液体混合控制仿真系统设计

【摘要】本文详细介绍了液体混合控制仿真系统的设计。采用组态软件WinCC控制系统方案，并利用触摸屏的手动控制，设计了液体混合控制系统画面、实况模拟、变量记录、报警记录等界面，实现了液体混合控制系统的仿真。

【关键词】WinCC;触摸屏;液体混合控制

引言

在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的工序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作。另外，生产要求该系统具有混合精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制，从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必是摆在我们眼前的一大课题[1]。

1.系统原理图

本项目所用到的上位机和触摸屏与下位机的通讯分别是通过MPI和Profibus连接的。上位机和下位机的通讯可通过在变量管理中添加新的驱动程序，在新的驱动程序中的MPI里新建驱动链接，最后在新的驱动链接里将下位机里的变量加入并与实时画面连接即可。

2.工艺流程图

液体混合控制系统如图1所示：两个进料罐，装载2种不同液体，一个混合罐，主要对两种混合液体进行搅拌，以及一个出料罐，将混合后的液体排出来。根据生产要求不同，按照不同的配方进行注料，通过液位传感器的变化来控制进液阀门的打开与关闭，从而达到配方的要求，在完成液体注入后，下方的搅拌电机开始工作，利用变频器的控制，使电机的转速发生变化，进行一次慢搅拌，一次快搅拌，然后打开放料阀门放出液体，并进行排空。

图1 工艺流程图

3.下位机选型

在进行下位机编写时，首先要根据本次设计时所用到的输入输出点进行硬件选型。本次设计所使用的模块有电源模块，数字量输入模块，数字量输出模块，模拟量输出模块。

本次设计选择了输出为直流24V的PS 307 5A标准电源模块。选择了16点的数字量输入模块，订货号为：6ES7 321-1BH00-0AA0。设计选择了32点的数字量输出模块，订货号为：6ES7 322-1BL00-0AA0。CPU选为CPU 315-2DP，订货号为6ES7 315-2AG10-0AB0;用于直接数据交换的发送和接收功能、恒定总线循环时间、路由、S7通讯（可加载的 FB/FC）、固化程序V2.0;同时可作为SIPLUS模块。虽然此类CPU价钱比较昂贵，但实用性强，功能较多。Step7软件中的硬件配置模块如图2所示。

图2 硬件配置

4.系统设计流程图及编程

在配方选择中，三种配方中两种液体的进液量是互不相同的，液体的进液量利用阀门的打开与关闭，以及通过液位传感器检测液位值的变化来控制，并且整个系统都要保持在室温下进行。系统中阀门以及电机的故障检测是手动进行的，一旦出现故障，则要停止系统，并进行人工对故障的排除。在完成系统流程图后，下面就可以根据系统流程图编写程序了。根据液体混合的运行控制要求，用户应用程序采用模块化结构，由主循环程序和若干子程序构成。使用编程软件支持的梯形图逻辑语言编写，系统应用的程序框图如图3所示。

图3 块图

5.WinCC组态软件

本次设计WinCC组态主画面，主要是利用图库里相应的元素进行组态。利用WinCC组态系统主画面，使画面看起来简单、直观。当系统运行时，能够清楚的看到系统所控制的每一个部分的动作。当系统出现故障时，则会在画面上第一时间反应出来，使操作人员进行及时的检修。登录画面设置简单易行，在所添加的按钮中，添加相应的脚本程序即可。变量记录画面是指对变量进行实时的记录。在系统运行后，对在每个时间段内变量变化的记录。在本次设计中，主要需要进行变量记录的变量就是指混合罐内的液位。所以在此次变量记录画面中，主要被监视的变量就是混合罐内的液位。

6.触摸屏软件

WinCC flexible综合了下列优点：直接的处理方式、透明性、灵活性。在本次设计中，主要利用触摸屏编辑了登录画面、启动画面、配方画面。登录画面主要是考虑到系统操作的安全性、保密性。首先要在用户管理中进行用户名及密码的设置。然后在与登录画面进行链接。在登录画面中，点击任意位置，均能出现输入用户名及密码对话框。启动画面的创建主要是对系统进行不同的操作。启动画面涵盖本次设计所需的主要控制部分，包括系统的启动，停止，故障清除及配方选择，在画面中创建所需按钮，并设置按钮属性。当需要对系统进行操作时，点击所需操作所对应的按钮即可。配方画面，共设置3种不同的配方的按钮，在画面中要对各个按钮的属性进行设置即可。

7.结论

实现了液体混合控制仿真系统的设计，突破了传统控制要求，设置了对配方的选择，并且利用变频器对液体混合时工作的电机进行调速。利用S7-300进行了下位机程序的编写，结合了PLCSIM进行了仿真调试，通过操作下位机程序，使上位机WinCC实现了动态画面的系统仿真。触摸屏也是上位机组成部分。并且，最终的仿真要求就是利用触摸屏控制WinCC的动态画面。本次设计实现了按照控制要求所需设计的上位机与下位机的仿真控制。在现场的操作中，工作人员可以利用控制触摸屏去控制现场操作系统，真正实现了自动控制。

参考文献

[1]辛峰杰.液体混合装置的自动控制系统研究[J].网络财富，2010，6（22）：227-228.

[2]廖常初.大中型PLC应用教程[M].北京：机械工业出版社，2005.27-30.

[3]梁涛.多种液体混合的PLC控制[J].微计算机信息，1995， 11（6）：33-35.

作者简介：刘麒（1980―），男，吉林延吉人，讲师，吉林化工学院信控分院测控技术与仪器系系主任，研究方向：主动控制及仪器仪表。