【正文】 .................................... 18 總述： .............................................................................................................................. 18 硬件部分： ....................................................................................................................... 18 軟件部分： ....................................................................................................................... 20 控制手段： ....................................................................................................................... 21 存在的問題和需改進的地方 ............................................................................................... 36 第六章 結(jié)論 ............................................................................................................................... 36 第七章 致謝 ............................................................................................................................... 37 參考文獻 .................................................................................................................................... 38 附錄 發(fā)酵罐溫度控制程序 .......................................................................................................... 39 5 第一章 引言 —— 本論文以 SIMATIC STEP7 為介紹背景，以西湖啤酒項目為例，系統(tǒng)地分析啤酒發(fā)酵過程中的的 PLC應用， 所用到的 PLC是模塊化的中小型系統(tǒng)，也就是 S7300。它有很多的特點：模塊化，無排風扇結(jié)構(gòu)，易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等，并且在執(zhí)行從小規(guī)模到中等性能要求控制任務時可以做到即方便又經(jīng)濟。 啤酒釀造過程是這樣的：糖化，麥汁充氧，添加酵母，發(fā)酵，降溫，倒罐，貯酒。而我要做的就是其中發(fā)酵的一部分， 啤酒發(fā)酵也是一個復雜的過程，具體的流程是這樣的：發(fā)酵 作用是在啤酒酵母的參與下對麥芽汁發(fā)酵的過程，也可使麥汁中的可發(fā)酵糖和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)被酵母細胞的酶分解成酒精和二氧化碳，另外還有一系列的發(fā)酵副產(chǎn)品，如雙乙酰，醛，酸和硫化物等活性物質(zhì)。以及通過酵母還原雙乙酰，改良已有的化合物，將麥汁的口味變成啤酒口味。 西湖啤酒這個項目的學習和研究，尤其是專業(yè)理論和實際工作的結(jié)合，不僅使我對整個的工藝有了一定的了解，而且在實際的現(xiàn)場工作中，我對現(xiàn)場儀表也有了比較深刻的了解，同時我也認識到我應該和必須掌握什么，以及怎樣去掌握。比方說：一開始我只是拿了一本 STEP 7的書在看， 卻不知道它有什么應用，以及怎么樣的去應用。在電腦上裝了這個軟件以及畫了幾幅流程圖之后，我才有了一個模糊的概念，在和老師在現(xiàn)場查看，以及在老師的指導下對程序進行修改，才建立了一個比較清晰的印象。我相信，畢業(yè)設計的過程能為我以后在中控公司從事的工作奠定良好的基礎。同時也向在我的畢業(yè)設計工作中提供幫助的老師，同學以及公司的同事們表示感謝。 張磊 6 第二章 PLC 概述 由來和發(fā)展 微機技術已經(jīng)并繼續(xù)在改變世界，以微機技術為基礎的可編程控制器也正在改變著工廠自動控制的面貌。