【正文】 大大地減輕了操作工人的勞動強(qiáng)度、縮短了操作時間。圖42 I/O接線圖(4) 根據(jù)程序流程圖及I/O地址分配表設(shè)計出實現(xiàn)液體攪拌過程控制的整個程序。在向出料罐送料時，電磁閥1和電磁閥2禁止工作。② 顯示中央I/O和分布式從站的模板信息。② 語句表是STEP7編程語言的文本表達(dá)方式，與機(jī)器碼相似。③ 在給CPU賦值參數(shù)的過程中可以通過菜單設(shè)置參數(shù)。包括項目管理器、符號編輯器、硬件組態(tài)、編程語言及診斷硬件等一系列的應(yīng)用工具。熱繼電器FR3對攪拌電機(jī)M3進(jìn)行過載保護(hù)。(2) CPU模板：CPU31424K字節(jié)RAM/8K語句，最大擴(kuò)展512個DI/DO，64個AI/AO，帶擴(kuò)展內(nèi)存卡槽，鋰電池槽和MPI接口，24V電源供電，可同時與S7300內(nèi)部總線上的遠(yuǎn)程站、編程器、PC機(jī)、操作面板或其他S7300、S7400、M7300、M7400PLC等可編程控制器中的4種站建立聯(lián)系。JZ14型為交直兩用中間繼電器。CJ10系列交流接觸器的主觸點(diǎn)均做成三極的，輔助觸點(diǎn)則做成二常開二常閉方式。主、輔接點(diǎn)均采用橋式觸點(diǎn)，且由銜鐵直接帶動作直線運(yùn)動。⑤ 接觸器的觸頭數(shù)量和種類應(yīng)滿足被控主電路和控制電路的需求。若此時加在線圈上的電壓顯著下降，由于電磁力的減小且小于彈簧的反力，動鐵心在這個反力的作用下，自動返回原位且使主觸頭也分?jǐn)啵豢仉娐窋嚅_停止工作，這也是欠電壓保護(hù)作用；當(dāng)線圈斷電后，動鐵心在反力彈簧的作用下返回原位且使主觸頭也分?jǐn)?，被控電路斷開停止工作。① 交流接觸器電磁機(jī)構(gòu)：它由線圈、動鐵心和靜鐵心組成。表32 DF2型電磁閥性能和尺寸工作介質(zhì)水、油及其他液體工作壓力1~8Kg/cm2工作介質(zhì)溫度0~60℃工作環(huán)境溫度0~60 濕度85%工作電壓直流24V 交流220V安裝方式管式連接 接觸器及選用接觸器是利用電磁吸力及彈簧反作用力配合使觸頭閉合與斷開的一種電磁開關(guān)。在未通電時球閥處于開啟狀態(tài)，即電磁閥的進(jìn)液口和出液口相通，則為常開二位二通電磁閥；在未通電時球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，即電磁閥的進(jìn)液口和出液口關(guān)閉，則為常閉二位二通電磁閥。 電磁閥的選擇電磁閥選型首先應(yīng)該依次遵循安全性，可靠性，適用性，經(jīng)濟(jì)性四大原則，其次是根據(jù)六個方面的現(xiàn)場工況（即管道參數(shù)、流體參數(shù)、壓力參數(shù)、電氣參數(shù)、動作方式、特殊要求進(jìn)行選擇）。電磁閥從原理上主要分為三大類。%FS\年儀表接線二線制 不分正負(fù)三線制 載精 該系統(tǒng)需要1個攪拌電機(jī)，進(jìn)料泵及出料泵總共4個，電磁閥5個。當(dāng)在接受端有大于+200mV的電平時，輸出正邏輯電平，小于－200mV時，輸出負(fù)邏輯電平。③ 數(shù)據(jù)存儲區(qū)PLC運(yùn)行過程中需要隨機(jī)存取的一些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般不需要長久保留，因此采用隨機(jī)存儲器RAM數(shù)據(jù)存儲區(qū)包括輸入，輸出數(shù)據(jù)映像區(qū)，定時器/計數(shù)器預(yù)置數(shù)、累加器、變址寄存器和各種隨機(jī)參數(shù)等。根據(jù)存儲器的功能，PLC的存儲器可分為系統(tǒng)程序器和用戶程序存儲器。④ FRCE（強(qiáng)制，黃色）：至少有一個I/O被強(qiáng)制時亮。CPU模塊面板布置示意圖如圖23所示[8]。PLC控制系統(tǒng)中，PLC程序的輸入和執(zhí)行、PLC之間或PLC與上位機(jī)之間的通信、接收現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都離不開該模塊。數(shù)字I/O模塊每個槽劃分為4 B（等于32個I/O點(diǎn)）。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖22所示。(3) 診斷功能，CPU的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。