6GK7243-1GX00-0XE0诚信经营
本系统应用三套S7-200 SMART 系列PLC，根据食用菌培育工艺需要调节实验室环境，一套应用于预冷室、冷却室及接种室，一套应用于三间培养室，一套应用于五间出菇室；并通过以太网通信实现上位机监控。本套系统对工艺参数控制准确，控制灵活，达成了食用菌培养的工艺需求。
1 引言
良好的生产环境是保证食用菌培育成功的关键，食用菌的培育环境包含空气洁净度、空气温度、湿度、PH 值、光照、二氧化碳浓度、气压等，食用菌培育控制系统通过控制风机、压缩机、加热器、加湿器、风阀等设备，对食用菌培育生产全流程进行jingque管理，提高食用菌的培育效率。
2 工艺要求
本项目位于山东省淄博市，培育产品为香菇。主要工艺流程：培养料冷却、接种、菌丝培养、出菇。
培养料预冷：通过室外低温空气对培养料进行初步降温。
冷却：预冷后的培养料进一步冷却，如室外环境温度满足降温需求时，优先使用室外
自然冷源，不足部分使用制冷机组来满足工艺要求，培养料温度要求20±2℃。
接种：接种室温度要求20±2℃。
菌丝培养：培养室环境温度要求控制在20-23℃±1℃，湿度60％±5％。
出菇：要求温度高温在18-20℃±1℃，低温10℃±1℃。
3 自动化平台选型
3.1 控制方案
西门子S7-200 SMART 系列PLC 体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性高。控制器本体标配以太网接口，集成了强大的以太网通信功能，通过以太网接口还可与其他CPU 模块、触摸屏、计算机进行通讯，轻松组网。控制器集成Micro SD 卡插槽，使用市面上通用的Micro SD 卡即可实现程序的更新和PLC 固件升级，极大地方便了工程师对终用户的服务支持，也省去了因PLC 固件升级返厂服务的不便。CPU 支持标准TCP/IP 协议，可接入以太网，实现集中控制。
本系统主要控制目标是温度、湿度、二氧化碳浓度，根据功能划分控制区域，选择一套基于S7-200 SMART SR40 CPU 的控制系统用于预冷室、冷却室及接种室，一套基于S7-200 SMART SR60 CPU 的控制系统用于三间培养室，一套基于S7-200 SMART SR60 CPU 的控制系统用于五间出菇室。模拟量采集部分因数量较多，采用专用模拟量采集模块。人机界面选用昆仑通态7 寸触摸屏。
上位机集中监控软件选用三维力控组态软件，应用CPU 本体标配的以太网接口实现通讯。
3.2 I/O 列表
根据现场需要控制的设备及监测的控制点，各系统I/O 数量列表如下：
其中1#系统为预冷室、冷却室及接种室，2#系统为三间培养室，3#系统为五间出菇室。
3.3 上位机集中监控方案
本工程应用三维力控组态软件，软件中集成了S7-200 SMART 系列的PLC 的以太网驱动程序，如下图：
根据设备配置向导可完成I/O 设备组态，如下图：
各系统CPU IP 地址选择在同一网段内：172.16.1.*（可在HMI 中进行修改）。
4 程序设计
4.1 控制流程图
控制程序主要对个房间内所需参数进行控制，主要控制流程如下图所示：
4.2 模拟量输入处理
湿度及二氧化碳的检测信号为4~20mA，分别对应湿度0~，二氧化碳0~10000ppm，通过S7-200 SMART 控制器的组态、编程和操作软件STEP 7-Micro/WIN SMART 可以方便的创建添加用户库文件，将具有通用功能的程序块封装为用户库程序，方便调用，提高编程效率。模拟量处理程序如下所示：
4.3 IP 地址修改
如果有多台同样的设备需要进行组网，则需要对所有设备CPU 进行IP 地址的修改，可通过获取 IP 地址（GIP_ADDR 指令）和设置 IP 地址（SIP_ADDR 指令）对CPU 进行设置，本项目中使用了此功能，如下图：
4.4 与人机界面通讯
本系统就地操作面板选用昆仑通态7 寸触摸屏，S7-200 SMART 控制器通过串口与触摸屏实现通讯，通讯设置如下：
控制器端：
HMI 端：
4.5 上位机组态
本系统可实现就地控制及上位机集中控制，上位机集中控制可实现数据采集处理，设备状态监测，设备远程操控，系统参数设置等功能。部分实时监控画面如下：
5 结束语
西门子S7-200 SMART 系列PLC 在本工程中的成功应用，保证了空调设备的高效稳定安全运行，各项受控指标均达到用户工艺要求。西门子S7-200 SMART 系列PLC 全系标配的集成以太网接口带来了便捷的 组网方式、稳定高速的通信；控制器集成Micro SD卡插槽为用户应用程序的升级更新带来极大便利，提高了工程设计人员的工作效率。
