基于PLC的啤酒发酵罐温度控制系统设计(6)

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图4-3 S7-200扩展图

啤酒发酵控制原理可以得出：每只发酵罐需要有上温、中温、下温、压力四个模拟量需要测量，有些情况需要对发酵罐的液位进行测量；上温、中温、下温3个温度各需要一个二位式电磁阀进行控制，罐内压力需要一个二位式电磁阀进行控制。所以每只发酵罐的I/O点数为5个模拟量、36个开关量考虑到CPU226主机上的I/O口不够多必须对它进行扩展，在这选用EM 221 CN 数字量输入模块（6ES7 211～1BF22～0XA8）、EM 222 CN 数字量输出模块（6ES7 222～1HF22-0XA8）、模拟量扩展模块EM231CNAI4X12位。其扩展图如图4-4。

中央处理单元CPU226 EM221DI8 DC24V EM222DO8 DC24V EM222 DO8 DC24V EM231 AO4 DC24V EM231 AO4 DC24V 图4-4 模块扩展连接图

4.2.3.2 其他资源配置

除了PLC必需的I/O扩展模块之外，另外涉及的设备仪表有测温用Pt100鉑电阻温度变送器、压力变送器、液位变送器等。

根据啤酒发酵的特点，啤酒发酵过程的温度范围最低可以到-1摄氏度以下，最高到12摄氏度以上，一般可以选择的量程为-10～90摄氏度的温度变送器；压力变送器可以选择量程为0～200Kpa或者0～400Kpa。

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4.3 啤酒发酵温度PLC控制系统的I/O分配

4.3.1 I/O地址分配

根据啤酒发酵温度控制的工艺流程及实际需求，确定整个系统共有26个输入点，其中5个模拟量；16个输出点，考虑到系统的扩展留有少量冗余，因此选用西门子S7-226PLC CPU模块1块、EM221扩展模块1块、EM222扩展模块2块、EM231模拟量扩展模块2块。本机及扩展模块I/O地址分配见表4-4。

表4-4 本机及扩展模块I/O地址分配

符号 k1 k2 s1 s2 qdmzjg gbmxjg mgwdbc zjzrswd sythyd jwbwd hjbwjd dejwjd cjbwjd kshang kzhong 输入信号 地址 注解 I0.0 系统启动 I0.2 系统急停 I0.3 手动方式 I0.4 自动方式 I0.5 启动麦汁进罐 I0.6 关闭麦汁进罐 I1.0 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I4.0 I4.1 满罐温度保持 主酵自然升温段 双乙酰还原阶段 降温保温阶段 后酵保温阶段 第二降温阶段 贮酒保温阶段 开上冷媒开关电磁阀 开中冷媒开关电磁阀 输出信号 符号 地址 注解 bengyx Q1.0 麦汁进罐泵运行 mgwdbczs Q3.0 满罐温度保持指示 zjzrswdzs Q3.1 主酵自然升温段指示 sythydzs Q3.2 双乙酰还原阶段指示 jwbwdzs Q3.3 降温保温阶段指示 hjbwjdzs Q3.4 后酵保温阶段指示 dejwjdzs cjbwjdzs shanglkf zhonglkf xialkf ylpqfyx yalicxbj wdcxbj zdyxzt shangwd zhongwd xiawd fjgyali fjgyewei Q3.5 Q3.6 Q4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q1.1 Q1.2 Q0.0 AIW6 AIW8 AIW10 AIW12 AIW16 第二降温阶段指示 贮酒保温阶段指示 上冷媒开关电磁阀 中冷媒开关电磁阀 下冷媒开关电磁阀 发酵罐排气阀 压力超限报警 温度超限报警 自动运行状态 发酵罐上部温度 发酵罐中部温度 发酵罐下部温度 发酵罐压力 发酵罐液位 kxia I4.2 开下冷媒开关电磁阀 gshang I4.3 关上冷媒开关电磁阀 gzhong I4.4 关中冷媒开关电磁阀 gxia I4.5 关下冷媒开关电磁阀 kylpqf I4.6 开发酵罐排气阀 gylpqf I4.7 关发酵罐排气阀

