西門子200的順序控制指令在塑料發(fā)泡系統(tǒng)中的應用

1 順序控制指令介紹
PLC應用比較廣泛的場合之一就是順序流程控制。順序流程控制就是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部的狀態(tài)和時間的順序，在生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動有序地進行操作。它是一種效率較高的編程調(diào)試方法，其基本思想方法就是將系統(tǒng)的一個工作周期劃為若干個順序相連的階段，即步，對步的控制就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的各種要求。西門子S7-200系列PLC提供了順序流程的相關(guān)指令，即順序控制繼電器指令LSCR、SCRT、SCRE。LSCR n是標記一個順序控制器段(SCR)的開始，n為順序控制器S的地址，當n為1時，該順序控制段開始工作。SCRE是標記該順序控制段的結(jié)束。每一控制段必須以它為結(jié)束。SCRT n是執(zhí)行SCR段的轉(zhuǎn)移，當n=1時，一方面使下一個SCR段的使能位S置位，以便下一個SCR段開始工作，同時對本SCR段復位，使得本SCR段停止工作。所以控制SCRT的轉(zhuǎn)換條件就可以實現(xiàn)相關(guān)的轉(zhuǎn)移。同時使用SCR時有以下限制:不能在不同的程序中使用相同的S位，如PLC控制的流程有兩部分，則這兩部分之間不能用相同的S位，否則兩部分的流程會混串。不能在SCR指令中使用JMP和LBL指令，使用JMP和LBL指令，即不允許用跳入或跳出的方法跳入或跳出SCR段，其實對于用順序流程控制指令都能實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)，完全可不用JMP。不能在SCR段中使用FOR、NEXT、END語句。其在語句表語言中的例子如下:


2 塑料發(fā)泡加工系統(tǒng)的工作過程
塑料發(fā)泡加工就是對包裝材料泡沫塑料原材料的加工處理。加工發(fā)料系統(tǒng)采用一臺TP270觸摸屏帶3臺S7-200PLC，每臺PLC控制兩個罐的方案。每個罐的總體流程類似，它可以看成是一個順序加工過程。系統(tǒng)的主要工作過程如圖1說明。在觸摸屏上按“程序啟動”，開始執(zhí)行加工過程，首先把原料罐內(nèi)原有的壓力通過排壓閥釋放，因為上次加壓完成送料后罐會有壓力存在，如直接打開加熱閥，壓力從加熱閥中沖出會損壞進氣管道，所以必須先打開與大氣相連的排壓閥排壓，當壓力降為0bar后關(guān)閉排壓閥，然后根據(jù)設(shè)定的溫度打開加熱閥加熱空罐，達到設(shè)定溫度后關(guān)閉加熱閥，打開進料閥同時接通風機控制接觸器，風機抽風，料從進料閥開始加原料。進料完成后操作人員在觸摸屏上按“程序開始”，系統(tǒng)開始對原料加設(shè)定的壓力，加到設(shè)定的壓力開始保持，保持到設(shè)定時間到為止。共分8步完成，每一步的時間、壓力均不同。接著對原料進行冷卻硬化，最后等待出料。要求加熱的溫度、每步的加壓時間、壓力，硬化的次數(shù)等均可通過觸摸屏設(shè)定，實時跟蹤壓力，對整個加工過程能通過屏控制，如啟動，停止等。每個罐共有7個被控制的氣動閥，1個溫度傳感器PT100，1個量程為0~6bar輸出電流信號的壓力傳感器(0~20mA)，一臺進料風機每兩個罐共用。

