给粉机是一种机、电、水、气一体化粉（粒）料定量分切式全自动加药装置，它是现代科技发展新兴的一种技术产 品。为达到全自动运转，采用了PLC控制，通过检测稀释罐中的液位高低来控制给粉机的工作，还控制计量泵将稀释罐中的液体药液送到凝集罐中，凝集罐中已有液体是来自高速过滤器的反冲洗水，药液使该反冲洗水的悬浮物凝集成大块 状絮凝物以便进行下一步的水处理工作。

二、PLC选用和硬件配置

综合上述情况考虑开关量输入输出的数量，模拟量输入，定时及连锁等各方面情况，选用西门子S7-200系列可编程控制器，型号为CPU-212。这种PLC小型、紧凑，在CPU中配有1K的EEPROM，可***性的存储用户程序和其他重要的系统参数；它还装有大容量的电容器，供长时间存储所有的数据，而不需要另外安装后备电池；外形尺寸小巧，塑料外壳紧凑坚固，可以直接装在电气控制常用的35mm标准导轨上；本机带有8个输入点和6个输出点，还可扩展2个模块，包括模拟量模块；机内有128个内部存储位，64个定时器，64个计数器，足够编程人员使用；内置24V直流电源，可供本机数字量、模拟量的输入使用，不必另设直流电源；指令执行速度快，每条指令执行时间为1.3us；编程可用小型手持式编程器，方便现场调试，也可用个人PC，方便在研制场所编制程序及归档文件和打印输出。

PLC配置见表1：

表1 PLC配 置

输入输出分配见表2。

三、控制内容和要求

控制内容和要求取决于工艺要求、资源、及可操作性等。给粉机涉及到的工艺流程如图1所示，首先将粉状凝集助剂倒入料斗，给粉机工作时，通过粉位计检测料斗中是否有料，如果有料，先将干燥空气经气源三联件和气阀吹入出料 口，延迟一段时间后，打开淋水器侧的水电磁阀，为送料作好准备，再延迟一段时间，启动给粉机运行。此时，给粉机 将药液定量的连续的注进稀释罐，在稀释罐中，有搅拌机不停的搅拌，搅拌均匀后待用。使用药液时，用计量泵来运送 ，从稀释罐中注入到凝集罐一类的设备中。

给粉机、水阀、气阀、搅拌机、计量泵的工作状况都与稀释罐中的液位密切相关，一般讲，液位控制采用电极式的 开关量信号，将有关的4个位置的液位信号送到PLC中参与控制。但当用户的液位检测装置是液位变送器时，就需采用模 拟量模块，稀释罐中的液位是通过液位变送器来检测的，对应一定的液位，送出4-20mA电流信号（4-20mA对应着液位高度0-1M）。

• 液位距池底为120mm时，为L₂液位，低于L₂液位时，报警，不能启动计量泵。

• 液位距池底为120mm时，为L₁液位，液位低于L₁时要启动气阀、水阀、给粉机，当给粉机运行时，搅拌机也要运行。给粉机停止时，搅拌机也停止。

• 液位距池底为750mm时，为H₁液位，高于H₁液位，给粉机停。

• 液位距池底为850mm时，为H₂液位，高于H₂液位时，报警。

四、软件编程和模拟量处理

各个开关量控制、定时、计数、连锁等常规控制用顺序控制方式编在主程序中，这里不赘述。下面重点描述模拟量的处理问题。

作为一个主要控制条件，稀释罐液位，是通过液位传感器送出4-20mA模拟信号进到控制系统中，CPU通过模拟量扩展模块EM232读取该值，并分析、处理该值，在几个指定的液位高度时，输出信号去控制相应设备或发出报警信号。和该模拟量有关的几个基本数据：

• 对于EM231和CPU212的规定，输入0-20mA对应数据为0-32000， 每1mA增量，数据为1600。

• 稀释罐液位0-1000mm对应着液位传感器输出4-20mA。液位增量62.5mm，输出为1mA。

• 考虑到液位的波动情况，设定***大波动在5mm（即增128个数），上升时取上限值，下降时取下限值。

编好软件后，输入到PLC中，接上仿真开关、信号发生器等，开始调试程序。在调试中发现，模拟量的输入值变化太大，观察AIW0，随着信号源从4-20mA变化，应该从0-32000变化，观察时看到，AIW0的后三位数字都在跳动，这种情况无法参与控制。经分析和试验，从硬件和软件两方面着手解决。

1、硬件接线

从S7-200的安装手册中可以看出，模拟量模块A/D转换间无隔离，这样模块本身抗干扰能力弱。但没有该模块的详细电路，考虑从信号输入端着手，如果输入以参考端接到适当位置，可以减小干扰。***后作了3种接法实验：

（1）A_端独立。

（2）A_接到M，而M又接地。

（3）A_接到M，而M不接地。

实验比较以上3种情况后，发现第3种情况结果***好，如图2所示。第1种情况，A独立，因EM231是单端输入，所以A如果悬空，信号没有基准，可能干扰大；第2种情况，A接M而又同时接地，但在这种水处理现场一般不设为仪表专做的地线，因而接地后，各种强电杂波信号都可以通过地线串进来，使干扰增强；第3种情况，A接M又不接地，形成了浮地输入，这种接地常被称为模拟地或小信号地，在一定情况下可以抑制某些干扰，实验证明使用这种处理方法有一定效果。从编程器读取AIW0值，基本上是后两位数字在跳。由于EM231的数据位是12位，而AIW0取值范围是0-32000，是16位，因此，在12位的8421码中，***后一位的一次跳变就是8，这样，后两位在跳变也属正常。

图2 EM231接线的改变

2、软件编程

针对上述情况，从软件入手，进一步调整了模拟量输入的稳定状况。方法是从AIW0取输入值，求多次采样的平均值 依据计算出的平均值输出，去控制给粉机的运行。即：由于S7-200的指令处理较快，模数转换时间也短，在几十us，且模拟量读数灵敏度较高，而在本控制系统中，对转换时间要求不高，所以可以采用多次采样的平均值方法，来处理输入值。例如10次采样值如下： 16848、16832、16808、16840、16864、16856、16872、16880、16824、16848，这些值***大为16800，***小为16808，差为72，如果10次采样为128次，求平均值后放到VW20中，这样VW20的每次读取时间还在ms级，完全满足实际要求。（实际观察结果为AIW0的变化：164616-14672；VW20的变化：14647-14651）。经过上述软件的处理后，当AIW0中的值在后两位跳变时，经处理后的模拟量VW20中的值只是个位在跳变，且是一个一个跳变，通过调试证明，采集数据又提高了一个数量级。

五、结束语

在实际使用中发现，这种机型的模拟量模块的抗干扰性能还不尽人意，但***近，西门子公司又推出了S7-22X系列的小型机，据说模拟量的隔离性能好于S7-21X系列，待下次选用时在作了解。但软件的这种处理模拟量输入的方法完全可以采用。