近 20 年來隨著科學技術的迅猛發(fā)展，可編程控制器以其可靠性高。能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗，使用極方便的巨大優(yōu)越性，迅速占領工業(yè)自控領域，成為工業(yè)自動控制的首選產(chǎn)品，與機器人， CAD/CAM并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱。當前，在我國廣大工礦企業(yè)中與技術改造相配合正在興起廣泛應用可編程控制器的熱潮。其發(fā)展之勢就像數(shù)年前個人計算機在我國迅速推廣一樣，方興未艾，如火如荼。 廣大工程技術人員已經(jīng)認識到可編程控制器的巨大優(yōu)勢性，許多人通過對進口設備，生產(chǎn)線的分析解剖認識可編程控制器，還有許多人自己設計可編程控制器控制系統(tǒng)，取得良好成果后更引發(fā)深入了解可編程控制器的興趣。 1969年美國地 DEC公司制成了第一臺可編程控制器投入通用汽車公司地生產(chǎn)線控制中，取得了極其滿意的效果，從此開創(chuàng)了可編程控制器的新紀元。 1971年日本開始生產(chǎn)可編程控制器； 1973年歐洲開始生產(chǎn)可編程控制器； 1974年我國也開始研制可編程控制器。隨著微電子技術、計算機技術、通訊技術、數(shù)字控制技術的飛速發(fā)展，可編程 控制器的數(shù)量、型號、品種以異乎尋常的速度發(fā)展，這點尤其在可編程控制器發(fā)展前期更為明顯，據(jù)國外《控制工程》雜志的不完全統(tǒng)計，全世界 1983年有 37 家廠家生產(chǎn) 100種型號的可編程控制器，而 1988年就有了 70家廠家生產(chǎn) 304種型號的產(chǎn)品。從產(chǎn)品的銷售勢頭也可以說明這一點。 工作原理 作為一種工業(yè)控制計算機，其核心就是一臺計算機。但是由于有接口器件及監(jiān)控軟件的包圍，因此，其外形不像計算機，操作使用方法，編程語言甚至工作原理都與計算機有所不同。另一方面，作為繼電控制盤的替代物，由于其核心為計算機芯片，因此 與繼電器控制邏輯的工作原理也有很大的區(qū)別。它的工作過程是：輸入處理；程序處理；輸出處理 構(gòu)成 它的核心是一臺單板機，在單板機外圍配置了相應的接口電路（硬件），在單板機種配置了監(jiān)控 7 程序（軟件） 。 硬件部分 1，單板機：可編程控制器中的單板機即為 CPU板。它包括一臺基本計算機必需的部件（中央處理器 CPU，存儲器 RAM 和 ROM，并行接口，串行接口，時鐘 CTC）。它的作用是對整個可編程控制器的工作進行控制。它的工作分兩部分：一部分是對系統(tǒng)進行管理，如自診斷，查錯，信息傳送時鐘，計數(shù)刷新等；另一部 分就是根據(jù)用戶程序執(zhí)行輸入輸出操作，程序解釋執(zhí)行操作等。 2，輸入接口電路：通常輸入有兩種形式，一種是直流輸入，其輸入器件可以是無源觸點或傳感器的集電極開路晶體管；另一種是交流輸入，這實際上是將交流信號經(jīng)整流，限流后再通過光耦傳入 CPU。 3，輸出接口電路。 4，電源：在小型可編程控制器內(nèi)部都包括一個穩(wěn)壓電源，它用于對 CPU板、 I/O板等內(nèi)部器 件供電。 5，擴展接口：用于擴展 I/O單元的，它使可編程控制器的點數(shù)規(guī)模配置更為靈活。這種擴展接口實際上為總線形式。 6，編程器接口：接各種型式的編程裝置，還可以利 用接口做一些監(jiān)控的工作。 7，存儲器接口：根據(jù)使用的需要擴展存儲器，其內(nèi)部也是可以接到總線上的。 8，編程器：一個獨立的部件。 軟件部分 1 系統(tǒng)監(jiān)控程序：它是每一個可編程控制器成品必須包括的部分，是由可編程控制器的制造者編制的，用于控制可編程控制器本身的運行。 2 用戶程序：它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控裝置的運行。它是用梯形圖或某種可編程控制器指令的助記符編制而成的，可以是梯形圖，指令表，高級語言，匯編語言等。 特點 1. 高可靠性 針對各種的故障原因，可以從軟件及硬 件兩方面來解決可靠性問題。在硬件方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是設計合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固，簡化安裝，使其易于抗沖擊，對印制電路板的設計加工及焊接工藝都做到嚴格要求。在軟件方面設置了警戒時鐘 WDT, 可編程控制器運行時對 WDT 定時刷新，如果程序出現(xiàn)了死循環(huán)，就能立即跳出重新啟動，并報警，隨時對 CPU 等內(nèi)部電路進行檢測，一旦出錯，立即報警。程序中還設置了對用戶程序電路查錯報錯的程序，錯誤的程序和參數(shù)是 8 不能運行的。 