西门子 S7-200 SMART系列PLC在食用菌实验室中的应用

2019-08-03 10:54

1引言

良好的生产环境是保证食用菌培育成功的关键,食用菌的培育环境包含空气洁净度、空气温度、湿度、PH值、光照、二氧化碳浓度、气压等,食用菌培育控制系统通过控制风机、压缩机、加热器、加湿器、风阀等设备,对食用菌培育生产全流程进行精确管理,提高食用菌的培育效率。

2工艺要求

本项目位于山东省淄博市,培育产品为香菇。主要工艺流程:培养料冷却、接种、菌丝培养、出菇。

培养料预冷:通过室外低温空气对培养料进行初步降温。

冷却:预冷后的培养料进一步冷却,如室外环境温度满足降温需求时,优先使用室外自然冷源,不足部分使用制冷机组来满足工艺要求,培养料温度要求 ?20±2℃。

接种:接种室温度要求 20±2℃。

菌丝培养:培养室环境温度要求控制在 ?20-23℃±1℃,湿度 60%±5%。

出菇:要求温度高温在 18-20℃±1℃,低温 ?10℃±1℃。

3自动化平台选型

3.1控制方案

西门子 S7-200 SMART系列 ?PLC体积小、速度快、标准化,具有网络通信能力,功能更强,可靠性高。控制器本体标配以太网接口,集成了强大的以太网通信功能,通过以太网接口还可与其他 CPU模块、触摸屏、计算机进行通讯,轻松组网。控制器集成Micro ?SD 卡插槽,使用市面上通用的 Micro ?SD卡即可实现程序的更新和 ? PLC 固件升级, 极大地方便了工程师对最终用户的服务支持,也省去了因 ? PLC ?固件升级返厂服务的不便。CPU支持标准 ?TCP/IP 协议,可接入以太网,实现集中控制。

本系统主要控制目标是温度、湿度、二氧化碳浓度,根据功能划分控制区域,选择一套基于 S7-200 SMART ?SR40 ?CPU的控制系统用于预冷室、冷却室及接种室,一套基于S7-200 SMART SR60 ?CPU的控制系统用于三间培养室,一套基于 ?S7-200 SMART SR60 CPU的控制系统用于五间出菇室。模拟量采集部分因数量较多,采用专用模拟量采集模块。人机界面选用昆仑通态 ?7寸触摸屏。上位机集中监控软件选用三维力控组态软件,应用 ?CPU本体标配的以太网接口实现通讯。

3.2 I/O列表

根据现场需要控制的设备及监测的控制点,各系统 ?I/O数量列表如下:

西门子 S7-200 SMART系列PLC在食用菌实验室中的应用

其中 1#系统为预冷室、冷却室及接种室, 2#系统为三间培养室,3#系统为五间出菇室。

3.3上位机集中监控方案

本工程应用三维力控组态软件,软件中集成了 ?S7-200 SMART系列的 ?PLC的以太网驱动程序,如下图:

西门子 S7-200 SMART系列PLC在食用菌实验室中的应用

根据设备配置向导可完成 I/O设备组态,如下图:

西门子 S7-200 SMART系列PLC在食用菌实验室中的应用

各系统 CPU IP地址选择在同一网段内:172.16.1.*(可在 ? HMI中进行修改)。

4程序设计

4.1控制流程图

控制程序主要对个房间内所需参数进行控制,主要控制流程如下图所示:

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4.2模拟量输入处理

湿度及二氧化碳的检测信号为 4~20mA,分别对应湿度 ?0~100%,二氧化碳0~10000ppm,通过 S7-200 ?SMART 控制器的组态、编程和操作软件STEP 7-Micro/WIN SMART 可以方便的创建添加用户库文件,将具有通用功能的程序块封装为用户库程序,方便调用,提高编程效率。模拟量处理程序如下所示:

西门子 S7-200 SMART系列PLC在食用菌实验室中的应用

4.3 IP地址修改

如果有多台同样的设备需要进行组网,则需要对所有设备 ?CPU进行 ?IP地址的修改,可通过获取 IP 地址(GIP_ADDR 指令)和设置 IP 地址(SIP_ADDR 指令)对 CPU进行设置,本项目中使用了此功能,如下图:

西门子 S7-200 SMART系列PLC在食用菌实验室中的应用

4.4与人机界面通讯

本系统就地操作面板选用昆仑通态 ?7寸触摸屏,S7-200 ?SMART 控制器通过串口与触摸屏实现通讯,通讯设置如下:

控制器端:

西门子 S7-200 SMART系列PLC在食用菌实验室中的应用

HMI端:

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4.5上位机组态

本系统可实现就地控制及上位机集中控制,上位机集中控制可实现数据采集处理,设备状态监测,设备远程操控,系统参数设置等功能。部分实时监控画面如下:

西门子 S7-200 SMART系列PLC在食用菌实验室中的应用

西门子 S7-200 SMART系列PLC在食用菌实验室中的应用

5结束语

西门子 S7-200 SMART系列 ?PLC在本工程中的成功应用,保证了空调设备的高效稳定安全运行,各项受控指标均达到用户工艺要求。西门子 ?S7-200 SMART系列 ?PLC全系标配的集成以太网接口带来了便捷的 组网方式、稳定高速的通信;控制器集成 ?Micro SD卡插槽为用户应用程序的升级更新带来极大便利,提高了工程设计人员的工作效率。

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