西門子200的順序控制指令在塑料發泡系統中的應用

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工藝預先規定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部的狀態和時間的順序，在生產過程中各個執行機構自動有序地進行操作。它是一種效率較高的編程調試方法，其基本思想方法就是將系統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系統的各種要求。西門子S7-200系列PLC提供了順序流程的相關指令，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束。每一控制段必須以它為結束。SCRT n是執行SCR段的轉移，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的轉換條件就可以實現相關的轉移。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跳轉，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 塑料發泡加工系統的工作過程
塑料發泡加工就是對包裝材料泡沫塑料原材料的加工處理。加工發料系統采用一臺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”，開始執行加工過程，首先把原料罐內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后關閉排壓閥，然后根據設定的溫度打開加熱閥加熱空罐，達到設定溫度后關閉加熱閥，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”，系統開始對原料加設定的壓力，加到設定的壓力開始保持，保持到設定時間到為止。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，硬化的次數等均可通過觸摸屏設定，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 系統順序加工過程

3 順序控制指令實現控制系統的功能
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換條件。
(1) 起始步
起始步利用其內部的特殊寄存器SM0.1(第一個掃描周期為高電平后變為低電平)來實現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，通過觸摸屏設定，存貯在PLC中相應的VW中。當執行到相關的步時，PLC將實時的壓力與溫度等與設定作比較，如溫度未到設定值，則打開加熱閥加熱，到了則關閉。保壓時間未到，則繼續等待，直到符合設定值;
(3) 步的轉換條件
步的轉換條件就是指令SCRT的執行條件。整個流程分成許多步，實現從上一步到下一步的轉換由圖1中看出有許多條件，利用轉換條件對應在PLC中變量或輔助寄存器作為SCRT轉換命令執行的條件，就可實現步的轉換。激活下一步，同時終止本步的操作。此例中轉換條件有來自觸摸屏的“程序啟動”等按鈕、設定的時間，實際罐的溫度等作為步的轉換條件;
(4) 步的其他功能實現
在控制要求中，要求在執行過程中，如遇特殊情況，要停止整個加工過程。所以系統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。因此程序在每一步中多加了一個轉換條件SCRT，由“程序停止”對應的輔助寄存器作為控制停止轉換條件，實現轉換到初始步，也就停止加工過程。
在控制要求中，要求在執行過程中，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?？紤]系統對步進控制位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的內容放至SW中實現了對步的斷電恢復要求。
在控制系統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，每一步要考慮的內容變得相對少得多，整個流程始終以順序控制指令為脈絡貫穿著，前后的關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，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節執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，要考慮所有環節的轉換條件，而不象順序控制指令只要考慮本步到下一步的轉換條件。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、分支實現也很方便，但用移位指令來編會相當費力?？梢钥闯霾?
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構。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 結束語
此系統應用順序控制指令使得調試過程相當方便，因為每一步相對獨立，涉及的量不多，所以監測調試的工作量大大減少，只要每步調試通過，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，體現出順序控制指令的強大優勢。系統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。