西門子S7-200 SMART系列PLC在食用菌培育工藝調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

摘要：本系統(tǒng)應(yīng)用三套 S7-200 ?SMART系列 ?PLC，根據(jù)食用菌培育工藝需要調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，一套應(yīng)用于預(yù)冷室、冷卻室及接種室，一套應(yīng)用于三間培養(yǎng)室，一套應(yīng)用于五間出菇室；并通過以太網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控。本套系統(tǒng)對(duì)工藝參數(shù)控制準(zhǔn)確，控制靈活，達(dá)成了食用菌培養(yǎng)的工藝需求。

良好的生產(chǎn)環(huán)境是保證食用菌培育成功的關(guān)鍵，食用菌的培育環(huán)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(tǒng)通過控制風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、加熱器、加濕器、風(fēng)閥等設(shè)備，對(duì)食用菌培育生產(chǎn)全流程進(jìn)行精確管理，提高食用菌的培育效率。

本項(xiàng)目位于山東省淄博市，培育產(chǎn)品為香菇。主要工藝流程：培養(yǎng)料冷卻、接種、菌絲培養(yǎng)、出菇。

培養(yǎng)料預(yù)冷：通過室外低溫空氣對(duì)培養(yǎng)料進(jìn)行初步降溫。

冷卻：預(yù)冷后的培養(yǎng)料進(jìn)一步冷卻，如室外環(huán)境溫度滿足降溫需求時(shí)，優(yōu)先使用室外自然冷源，不足部分使用制冷機(jī)組來滿足工藝要求，培養(yǎng)料溫度要求 ?20±2℃。

接種：接種室溫度要求 20±2℃。

菌絲培養(yǎng)：培養(yǎng)室環(huán)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℃。

3.1控制方案

西門子 S7-200 SMART系列 ?PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性高。控制器本體標(biāo)配以太網(wǎng)接口，集成了強(qiáng)大的以太網(wǎng)通信功能，通過以太網(wǎng)接口還可與其他 CPU模塊、觸摸屏、計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，輕松組網(wǎng)?？刂破骷蒑icro ?SD 卡插槽，使用市面上通用的 Micro ?SD卡即可實(shí)現(xiàn)程序的更新和 ? PLC 固件升級(jí)， 極大地方便了工程師對(duì)最終用戶的服務(wù)支持，也省去了因 ? PLC ?固件升級(jí)返廠服務(wù)的不便。CPU支持標(biāo)準(zhǔn) ?TCP/IP 協(xié)議，可接入以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)集中控制。

本系統(tǒng)主要控制目標(biāo)是溫度、濕度、二氧化碳濃度，根據(jù)功能劃分控制區(qū)域，選擇一套基于 S7-200 SMART ?SR40 ?CPU的控制系統(tǒng)用于預(yù)冷室、冷卻室及接種室，一套基于S7-200 SMART SR60 ?CPU的控制系統(tǒng)用于三間培養(yǎng)室，一套基于 ?S7-200 SMART SR60 CPU的控制系統(tǒng)用于五間出菇室。模擬量采集部分因數(shù)量較多，采用專用模擬量采集模塊。人機(jī)界面選用昆侖通態(tài) ?7寸觸摸屏。上位機(jī)集中監(jiān)控軟件選用三維力控組態(tài)軟件，應(yīng)用 ?CPU本體標(biāo)配的以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)通訊。

3.2 I/O列表

根據(jù)現(xiàn)場需要控制的設(shè)備及監(jiān)測(cè)的控制點(diǎn)，各系統(tǒng) ?I/O數(shù)量列表如下：

其中 1#系統(tǒng)為預(yù)冷室、冷卻室及接種室， 2#系統(tǒng)為三間培養(yǎng)室，3#系統(tǒng)為五間出菇室。

3.3上位機(jī)集中監(jiān)控方案

本工程應(yīng)用三維力控組態(tài)軟件，軟件中集成了 ?S7-200 SMART系列的 ?PLC的以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序，如下圖：

根據(jù)設(shè)備配置向?qū)Э赏瓿?I/O設(shè)備組態(tài)，如下圖：

各系統(tǒng) CPU IP地址選擇在同一網(wǎng)段內(nèi)：172.16.1.*（可在 ? HMI中進(jìn)行修改）。

4.1控制流程圖

控制程序主要對(duì)個(gè)房間內(nèi)所需參數(shù)進(jìn)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(cè)信號(hào)為 4~20mA，分別對(duì)應(yīng)濕度 ?0~100%，二氧化碳0~10000ppm，通過 S7-200 ?SMART 控制器的組態(tài)、編程和操作軟件STEP 7-Micro/WIN SMART 可以方便的創(chuàng)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(diào)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(tái)同樣的設(shè)備需要進(jìn)行組網(wǎng)，則需要對(duì)所有設(shè)備 ?CPU進(jìn)行 ?IP地址的修改，可通過獲取 IP 地址（GIP_ADDR 指令）和設(shè)置 IP 地址（SIP_ADDR 指令）對(duì) CPU進(jìn)行設(shè)置，本項(xiàng)目中使用了此功能，如下圖：

4.4與人機(jī)界面通訊

本系統(tǒng)就地操作面板選用昆侖通態(tài) ?7寸觸摸屏，S7-200 ?SMART 控制器通過串口與觸摸屏實(shí)現(xiàn)通訊，通訊設(shè)置如下：

控制器端：

HMI端：

4.5上位機(jī)組態(tài)

本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)就地控制及上位機(jī)集中控制，上位機(jī)集中控制可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，設(shè)備遠(yuǎn)程操控，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能。部分實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面如下：

西門子 S7-200 SMART系列 ?PLC在本工程中的成功應(yīng)用，保證了空調(diào)設(shè)備的高效穩(wěn)定安全運(yùn)行，各項(xiàng)受控指標(biāo)均達(dá)到用戶工藝要求。西門子 ?S7-200 SMART系列 ?PLC全系標(biāo)配的集成以太網(wǎng)接口帶來了便捷的 組網(wǎng)方式、穩(wěn)定高速的通信；控制器集成 ?Micro SD卡插槽為用戶應(yīng)用程序的升級(jí)更新帶來極大便利，提高了工程設(shè)計(jì)人員的工作效率。