西门子 S7-200 SMART PLC 在食用菌培育实验室的应用

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