1．PC与CPM1A系列PLC的连接 如图7-21a所示的点对点结构的连接方式，称为1:1HOST bbbb通信方式。CPM1A系列PLC没有RS232C串行通信端口，它是通过外设通信口与上位机进行通信的，因此CPM1A需配置RS232C通信适配器CPM1-CIF01（其模式开关应设置在“HOST”）才能使用。1:1 HOST bbbb通信时，上位机发出指令信息给PLC，PLC返回响应信息给上位机。这时，上位机可以监视PLC的工作状态，例如可跟踪监测、进行故障报警、采集PLC控制系统中的某些数据等。还可以在线修改PLC的某些设定值和当前值，改写PLC的用户程序等。
图7-20 PC与CPM1A系列PLC的连接 a）1:1 b)1:N 如图7-21b所示的为多点结构的连接方式，称为1:N HOST bbbb通信方式，一台上位机多可以连接32台PLC。在这种通信方式下，上位机要通过链接适配器B500-AL004与CPM1A系列PLC连接，每台PLC都要在通信口配一个RS422适配器。利用1:N HOST bbbb通信方式，可以用一台上位机监控多台PLC的工作状态，实现集散控制。 2.通信协议 OMRON公司CPM1A型PLC与上位计算机通信的顺序是上位机先发出命令信息给PLC，PLC返回响应信息给上位机。每次通信发送/接受的一组数据称为一“帧”。帧由少于131个字符的数据构成，若发送数据要进行分割帧发送，分割帧的结尾用CR码一个字符的分界符来代替终终止符。发送帧的一方具有发送权，发送方发送完一帧后，将发送权交给接受方。 发送帧的基本格式为： @机号识别码正文FCS终止符 其中： @ ——为帧开始标志； 机号——指定与上位机通信的PLC（在PLC的DM6653中设置）； 识别码——该帧的通信命令码（两个字节）； 正文——设置命令参数； FCS——帧校验码（两个字符），它是从@开始到正文结束的所有字符的ASCⅡ码按位异或运算的结果； 终止符——命令结束符，设置“＊”和“回车”两个字符表示命令结束。 响应的基本格式为： @机号识别码结束码正文FCS终止符 其中： @ ----为帧开始标志； 机号----应答的的PLC号，与上位机指定的PLC号相同； 识别码----该帧的通信命令码，和上位机所发的命令码相同； 结束码----返回命令结束有无错误等状态； 正文——设置命令参数，仅在上位机有读数据时生效； FCS——帧校验码，由PLC计算给出，计算方法同上； 终止符——命令结束符。 3.PLC的通信设置 通信前需在系统设定区域的DM6650-DM6653中进行通信条件设定，具体内容见表7-4。 表7-4 PLC通信设定区功能说明 通道地址位功能缺省值DM665000-07上位链接外设通信口通信条件标准格式设定：00：标准设定（启动位：1位、字长：7位、奇偶校验：偶、停止位：2位、比特率：9600bps）01：个别设定（由DM6651设定）外设通信口设为上位链接08-111:1链接（主动方）外设通信口1:1链接区域设定0：LR00-LR1512-15全模式外设通信口使用模式设定0：上位链接 2：1:1链接从动方3：1:1链接主动方 4：NT链接DM665100-07上位链接外设通信口比特率设定00：1200bps 01：2400bps 02：4800bps03：9600bps 04：19200bps（可选）08-15上位链接外设通信口帧格式设定 启动位 字长 停止位 奇偶校验00： 1 7 1 偶校验01： 1 7 1 奇校验02： 1 7 1 无校验03： 1 7 2 偶校验04： 1 7 2 奇校验05： 1 7 2 无校验06： 1 8 1 偶校验07： 1 8 1 奇校验08： 1 8 1 无校验09： 1 8 2 偶校验10： 1 8 2 奇校验11： 1 8 2 无校验DM665200-15上位链接外设通信的发送延时设定设定值：0000-9999（BCD），单位10msDM665300-07上位链接外设通信时，上位bbbb模式的机号设定设定值：00-31（BCD）08-15不可使用 4.通信过程 通信开始先由上位机依次对PLC发出一串字符的测试帧命令。为充分利用上位机CPU的时间，可使上位机与PLC并行工作，在上位机等待PLC回答信号的同时，使CPU处理其它任务。某PLC在接到上位机的一个完整帧以后，首先判断是不是自己的代号，若不是就不予理睬，若是就发送呼叫回答信号。上位机接到回答信号后，与发送测试的数据比较，若两者无误，发出可以进行数据通信的信号，转入正常数据通信，否则提示用户检查线路重新测试或通信失败。 |