另外還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設(shè)計生產(chǎn)出具有較強(qiáng)抗干擾能力的產(chǎn)品，且有賴于使用部門在工程設(shè)計、安裝施工和運(yùn)行維護(hù)中予以全面考慮，并結(jié)合具有情況進(jìn)行綜合設(shè)計，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運(yùn)行可靠性。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序丟失或死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，入開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應(yīng)產(chǎn)生干擾；而是對PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的輻射，由通信線路的感應(yīng)引入干擾。智能模塊種類和數(shù)量越多說明PLC功能越強(qiáng)大。(3) 掃描時間掃描時間是指CPU內(nèi)部根據(jù)用戶程序，按邏輯順序，從開始到結(jié)束掃描一次所需的時間。PLC也是如此。事實上，如果PLC工作不可靠，就無法在工業(yè)環(huán)境下運(yùn)用，也就不成其為PLC了。其次即使PLC出現(xiàn)故障，維修也很方便。③ 編程方便：PLC內(nèi)部雖然沒有什么實際的繼電器、時間繼電器、計數(shù)器，但它通過程序（軟件）與系統(tǒng)內(nèi)存，這些器件卻實實在在地存在著。所以，硬件系統(tǒng)配置與建造也非常方便。PLC還有強(qiáng)大的自檢功能，可進(jìn)行自診斷，其結(jié)果可自動記錄。凡普通計算機(jī)能做到的，它也都可作到。它的工作基礎(chǔ)是用好信息。一個輸出鎖存器也有一個內(nèi)存位（bit）與其對應(yīng)，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。輸出鎖存器與輸出點(diǎn)也是一一對應(yīng)的，這里的輸入暫存器及輸出鎖存器實際就是PLC處理器I/O口的寄存器。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序(不可更改)，又有用戶自行開發(fā)的應(yīng)用（用戶）程序。不管輸出控制信號有沒有變化，一個掃描周期內(nèi)對所有輸出只刷新一次，即前一次和后一次的輸出狀態(tài)的變化，至少要經(jīng)歷一個掃描周期的時間。PLC的這種工作方式同一般單純用硬件組成的控制電路或由控制計算機(jī)組成的控制電路是不同的。并近似的認(rèn)為每重復(fù)一次這3個階段所用的時間為一個掃描周期。但由于有特殊的接口器件及監(jiān)控軟件，其外形不像計算機(jī)，編程語言、工作原理與普通計算機(jī)相比也有一定的區(qū)別。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，成本低，安裝方便，缺點(diǎn)是輸入輸出點(diǎn)數(shù)是固定的，不一定能適應(yīng)具體的控制現(xiàn)場的需要。小型PLC的輸入/輸出端子數(shù)量為256點(diǎn)以下；中型PLC的輸入/輸出端子數(shù)量為1024點(diǎn)以下；大型PLC的輸入/輸出端子數(shù)量為1024以上。隨著應(yīng)用能力的提高和市場需求的擴(kuò)大，一些部門和單位本著技貿(mào)結(jié)合、消化移植的方針，一方面進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用研究，一方面也在引進(jìn)可編程序控制器的生產(chǎn)線，建立生產(chǎn)可編程序控制器的合資企業(yè)，積極開發(fā)自己的產(chǎn)品。(2) 多功能：為了適應(yīng)特殊功能的需要，連續(xù)推出多種智能模塊，如模擬量輸入輸出、回路控制、通信控制、機(jī)械運(yùn)動控制、高速計數(shù)、中斷輸入等。這時面向工程技術(shù)人員的編程語言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語言。梯形圖語言和語句表語言完全成熟，基本上標(biāo)準(zhǔn)化，SFC（順序功能圖）語言逐步普及，專用的編程器已被個人計算機(jī)和相應(yīng)編程軟件所替代，人機(jī)界面裝置日趨完善，已能進(jìn)行對整個工廠的監(jiān)控、管理，并發(fā)展了冗余技術(shù)，大大加強(qiáng)了可靠性。進(jìn)入70年代，隨著中小規(guī)模集成電路的工業(yè)化生產(chǎn)，可編程序控制器技術(shù)得到了較大的發(fā)展。