基于嵌入式PLC的顺序控制器设计与实现

　　可编程序逻辑控制器(PLC)具有工作可靠、编程简单、使用方便、设计和调试周期短的优点,在工业过程控制中已获得了广泛的应用。其中多样品位置的连续自动进样装置,在气相　　色谱仪的研制中受到越来越多的重视。

　　本文针对气相色谱仪的液体样本自动进样子系统,基于嵌入式可编程逻辑控制器,从系统硬件和软件设计两个方面讨论系统的设计和实现方法,包括进样器子系统的功能需求分析;　PLC与上下位控制计算机的通信协议设计;时序逻辑控制指令的执行和步进电机的行程控制等。通过对样机的运行情况和实验数据的分析,表明应用嵌入式PLC作为气相色谱仪自动进样子系统的核心CPU,可以大幅度提高仪器的分析精度和自动化程度,简化控制系统的设计,节省成本,提高运行效率和系统的可靠性。

　　1　气相色谱仪自动进样子系统的方案设计及工作流程

　　气相色谱仪自动进样子系统包括上、下位控制计算机两大部分。上位控制计算机采用基于VisualC++的多线程方法实现速率可变的串行通信。下位机系统内核采用PLC构成嵌入式通信与控制单元。该嵌入式单元的控制策略主要是完成上、下位机之间的通信以及系统定时,脉冲形成等逻辑控制功能。由于PLC具有工作可靠、编程简单、使用方便、设计和调试周　　期短等诸多优点,因此,采用基于可编程逻辑控制器(PLC)的嵌入式顺序控制方案与现有的控制方案比较具有突出的特点。自动进样器的典型动作流程如下:上位控制计算机发送样品瓶号指令和参数到嵌入式PLC, PLC产生样品瓶号位置的控制信号,底盘步进电机控制样品底盘转动使得样品瓶位于注射器针头的正下方,完成指定样品瓶的基本定位;之后PLC按照预置参数控制滑车下降,直至注射针头插入样品瓶中间位置。

　　当注射器针头到位后, PLC发出指令控制活塞上升将规定剂量的样品抽入注射器内,之后滑车和底盘依次复位。最后, PLC控制滑车下降到注射位置,使得注射器的针头插入进样口内,　　控制注射器的活塞下降将采集的试剂注射到进样口,滑车上升到初始位置,采样过程结束。完成连续液体进样过程,控制器连续发出样品瓶序号递增控制信号,系统多次重复单次进样的工作步骤。

　　自动液体进样器完成样品:抽提→进样→洗针→进样的循环操作。操作顺序可通过软件编程进行改变。

　　除此之外,按需求分析系统还需要设计和实现注射器和试剂瓶的重复清洗过程与限位保护、程序中断、清零和复位等功能。

　　2　系统硬件设计

　　2·1　PLC选型

　　系统设计应该根据系统的功能需求以及成本等因素综合考虑PLC的选型。本系统设计综合各方面因素,选择西门子公司的Simatic7226XM PLC。