西門子 S7-200 SMART PLC 在食用菌培育實驗室的應用

湖南艾歐曼自動化設備有限公司轉載:

本系統應用三套S7-200 SMART 系列PLC，根據食用菌培育工藝需要調節實驗室環境，一套應用于預冷室、冷卻室及接種室，一套應用于三間培養室，一套應用于五間出菇室；并通過以太網通信實現上位機監控。本套系統對工藝參數控制準確，控制靈活，達成了食用菌培養的工藝需求。

1 引言

良好的生產環境是保證食用菌培育成功的關鍵，食用菌的培育環境包含空氣潔凈度、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通過控制風機、壓縮機、加熱器、加濕器、風閥等設備，對食用菌培育生產全流程進行管理，提高食用菌的培育效率。

2 工藝要求

本項目位于山東省淄博市，培育產品為香菇。主要工藝流程：培養料冷卻、接種、菌絲培養、出菇。

培養料預冷：通過室外低溫空氣對培養料進行初步降溫。

冷卻：預冷后的培養料進一步冷卻，如室外環境溫度滿足降溫需求時，優先使用室外

自然冷源，不足部分使用制冷機組來滿足工藝要求，培養料溫度要求20±2℃。

接種：接種室溫度要求20±2℃。

菌絲培養：培養室環境溫度要求控制在20-23℃±1℃，濕度60％±5％。

出菇：要求溫度高溫在18-20℃±1℃，低溫10℃±1℃。

3 自動化平臺選型

3.1 控制方案

西門子S7-200 SMART 系列PLC 體積小、速度快、標準化，具有網絡通信能力，功能更強，可靠性高。控制器本體標配以太網接口，集成了強大的以太網通信功能，通過以太網接口還可與其他CPU 模塊、觸摸屏、計算機進行通訊，輕松組網。控制器集成Micro SD 卡插槽，使用市面上通用的Micro SD 卡即可實現程序的更新和PLC 固件升級，極大地方便了工程師對終用戶的服務支持，也省去了因PLC 固件升級返廠服務的不便。CPU 支持標準TCP/IP 協議，可接入以太網，實現集中控制。

本系統主要控制目標是溫度、濕度、二氧化碳濃度，根據功能劃分控制區域，選擇一套基于S7-200 SMART SR40 CPU 的控制系統用于預冷室、冷卻室及接種室，一套基于S7-200 SMART SR60 CPU 的控制系統用于三間培養室，一套基于S7-200 SMART SR60 CPU 的控制系統用于五間出菇室。模擬量采集部分因數量較多，采用模擬量采集模塊。人機界面選用昆侖通態7 寸觸摸屏。

上位機集中監控軟件選用三維力控組態軟件，應用CPU 本體標配的以太網接口實現通訊。

3.2 I/O 列表

根據現場需要控制的設備及監測的控制點，各系統I/O 數量列表如下：

其中1#系統為預冷室、冷卻室及接種室，2#系統為三間培養室，3#系統為五間出菇室。

3.3 上位機集中監控方案

本工程應用三維力控組態軟件，軟件中集成了S7-200 SMART 系列的PLC 的以太網驅動程序，如下圖：

根據設備配置向導可完成I/O 設備組態，如下圖：

各系統CPU IP 地址選擇在同一網段內：172.16.1.*（可在HMI 中進行修改）。

4 程序設計

4.1 控制流程圖

控制程序主要對個房間內所需參數進行控制，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信號為4~20mA，分別對應濕度0~100%，二氧化碳0~10000ppm，通過S7-200 SMART 控制器的組態、編程和操作軟件STEP 7-Micro/WIN SMART 可以方便的創建添加用戶庫文件，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

如果有多臺同樣的設備需要進行組網，則需要對所有設備CPU 進行IP 地址的修改，可通過獲取 IP 地址（GIP_ADDR 指令）和設置 IP 地址（SIP_ADDR 指令）對CPU 進行設置，本項目中使用了此功能，如下圖：

4.4 與人機界面通訊

本系統就地操作面板選用昆侖通態7 寸觸摸屏，S7-200 SMART 控制器通過串口與觸摸屏實現通訊，通訊設置如下：

控制器端：

HMI 端：

4.5 上位機組態

本系統可實現就地控制及上位機集中控制，上位機集中控制可實現數據采集處理，設備狀態監測，設備遠程操控，系統參數設置等功能。部分實時監控畫面如下：

5 結束語

西門子S7-200 SMART 系列PLC 在本工程中的成功應用，保證了空調設備的穩定安全運行，各項受控指標均達到用戶工藝要求。西門子S7-200 SMART 系列PLC 全系標配的集成以太網接口帶來了便捷的 組網方式、穩定高速的通信；控制器集成Micro SD卡插槽為用戶應用程序的升級更新帶來極大便利，提高了工程設計人員的工作效率。