以往常采用傳統(tǒng)的繼電器控制液體攪拌系統(tǒng)，使用硬件連接電器多，可靠性差，自動化程度不高，為了克服上述缺點(diǎn)，目前采用先進(jìn)控制器對傳統(tǒng)接觸控制進(jìn)行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為生產(chǎn)提供了更可靠的保障。④ 中間繼電器：選用JZ1444Z型中間繼電器，主要起中繼作用，與接觸器配合使用。(2) 模擬量信號采集：通過液位變送器及A/D轉(zhuǎn)換器完成現(xiàn)場液位的采集過程。兩種原料液體進(jìn)料時達(dá)到設(shè)定的液面時停止進(jìn)料，且攪拌器攪拌時間可根據(jù)濃度的不同而自行設(shè)定。系統(tǒng)通過液位變送器將采集到的現(xiàn)場液位高度傳送給西門子PLC，并由PLC對現(xiàn)場數(shù)據(jù)邏輯處理后，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，完成系統(tǒng)的自動控制。本文主要介紹采用西門子PLC實現(xiàn)對液體攪拌系統(tǒng)進(jìn)行自動控制。所以，對攪拌系統(tǒng)應(yīng)該進(jìn)行改進(jìn)，使它可以靈活的根據(jù)液體的不同而進(jìn)行混料的濃度可調(diào)，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。系統(tǒng)的控制框圖如圖11所示。(1) 系統(tǒng)硬件組成及功能：① 可編程控制器：系統(tǒng)下位機(jī)選用西門子S7300型PLC，作為整個系統(tǒng)的控制核心，主要用于實現(xiàn)自動控制。 PLC在液體攪拌系統(tǒng)中的應(yīng)用在化工、機(jī)械等行業(yè)的生產(chǎn)過程中，液體攪拌是十分重要也是必不可少的重要環(huán)節(jié)，液體攪拌的關(guān)鍵是保證混料過程中原料的準(zhǔn)確性和比例以及保證原料的充分混合。隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力發(fā)展可編程序控制器在我國的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù)，應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向[1]。80年代后期到90年代中期，隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及應(yīng)用，超大規(guī)模集成電路、門陣列以及專用集成電路的迅速發(fā)展，可編程序控制器的CPU已發(fā)展為由16位或32位微處理器構(gòu)成，處理速度得到很大提高，高速計數(shù)、中斷、PID、運(yùn)動控制等功能引入了可編程序控制器。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算，閉環(huán)控制，提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。PLC未來的發(fā)展不僅依賴于對新產(chǎn)品的開發(fā)，還在于PLC與其他工業(yè)控制設(shè)備和工廠管理技術(shù)的綜合。正是在成套設(shè)備引進(jìn)過程中，我們打開了眼界，了解認(rèn)識了可編程序控制器，這也促進(jìn)了可編程序控制器在我國的發(fā)展。這一階段可編程序控制器的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門和工業(yè)過程的各個角落，已成為企業(yè)提高裝備技術(shù)水平的重要標(biāo)志。另外，小型、中型和大型PLC的分類不是絕對的，有些小型PLC的功能可以具備部分中型PLC的功能。(3) PLC的流派分類世界上PLC的生產(chǎn)廠家約200多家，生產(chǎn)的產(chǎn)品大概有400多種。PLC每重復(fù)一次這4個階段所用的時間稱為一個掃描周期（或稱循環(huán)周期、工作周期）。但這個結(jié)果在整個程序未執(zhí)行完畢之前不會送到輸出端口上。PLC的掃描工作是重復(fù)進(jìn)行的，因此，其輸出和輸入存儲器不斷被刷新（I/O刷新）。還需要指出一點(diǎn)，在PLC中常采用一種被稱為“看門狗”（Watchdog）的監(jiān)視定時器來監(jiān)視PLC的實際工作周期是否超出預(yù)定的時間，以避免PLC在執(zhí)行程序過程中進(jìn)入死循環(huán)，或“跑飛”（PLC執(zhí)行非預(yù)定的程序）而造成系統(tǒng)癱瘓。PLC的I/O電路，都是專門設(shè)計的。輸入電路時刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存于輸入暫存器中。