【正文】 ............................................... 25 第四章 軟件設(shè)計 ................................................. 25 軟件設(shè)計思想 ................................................. 25 S7200 的程序結(jié)構(gòu) ............................................ 25 S7200 的 編程 ................................................ 26 3 梯形圖的基本繪制規(guī)則 ......................................... 27 硫化機系統(tǒng)的 I/O 分配表 ....................................... 28 硫化機 PID 溫度控制系統(tǒng)的邏輯圖 ............................... 29 可編程控制器的軟件 ........................................... 30 PLC 程序 ..................................................... 32 本章小結(jié) ..................................................... 35 結(jié) 論 ............................................................ 36 致 謝 ............................................................ 37 參考文獻： ....................................................... 38 4 基于西門子 S7200PLC 的溫度控制系統(tǒng) 的設(shè) 計 專業(yè)班級 05 自動化 2 班 學生姓名：逯旭昌 指導教師： 董昭 職稱：講師 摘要： 在橡膠工業(yè)中，硫化工藝是最后一個工藝過程，也是最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，作為橡膠硫化主要設(shè)備的平板硫化機必須具備控制硫化條件（硫化溫度、硫化時間和硫化壓力）的能力，其控制精度將直接影響橡膠硫化制品的質(zhì)量好壞。硫化溫度控制精度越高，則越容易得到質(zhì)量更好、性能更加穩(wěn)定的產(chǎn)品。由于這三個條件對橡膠制品的硫化質(zhì)量起著決定性的作用，因此通常又稱之為“硫化三要素 ” 。硫化過程是橡膠大分子鏈發(fā)生反應的過程。因此實現(xiàn)高精度的平板硫化機溫度 控制 ,以提高橡膠制品質(zhì)量對橡膠工業(yè)生產(chǎn)具有重大的現(xiàn)實意義 硫化的相關(guān)要求主要有硫化機的工藝流程和橡膠硫化的工藝要求。本系統(tǒng)是以西門子 S7200PLC 為主要控制原件，利用其內(nèi)部的 PID 指令進行模擬量溫度控制，此控制思路不盡設(shè)計思路簡易，而且還省去了買 PID 模塊的成本。PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大 ，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。 PID 參數(shù)的整定 在常規(guī)控制系統(tǒng)中， PID 控制是迄今為止算法比較簡單、功能比較完善、效果比較好的一種控制算法，其一般形式為 )()()()( neKneKneKnU DIp ????? 式中 n — 采樣序號； 5 u(n) — 第 n次采樣時刻的控制器輸出 。 MATLAB 語法規(guī)則簡單、容易掌握、調(diào)試方便 ， 具有高效、簡單和直觀的特性。 溫度變送器的選擇 Pt100 傳感器測量溫度的隔離變送器 ， 型號為 RS3100， 在工業(yè)上主要用于測量 200~+500℃ 的溫度。 系統(tǒng)設(shè)計的原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 （ 2）安全可靠 控制系統(tǒng)長期運行中能否達到安全、可靠、穩(wěn)定，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。 12 在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這些系統(tǒng)在 PLC 的選型上是有區(qū)別的。 二是設(shè)備分散，設(shè)備的功率較大，如料場設(shè)備。同一種機型輸入輸出點數(shù)少，則價格便宜，反之則貴。 