2. 編程方便，易于使用 可編程控制器采用與實際電路接線圖非常接近的梯形圖，這種圖形編程方式易懂易編。為 了進一步簡化編程，當今的可編程控制器還針對具體問題設計了諸如步進順控指令，流程圖指令等指令系統(tǒng)，這點對于加快系統(tǒng)開發(fā)速度非常重要。 3. 環(huán)境要求低 可編程控制器可適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。 4. 與其他裝置配置連接方便 可編程控制器的接口原則是使外部接線、電平轉(zhuǎn)換盡量少。 對于開關量，輸入可以是無源觸點開關或集電極開路晶體管輸出；輸出有繼電器、可控硅、晶體管等各種不同的形式，可直接接各種不同類型的接觸器、電磁閥等。 對于模擬量，只要模擬信號電平在一定的范圍內(nèi)，就可以按要求只設置轉(zhuǎn)換特性，而不需另加電平轉(zhuǎn)換。另外還有運用熱 電偶直接輸入的 A/D轉(zhuǎn)換器等，此時就連放大器，冷斷補償也是多 余的。 對于各種顯示，音響輸出更是以最快的形式提供接口，大量的問題都在可編程控制器的內(nèi)部解決了。 對于數(shù)據(jù)通訊，只須同軸電纜和普通 RS232 和 RS422接口即可，不必由用戶來考慮波特率及通訊規(guī)程等具體的設置問題。 —— 摘自 《可編程控制器原理及應用》 優(yōu)勢 可編程控制器作為繼電控制盤的替代物，它的好處是很顯然的。首先，可編程控制器除了外部接點外，內(nèi)部提供了無窮多的各類觸點，輔助繼電器 ，其功能大大的擴展了。由于是計算機產(chǎn)品，其程序的易修改性，可靠性，通用性，易擴展性，易維護性都大大提高，加上其體積小巧，安裝，調(diào)試方便，使設計加工周期大大縮短。從我國國情來看，進行技術改造的一次性投資雖大一些，但是使用可編程控制器后，控制盤自身的耗電僅為原來的幾十分之一，一年所節(jié)省的電費就可以將投資收回。由于開發(fā)，調(diào)試周期大大縮短，因此很容易作到高產(chǎn)量，短交貨期，對加快資金周轉(zhuǎn)大有幫助，又由于是采用標準件，對于售后服務和日常維護備品，備件也大為方便，并且，可編程控制器可重復利用。 對于系統(tǒng)設計，采用可編程控 制器后，只要初步確定 I/O 總數(shù)，即可定下機型及模塊。這就使制定采購計劃大為方便。至于最終細節(jié)的設計，由軟件即可完成。由于當今可編程控制器具有大量模擬量控制模塊、位置量控制模塊和數(shù)據(jù)讀 /寫模塊，這些模塊與 I/O模塊配合很容易就能構(gòu)成一個 9 綜合控制系統(tǒng)。 SIMATIC S7 介紹 總述 在 STEP7中，可以用標準語言梯形邏輯 (LAD)，語句表 (STL)或功能塊圖 (FBD)生成 S7程序。在實際中我們必須先決定用那種語言。在 STEP7中， CPU循環(huán)處理 OB1。一行一行地讀入并執(zhí)行程序命令。當 CPU返回到第一條程序時，它已完成了一個循環(huán)，所需要的時間就是所說的掃描循環(huán)時間。 功能塊（ FB）在程序地分級結(jié)構(gòu)中位于組織塊之下。它包含程序的一部分，這部分程序可以在 OB1 中被多次調(diào)用。功能塊地所有形參和靜態(tài)數(shù)據(jù)都存儲在一個單獨地、被制定給該功能塊地數(shù)據(jù)塊（ DB）中 . STEP 7 可以有各種不同的應用 （ 1）： STEP 7 程序編輯器：允許使用語句表指令或梯形圖邏輯指令編寫 CPU 程序；允許配置 PLC間的數(shù)據(jù)交換。 （ 2）：通信組態(tài)：允許配置 PLC 間的數(shù)據(jù)交換。 （ 3）： S5/S7 交換器：允許將 STEP5 程序或塊變換為等效的 STEP 7 程序或塊。 （ 4）： STEP 7 建立：允許改變在建立過程中選取的語言或硬件選項。 STEP 7 中的編程任務 當以 STEP 7 編程時，不要求特別的順序，但是，在大多數(shù)項目中必須滿足某些基本的任務。 （ 1）：生成項目和 CPU 程序：在 STEP 7 中，你將程序數(shù)據(jù)儲存在下列目錄中： 項目：項目包括在一個網(wǎng)絡中若干個 CPU 進行全局數(shù)據(jù)通信需要的信息。 CPU 程序： CPU 程序包括用于程序的塊和塊需要的信息，如符號表。 （ 2）：生成用于程序的塊：當 你生成新塊時就開始生成新程序，你選擇塊型： OB,FB,FC， DB,VD你能夠輸入或編輯程序，或者你能夠說明用于塊的局部數(shù)據(jù)。 （ 3）：選擇輸入數(shù)據(jù)的方法：在 STEP 7 中，你能夠以下列方法中的一種輸入數(shù)據(jù)： 在梯形圖中，遞增地檢查語法，如果你使用梯形圖指令編寫程序，則 STEP 7 在你輸入每一指令之后檢查語法。 在語句表中，遞增地檢查語法，如果你使用語句表指令編寫程序，則 STEP 7 在你輸入每一指令之后檢查語法。 如同