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西门子 S7-200 SMART PLC 在食用菌培育实验室的应用

供稿:西门子(中国)有限公司 2016/9/6 10:07:52

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  • 关键词: 西门子S7-200 SMART PLC 食用菌培育
  • 摘要:本系统应用三套S7-200 SMART 系列PLC,根据食用菌培育工艺需要调节实验室环境,一套应用于预冷室、冷却室及接种室,一套应用于三间培养室,一套应用于五间出菇室;并通过以太网通信实现上位机监控。本套系统对工艺参数控制准确,控制灵活,达成了食用菌培养的工艺需求。

本系统应用三套S7-200 SMART 系列PLC,根据食用菌培育工艺需要调节实验室环境,一套应用于预冷室、冷却室及接种室,一套应用于三间培养室,一套应用于五间出菇室;并通过以太网通信实现上位机监控。本套系统对工艺参数控制准确,控制灵活,达成了食用菌培养的工艺需求。



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:


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:




根据设备配置向导可完成I/O 设备组态,如下图:




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:




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:




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:




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:



HMI 端:




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:





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。


作者简介


刘建龙(1982-),电气工程师,从事制冷空调设备的设计开发及应用


参考文献


[1] s7-200_SMART 系统手册,西门子(中国)有限公司


更多内容请访问 西门子(中国)有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=37878)

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