這些位置成1，表示接點(diǎn)通，置成0為接點(diǎn)斷。由于PLC有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，編寫出滿足這個要求的程序是完全可能的，而且也是較為容易的。(1) 功能豐富PLC的功能非常豐富。數(shù)據(jù)讀出后，可轉(zhuǎn)儲，可打印，數(shù)據(jù)送入可鍵入，可以讀卡入等等。其次PLC的硬件是高度集成化的，已集成為種種小型化的模塊。② 安裝方便：PLC硬件安裝簡單，組裝容易。使用PLC的軟件也很多，不僅可用類似于繼電電路設(shè)計的梯形圖語言，有的還可用BASIC語言、C語言，以至于自然語言。⑤ 改用方便：PLC用于某設(shè)備，若這個設(shè)備不再使用了，其所用的PLC還可給別的設(shè)備使用，只要改編一下程序，就可辦到。PLC還有很多防止及檢測故障的指令，以產(chǎn)生各重要模塊工作正常與否的提示信號。程序存儲器容量大小決定了用戶所能編寫程序的最大長度，一般中小型的PLC的存儲器容量在16KB以下，大型的PLC可達(dá)到2MB左右。種類和數(shù)量越多，PLC的功能就越強(qiáng)大。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，② 信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大。為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾，必須從設(shè)計階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。由于我國電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點(diǎn)電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對系統(tǒng)抗干擾性能要求更高，在國外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國內(nèi)工業(yè)就不一定能可靠運(yùn)行，這就要在采用國外產(chǎn)品時，按我國的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T13926）合理選擇。SIMATIC S7系列PLC都采用了模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)且具有易于用戶掌握等特點(diǎn)，使得S7系列PLC成為各種從小規(guī)模到中等性能要求以及大規(guī)模應(yīng)用的首選產(chǎn)品。CPU3152DP、CPU3162DP、CPU3182DP都具有現(xiàn)場總線擴(kuò)展功能。除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機(jī)架上最多只能再安裝8個信號模塊或功能模塊。S7300為模擬量模塊保留了專用的地址區(qū)域，字節(jié)地址范圍為IB256767。既能以脈沖寬度可調(diào)（PWM）方式輸出,又能以高速脈沖串（ PTO）方式輸出。圖24 RUN/STOP 開關(guān)(2) 狀態(tài)與故障顯示LED① SF（系統(tǒng)出錯/故障顯示，紅色）：CPU硬件故障或軟件錯誤時亮。集成有兩個DP接口的CPU有兩個對應(yīng)的LED（BUS1F和BUS2F）。用戶程序存放在RAM中，為防止電源掉電后程序的丟失，通常需安裝鋰電池，用于電源掉電時對RAM中用戶程序存儲區(qū)供電?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與相連。利用PPI通訊協(xié)議進(jìn)行通訊非常簡單方便，只用NETR和NETW兩條語句即可進(jìn)行數(shù)據(jù)信號的傳遞，不需額外再配置模塊或軟件。表31 HP31B液位變送器性能指標(biāo)傳感部件美國Sensors充油硅芯體測量范圍0....200 m過 體：不銹鋼 1Cr18Ni9Ti ：丁腈橡膠或氟橡膠 電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機(jī)械裝置動。特點(diǎn)：在零壓差或真空、高壓時亦能可動作，但功率較大，要求必須水平安裝。(4) 經(jīng)濟(jì)性 有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點(diǎn)的基礎(chǔ)上應(yīng)選用最經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品