PLC外部接线图示意图如图4-5。

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系统启动系统急停手动方式自动方式启动麦汁进罐关闭麦汁进罐满罐温度保持主酵自然升温段双乙酰还原阶段降温保温阶段后酵保温阶段第二降温阶段贮酒保温阶段I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.7I3.0I3.7ML+I4.0I4.1I4.2I4.3I4.4I4.5I4.6I4.7L+MQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7Q1.0Q1.1Q1.2Q1.3Q1.4Q1.5Q1.6Q1.7Q2.0Q2.7NL1交流电流AC220V自动运行状态S7-200可编程控制器 CPU226麦汁进罐泵运行压力超限报警温度超限报警DC24V端子排0V端子排DC24V端子排开上冷媒开关电磁阀开中冷媒开关电磁阀开下冷媒开关电磁阀关上冷媒开关电磁阀关中冷媒开关电磁阀关下冷媒开关电磁阀开发酵罐排气阀关发酵罐排气阀DC24V端子排0V端子排EM221Q3.0Q3.1Q3.2Q3.3Q3.4Q3.5Q3.6Q3.7L+MQ4.0Q4.1Q4.2Q4.3Q4.4Q4.7L+MRA+RB+RC+IOL+MRA+RB+RC+IOL+M满罐温度保持指示主酵自然升温段指示双乙酰还原阶段指示降温保温阶段指示后酵保温阶段指示第二降温阶段指示贮酒保温阶段指示DC24V端子排0V端子排上冷媒开关电磁阀中冷媒开关电磁阀下冷媒开关电磁阀发酵罐排气阀DC24V端子排0V端子排发酵罐上部温度变送器发酵罐中部温度变送器发酵罐下部温度变送器EM222EM222EM231TD200显示器DC24V端子排0V端子排发酵罐液位变送器发酵罐压力变送器图4-5 PLC外部接线示意图

EM231DC24V端子排0V端子排24

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4.4 本章小结

本章将PLC引入啤酒发酵控制方案，对各个阶段温度要求做了研究，对方案中PLC输入/输出节点、系统功能、系统组成等做了详细的论述，确定了CPU选型以及硬件配置，进而对I/O分配和PLC外部接线做了设计。

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第5章 PLC实现啤酒发酵温度控制的程序设计

5.1 编程软件的介绍

5.1.1 指令系统

可编程序控制器中所有指令的集合，就称它为指令系统。指令系统是表征PLC性能的重要指标，他的格式与功能硬件紧密联系，而且直接影响程序的编制，从而影响机器系统的应用范围。

目前，生产可编程序控制器的厂家非常多，各厂家都在不断地开发和发展自己的产品。在一些国际组织，如IEC（国际电工委员会）制定的PLC轮廓性标准的限制下，虽然大部分PLC提供可相似的基本指令，但不同厂家的独立性造成各种PLC指令在表示和操作上有一些差别[17]。

S7-200 系列PLC主机中有两类基本指令集：SIMATIC 指令集和IEC 1131-3指令集，程序员可以任选一种。提供了许多类型的指令完成广泛的自动化任务。

SIMATIC 指令集：是为 S7-200系列PLC设计的，本指令通常执行时间短，而且可以用LAD、STL和FBD三种编程语言[18]。

IEC 1131-3 指令集是不同PLC厂家的指令标准，他不能使用STL编程语言。SIMATIC指令集中的部分指令不属于这个标准，两种指令集在使用和执行上也存在一定的区别，如IEC 1131-1 指令中变量必须进行类型声明，执行时自动检查指令参数并选择合适的数据格式。

利用计算机编程软件STEP 7 MicroWIN /WIN32 提供的不同的编程语言，可以利用这些指令创建控制程序，两种指令集和所选用编程语言的可能组合如表5-1所示。此外工业软件中的工程工具还提供程序员用的高级语言和图形语言等多种方便的编程工具，工程人员可以根据自己的习惯在图形化环境或汇编语言环境下进行编程。

表5-1 指令集和编程语言

SIMATIC IEC 1131-3指令 语句表（STL）语言 没有 梯形图（LAD）语言 梯形图（LAD）语言 功能块图（FBD）语言 功能块图（FBD）语言 26