圖1 系統(tǒng)順序加工過程

3 順序控制指令實現(xiàn)控制系統(tǒng)的功能
因為整個流程是一個順序控制過程，所以考慮用S7-200的順序控制指令是合理的，每一步用一控制位S。圖1中每一個框可看成一步，步與步之間是步的轉(zhuǎn)換條件。
(1) 起始步
起始步利用其內(nèi)部的特殊寄存器SM0.1(第一個掃描周期為高電平后變?yōu)榈碗娖?來實現(xiàn)對整個流程的初始化。程序初始化時分別置兩個S初始位，實現(xiàn)兩個罐并行運行，每一組的兩個罐可同時工作;
(2) 控制步
在每個LSCR 與SCRE 之間即是本步所要做的控制。罐的工作溫度，每一步的工作時間、壓力，通過觸摸屏設(shè)定，存貯在PLC中相應的VW中。當執(zhí)行到相關(guān)的步時，PLC將實時的壓力與溫度等與設(shè)定作比較，如溫度未到設(shè)定值，則打開加熱閥加熱，到了則關(guān)閉。保壓時間未到，則繼續(xù)等待，直到符合設(shè)定值;
(3) 步的轉(zhuǎn)換條件
步的轉(zhuǎn)換條件就是指令SCRT的執(zhí)行條件。整個流程分成許多步，實現(xiàn)從上一步到下一步的轉(zhuǎn)換由圖1中看出有許多條件，利用轉(zhuǎn)換條件對應在PLC中變量或輔助寄存器作為SCRT轉(zhuǎn)換命令執(zhí)行的條件，就可實現(xiàn)步的轉(zhuǎn)換。激活下一步，同時終止本步的操作。此例中轉(zhuǎn)換條件有來自觸摸屏的“程序啟動”等按鈕、設(shè)定的時間，實際罐的溫度等作為步的轉(zhuǎn)換條件;
(4) 步的其他功能實現(xiàn)
在控制要求中，要求在執(zhí)行過程中，如遇特殊情況，要停止整個加工過程。所以系統(tǒng)考慮在觸摸屏上提供“程序停止”，一旦按“程序停止”則程序必須停止運行回到初始狀態(tài)。因此程序在每一步中多加了一個轉(zhuǎn)換條件SCRT，由“程序停止”對應的輔助寄存器作為控制停止轉(zhuǎn)換條件，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換到初始步，也就停止加工過程。
在控制要求中，要求在執(zhí)行過程中，如遇斷電則在上電后要有斷電恢復功能，即恢復到斷電前的加工狀態(tài)。考慮系統(tǒng)對步進控制位S不提供斷電保存功能，所以在程序公共部分(每次掃描都執(zhí)行的部分)利用MOVEW指令把SW(即16個控制位S對應的字)存入系統(tǒng)提供斷電保存功能的VW中，上電后按觸摸屏的斷電恢復按鈕把VW的內(nèi)容放至SW中實現(xiàn)了對步的斷電恢復要求。
在控制系統(tǒng)中加了許多保護功能，如傳感器的斷線檢測，熱保動作的提示等提示功能在觸摸屏上顯示方便用戶維護。用了順序控制指令使整個程序的編制變得更加容易，因為過程分割成許多步后，每一步要考慮的內(nèi)容變得相對少得多，整個流程始終以順序控制指令為脈絡(luò)貫穿著，前后的關(guān)系隨著順序控制指令的應用而變得清晰。當然控制也可以用普通的編程方式來實現(xiàn)，比如用移位指令控制某個字的某一位作為流程中某一個環(huán)節(jié)執(zhí)行的條件也可模擬順序控制指令，但這時對移位指令的移位條件的編制變得很復雜，要考慮所有環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換條件，而不象順序控制指令只要考慮本步到下一步的轉(zhuǎn)換條件。而且步進指令不象移位指令受被移位字長度的約束，步到步的跳轉(zhuǎn)、分支實現(xiàn)也很方便，但用移位指令來編會相當費力。可以看出步
進指令其實是程序框架指令，是否應用它及對它應用是否合理直接影響程序的結(jié)構(gòu)。與其他品牌的PLC相比西門子的順序控制指令比較靈活，簡潔。
4 結(jié)束語
此系統(tǒng)應用順序控制指令使得調(diào)試過程相當方便，因為每一步相對獨立，涉及的量不多，所以監(jiān)測調(diào)試的工作量大大減少，只要每步調(diào)試通過，整個過程會很順利。應用順序控制指令與用戶要求在觸摸屏上顯示每一步的加工狀態(tài)正好吻合，也使得屏上顯示界面控制變得簡單，臨時因用戶要求改動也變得相當方便，體現(xiàn)出順序控制指令的強大優(yōu)勢。系統(tǒng)的投入運行的時間去年10月，幾乎是天天24小時運行，情況良好，滿足用戶的要求。