快速控制大系統(tǒng)：隨著可編程序控制器在工業(yè)領(lǐng)域應用的不斷擴大，在中小型的快速系統(tǒng)中，可編程序控制器不僅僅完成邏輯控制和主令控制，它已逐步進入了設(shè)備控制級，如高速線材，中低速熱連軋等速度控制系統(tǒng)。根據(jù)控制對象要求的輸入/輸出點數(shù)的多少，可以估計出 PLC 的規(guī)模。 對 PLC 性能要求的估計：為了正確地估計 PLC 性能要求，需要了解下面問題 : ，如高速計數(shù)器等。 對所需內(nèi)存容量的估計：用戶程序所需內(nèi)存與下列因素有關(guān)。內(nèi)存利用率的提高會使同樣程序減少內(nèi)存容量，從而降低內(nèi)存投資、縮短周期時間、從而提高系統(tǒng)的響應時間。 15 在機型選定之后就要確定接口設(shè)備。最好類型、型號一致。所謂輸入輸出定義是指整體輸入輸出點的分布和每個輸入輸出點的名稱定義，它們會給程序編制、系統(tǒng)調(diào)試和文本打印等帶來很多方便。 可編程控制器的特點 （ 1） 可靠性高。 （ 5）具有各種接口，與外部設(shè)備連接非常方便。 S7200 PLC 包含了一個單獨的 S7200 CPU 和各種可選擇的擴展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器。檔次最低的是 CPU221，其數(shù)字量輸入點數(shù)有 6 點，數(shù)字量輸出點數(shù)有 4 點，是控制規(guī)模最小的PLC。輸出端子的運行狀態(tài)可以由頂部端子蓋下方一排指示燈顯示， ON 狀態(tài)對應的指示燈亮。 CPU224 的技術(shù)指標 CPU224 本機集成了 14 點輸入／ 10 點輸出，共有 24 個數(shù)字量 I/O。 1L+、 2L+分別為公共端。負載的另一端分別接到 CPU224 各個繼電器輸出端子。s 隔離 ：有 耗電 從 5VDC（ I/O總線）耗電 10 mA 開關(guān)設(shè)置 SW1 SW2 SW3 輸入類型 ON OFF ON 0～ 10V ON ON OFF 0～ 5V或 0～ 20mA OFF OFF ON 177。 10V、 0～ 20mA 分辨率 ： 12bit 轉(zhuǎn)換速度 ： 100181。 一、 PAC01A 主要技術(shù)指標： ～ 20mA 輸入 : 接收阻抗 500Ω ～ 調(diào)節(jié)輸出分辨力：調(diào)壓 。 大于 30A 時 ,需采用強制風冷。 ：手動調(diào)整儀表輸出范圍為 0～ 100%。 主要特性 輸入： Pt100(20~+400℃ ) (范圍可選擇 ) 輸出信號： ~5V 精度等級： 級 (FSR%) 內(nèi)含線性化和長線補償功能 隔離耐壓： 2500VDC(,60S) DIN35 導軌安裝 精度高、性能穩(wěn)定可靠。 在 S7200PLC 編制程序時首先要根據(jù)整個工程的要求把程序分塊，其次是合理利用指令，嚴格注意信號名稱定義，恰如其分地編寫各個程序塊的程序。 線性程序的結(jié)構(gòu)簡單，分析起來一目了然。而且，如果覺得用一個線性程序編制具體任務的控制程序還有困難時，可以在編制具體任務控制程序時 ，再一次使用分塊結(jié)構(gòu)編程，因而使編程簡單容易。 （ l）圖解法編程 圖解法是靠畫圖進行 PLC 程序設(shè)計。邏輯流程圖法是把系統(tǒng)的工藝流程，用邏輯方框圖表示出來形成系統(tǒng)的邏輯方框圖。一般比較復雜的程序，都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。這里所說的經(jīng)驗，有的是來自自己的經(jīng)驗總結(jié)，有的可能是別人的設(shè)計經(jīng)驗，有的也可能是來自其它資料的典型程序。從左到右的順序控制。 （ 2） 主程序調(diào)用子程序 0 的流程 圖 ，如圖 9 所示。 可編程控制器的軟件 西門子 S7200PLC 使用的是西門子獨立開發(fā)的 STEP7Micro/WIN32 編程軟定時中斷計數(shù)器值加 1 啟動中斷子程序 計數(shù)器值 到達了？嗎？ 計算 PID 公式 對輸出值限制 反饋仿真 中斷子程序 0 結(jié)束 否 是 31 件， STEP7Micro/WIN32 編程軟件是基于 Windows 的應用軟件，由西門子公司專為 S7200 系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)，它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可以實時監(jiān)控用戶的執(zhí)行狀態(tài)。 34 圖 16子程序梯形圖 在子程序中主要是裝入回路設(shè)定值 VD104，回路增益 VD112，回路采樣時間VD118，積分時間 VD120,同時設(shè)定定時中斷 0 的時間（ SMB34）間隔為 100ms，設(shè)定定時中斷執(zhí)行 PID 程序 INT_0。 