完成I/O 設備組態,如下圖:
各系統CPU IP 地址選擇在同一網段內:172.16.1.*(可在HMI 中進行修改)。
4 程序設計
4.1 控制流程圖
控制程序主要對個房間內所需參數進行控制,主要控制流程如下圖所示:
4.2 模擬量輸入處理
濕度及二氧化碳的檢測信號為4~20mA,分別對應濕度0~100%,二氧化碳0~10000ppm,通過S7-200 SMART 控制器的組態、編程和操作軟件STEP 7-Micro/WIN SMART 可以方便的創建添加用戶庫文件,將具有通用功能的程序塊封裝為用戶庫程序,方便調用,提高編程效率。模擬量處理程序如下所示:
4.3 IP 地址修改
如果有多臺同樣的設備需要進行組網,則需要對所有設備CPU 進行IP 地址的修改,可通過獲取 IP 地址(GIP_ADDR 指令)和設置 IP 地址(SIP_ADDR 指令)對CPU 進行設置,本項目中使用了此功能,如下圖:
4.4 與人機界面通訊
本系統就地操作面板選用昆侖通態7 寸觸摸屏,S7-200 SMART 控制器通過串口與觸摸屏實現通訊,通訊設置如下:
控制器端:
HMI 端:
4.5 上位機組態
本系統可實現就地控制及上位機集中控制,上位機集中控制可實現數據采集處理,設備狀態監測,設備遠程操控,系統參數設置等功能。部分實時監控畫面如下:
5 結束語
西門子S7-200 SMART 系列PLC 在本工程中的成功應用,保證了空調設備的高效穩定安全運行,各項受控指標均達到用戶工藝要求。西門子S7-200 SMART 系列PLC 全系標配的集成以太網接口帶來了便捷的 組網方式、穩定高速的通信;控制器集成Micro SD卡插槽為用戶應用程序的升級更新帶來極大便利,提高了工程設計人員的工作效率。
作者簡介
劉建龍(1982-),電氣工程師,從事制冷空調設備的設計開發及應用
參考文獻
[1] s7-200_SMART 系統手冊,西門子(中國)有限公司

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