一种基于PLC的工业注射泵控制系统设计

史志鹏，李 晨，王 经，马 聪

(1.中国电子科技集团公司第三十三研究所，山西 太原 030032；2.中国铁路兰州局集团有限公司兰州车辆段，甘肃 兰州 730050)

工业注射泵通常在过程自动化中作为配套设备，实现高精度微量流体传输与处理，一般采用旋转阀、面板安装、通过RS485，RS232或CAN总线进行通讯控制[1]。通过先进的电机微步驱动技术，智能的初始化、故障处理等算法，使得软件更加稳健，同时具备卓越的电磁兼容性能和低温环境应用支持，更适合工业场合使用。

1 系统原理

本系统选用SP1-CX型工业注射泵，采用西门子S7-200 Smart PLC[2]作为控制器，通过RS485接口与注射泵进行数据交互，从而实现注射泵的控制功能。

2 系统功能

本系统的主要功能有：

1) 能够完成1-10mL液体的取液操作；

2) 能够完成进液0.1mL、0.05mL操作；

3) 能够完成启动速度、运行速度和停止速度设置。

3 系统设计

系统设计主要包括电气设计和软件设计。

3.1 电气设计

本系统主要由西门子S7-200 Smart PLC与注射泵构成。系统电气设计如图1所示。系统由交流220V供电，通过AC-DC电源模块转换为DC24V电源，分别给PLC和注射泵供电。PLC与注射泵之间通过双绞线进行连接。

图1 电气设计原理图

3.2 软件设计

本系统采用STEP7-Micro/WIN Smart编程软件，进行梯形图设计。该软件主要包括：初始化模块、指令集模块、发送完成中断模块和接收完成中断模块。

3.2.1 初始化模块

初始化模块主要进行通信初始化工作，包含通信端口控制字设置、接收消息控制字设置、起始字符设置、结束字符设置、字符间定时器设置、接收最大字符数设置、指令编码复位、注射泵状态字复位。流程图如图2所示。

图2 初始化流程图

通信端口控制字设置，通过对SMB30进行设置，完成校验类型、数据位和波特率设置。本系统采用无校验类型、数据位为8位、波特率为38400bps、同时采用自由口通信。因此，SMB30的值设为16#01。

接收消息控制字设置，通过对SMB87进行设置，包含启用/禁止接收消息功能、启用/禁止SMB88检测消息起始字符、启用/禁止SMB89检测消息结束字符、启用/禁止SMW90作为空闲线检测条件、定时器为字符间定时还是消息定时、启用/禁止超时终止、启用/禁止中断条件作为消息检测的开始。本系统启用接收消息功能、启用SMB88检测消息起始字符、启用SMB89检测消息结束字符、禁止SMW90作为空闲线检测条件、定时器为字符间定时、禁止超时终止、禁止中断条件作为消息检测的开始。因此，SMB87的值设为16#C4。

起始字符设置SMB88为16#02；结束字符设置SMB89为16#03；字符间定时值SMW92设置为1000ms；最大接收字符数SMB94设置为100。

3.2.2 指令集模块

该模块主要完成：发送前初始化、接收完成标志复位、发送指令调用。其中在发送指令调用前，已将发送指令的数据在数据块中进行定义。涉及的指令有取液指令、进液指令和参数设置指令。以取液指令发送为例，流程图如图3所示。

图3 取液指令发送流程图 图4 发送完成中断流程图

数据块中的取液指令(十六进制表示)如下：

02 31 31 4F 41 36 00 00 00 44 39 30 30 49 52 03

3.2.3 发送完成中断模块

该模块属于中断模块，主要是在指令集模块中调用XMT指令后，以中断形式进行响应。主要完成接收指令RCV调用、绑定接收中断事件、断开发送中断事件。流程如图4所示。

3.2.4 接收完成中断模块

该模块属于中断模块，主要是调用RCV指令后，以中断形式进行响应。主要完成接收完毕判断、接收数据转移、接收缓冲区清零、断开接收中断事件、接收完成标志位置位。流程如图5所示。

图5 接收完成中断流程图

4 结语

本系统采用PLC作为控制器，通过RS485接口完成对工业注射泵的精密控制，实现取液、不同步进取液以及参数设置等功能，达到了预期效果。