本系統(tǒng)總結(jié)為以下幾點： 系統(tǒng)采用 S7200PLC 加模擬量輸入輸出模塊的結(jié)構(gòu) ，使整個系統(tǒng)實現(xiàn)了PLC 控 制，有效克服了 單一溫度控制器 控制 的缺陷，系統(tǒng) 控制精度明顯提高， 控制精度在 177。 該系統(tǒng)已在中船重工 752研究所的硫化機上成功運行，效果良好，控制精度在 177。 在這里首先要感謝我的導師 董老師 。除了敬佩 董 老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后 的學習和工作。 該控制系統(tǒng)的設(shè)計提高了硫化機溫度控制質(zhì)量，解決了硫化機普遍存在溫度控制系統(tǒng)精度不高，達不到硫化國家標準的溫度。 系統(tǒng) 在設(shè)計中對 PID參數(shù)進行了模擬仿真。 （ 3） 中斷子程序 梯形圖 ，如圖 17 所示。 S7200 可編程控制器使用 STEP7Micro/WIN32 編程軟件進行編程。分別 裝入回路設(shè)定值 VD104，回路增益 VD112，回路采樣時間 VD118，積分時間 VD120,同時設(shè)定定時中斷 0 的時間（ SMB34）間隔為 100ms，設(shè)定定時中斷執(zhí)行 PID 程序 INT_0。 28 對于外接電路的各元件分配編號，編號的分配必須是主機或者是擴展模塊本身 是機提供的，而且可以用來編程，兩個設(shè)備不能共用一個輸入輸出點。 （ 3）計算機輔助設(shè)計編程 計算機輔助設(shè)計是通過 PLC 編程軟件在計算機上進行程序設(shè)計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等等。系統(tǒng)控制的任務實際上可以認為在不同時刻或者在不同進程中去完成對各個步的控制。邏輯流程圖會使整個 程序脈絡請楚，便于分析控制程序、便于查找故障點、便于調(diào)試程序和維修程序。 梯形圖法：梯形圖法是用梯形圖語言去編制 PLC 程序。由于程序是分塊的，調(diào)試程序也可以分塊進行，等局部程序調(diào)試完之后，再總體合成。對于一些控制規(guī)模較大，運行過程比較復雜的控制程序，特別是分支較多的控制程序則不宜選用這種結(jié)構(gòu)。編好的程序還必須經(jīng)過一定時間的運行考驗，才可以投入實際現(xiàn)場工作。10% 靜態(tài)電流 +24VDC 16 20 mA 5 。 測溫元件及溫度檢測技術(shù) 目前，常用的溫度傳感器種類很多：熱電偶傳感器、熱敏電阻傳感器、熱電阻傳感器和半導集成溫度傳感器，但是在微機溫度控制系統(tǒng)中使用的傳感器必須是能將非電量轉(zhuǎn)變成電量的傳感器 ,因此使用的就是熱電阻傳感器。 ，如要再運行，需排除故障后，再送電運行。 22 : 50Hz 單相 220VAC/380VAC 燈狀態(tài)顯示 :藍 色燈：上電運行前閃爍三次 （表示測試狀態(tài)）； 運行正常時長亮； 不亮：控制器或電源故障 紅色燈閃爍：電源或負載故障報警指示 ； 紅、蘭燈交替閃爍：散熱器超溫。 電壓輸出時，“ V”為電壓 正端，“ M”為電壓負端。 接線端子 M為 24VDC電源負極端， L+ 為電源正極端 RA、 A+、 A； RB、 B+、 B； RC、 C+、 C； RD、 D+、 D分別為第 1～ 4路模擬量輸入端。 模擬量輸入模塊 EM231 EM231 具有 4 路模擬量輸入， 輸入信號可以是電壓也可以是電流，其輸入與PLC 具有隔離。輸出負載的－端接到 1M 端，輸出負載的另－端接到 CPU224 各輸出端。 CPU224有 13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存貯空間， 6個獨立的 30KHｚ高速計數(shù)器， 2路獨立的 20KHｚ高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 輸入端子的運行狀態(tài)可以由底部端子蓋上方一排指示燈顯示， ON 狀態(tài)對應的指示燈亮。可連接７個擴展模塊，最大擴展至 248 點數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O。 S7200 PLC 可以方便地組成 PLCPLC 網(wǎng)絡和微機 PLC 網(wǎng)絡，從而完成規(guī)模更大的工程。 （ 7）維修方便。 （ 2） 控制功能強。它應用大規(guī)模集成電路、微型機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點和微型、小型、中型、大型、超大 型等各種規(guī)格的 PLC 系列產(chǎn)品，應用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多過程控制領(lǐng)域。 二是這些模塊能和外部設(shè)備對接。 (2) 選擇接口設(shè)備 目前 PLC 的產(chǎn)品很多，在選擇機型和接口設(shè)備時要注意選擇質(zhì)量好，控制可靠的產(chǎn)品。 當然，最后還要校驗一下所用