【正文】 種方式 控制，并且使用組態(tài)軟件進行組態(tài)監(jiān)控。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。但 PLC 也必須依靠采用其他新技術(shù)來應(yīng)對市場份額逐漸縮小所帶來的沖擊，特別是 IPC（工控機）所帶來的沖擊?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。該系統(tǒng)用 PLC 完成所有的過程 控制、數(shù)據(jù)采集、自動調(diào)節(jié)、事故處理及報警等工作。一個良好的系統(tǒng)必須保證其工作的可靠性和準(zhǔn)確性。目前有超過 8， 000 個點的巨型 PLC 系統(tǒng)在電廠運用，由于在鋼鐵行業(yè)的大幅度增長，大型 PLC 增幅巨大 . 中型： 2561， 203 點這一類 PLC 主要也是用作控制系統(tǒng)，運用于冶金，電力，造紙，化工，加工 /組裝生產(chǎn)流水線，包裝流水線等領(lǐng)域。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性從 PLC 的機外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存5 儲器中的參考值比 較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。因為該系統(tǒng)是根據(jù)過程控制系統(tǒng)的特點發(fā)展而來，它對大量的模擬量數(shù)據(jù)信息能較好地進行處理、分析、8 運算，能完成各種復(fù)雜的、繁瑣的調(diào)節(jié)控制計算，因此能完成規(guī)模大、復(fù)雜程度高的過程控制系統(tǒng)的工作。 PLC 具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 I/O 分為開關(guān)量輸入 (DI)，開關(guān)量輸出 (DO)，模擬量輸入 (AI)，模擬量輸出 (AO)等模塊。多數(shù) PLC 具有 RS232 接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。 PLC 控制與繼電器控制 的比較優(yōu)勢 PLC 在社會生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其技術(shù)也在不斷的進步，并且在各個領(lǐng)域所涉及到的內(nèi)容都存在著很大的空間。它主要是根據(jù)操作按扭、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場給來的指令信號和傳感器信號，控制機械運動部件進 行相應(yīng)的操作，從而達到了自動化生產(chǎn)線控制。 (2) 通過調(diào)制解調(diào)器和公用電話網(wǎng)與遠程客戶端計算機相連，從而使管理者可通過電話線對控制系統(tǒng)進行遠距離監(jiān)控。 S7200 系列 PLC 可提供 4 個不同的基本型號的 8 種 CPU 供 選擇 。 電池模塊 ： 用于長時間數(shù)據(jù)后備。 數(shù)字量 I/O 點的編址是以字長為單位，采用標(biāo)志域（ I 或 Q）、字節(jié)號和位號三部分的組成形式，在字節(jié)號和位號 之間以點分隔，習(xí)慣上稱做字節(jié) 18 圖 I/O接線圖 main engine I/O wiring diagram 19 圖 擴展模塊 I/O接線圖 Expansion module I/O wiring diagram 元件明細表 根據(jù)的 I/O 接線圖把各個元件分表排列，如下表 所示。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。觸點代表邏輯輸入條件，線圈 代表邏輯運算結(jié)果，常用來控制的指示燈，開關(guān)和內(nèi)部的標(biāo)志位等。 S7200 PLC 的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng) 的流程圖 設(shè)計 當(dāng)按下啟動按鈕且小車在下限位置時，合上秤斗閘門開動合觸點，閘門開啟電機啟動。 24 10S 后，且大盅關(guān)動合觸點閉合時，大盅關(guān)閉電機啟動， T44 開始計時。 5S 后，當(dāng)焦炭皮帶關(guān)動合觸點閉合時，焦炭皮帶關(guān)閉電機啟動。 本文的各種控制器均采用梯形圖 LAD 語言 [7]編制，邏輯關(guān)系反映得形象、直觀，操作更簡便、可靠，指示更清晰。使用圖形表示算法的思路是一種極好的方法 ,因為千言萬語不如一張圖。 5S 后， 當(dāng) 鐵礦皮帶關(guān)動合觸點 閉合， 鐵礦皮帶關(guān)閉 電機啟動。 10S 后，且小盅關(guān)動合觸點閉合時，小盅關(guān)閉電機啟動。 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò) ： 通訊網(wǎng)絡(luò)是自動化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動化網(wǎng)絡(luò)平臺提供了從控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊，“ SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動化站以及通過不同的級交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相互之間完全兼容。西門子（ SIEMENS）公司的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO， S7200，S7300， S7400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)， HMI 人機界面，工業(yè)軟件等。西門子 STEP7 中的該編程語言是 S7 Graph。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價格比。因此， S7200 一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。 有兩種不同型號 的 PC/PPI 電纜：帶有 RS232 口的隔離型 PC/PPI 電纜，用 5個 DIP 開關(guān)設(shè)置波特率和其它配置項。 模擬電位器 ： CPU 221/222 1 個 ， CPU 224/224XP/226 2 個 。 S7200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。在顯示畫面上，通過圖標(biāo)的顏色變化反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)，如閥門的開與關(guān)，電機的啟動與停止，位置開關(guān)的狀態(tài)等。特 別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來，擴展了 PLC 的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。 梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是 PLC 輸入點接的開關(guān)也可以是 PLC內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。 CPU速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模 。 1968 年美國通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國 數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller(PC)。同時，由于各種控制系統(tǒng)生產(chǎn)制造廠較多，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，也給系統(tǒng)選擇帶來了一定 的 困難。近年來，為了保證電氣控制設(shè)備的高技術(shù)性能和系統(tǒng)的高可靠性，幾乎所有的電氣控制設(shè)備公司均采用了 PLC 作為其電氣控制設(shè)備的控制器。 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。由于平爐技術(shù)的燃料耗損大、冶煉時間長、基建投資和生產(chǎn)費用高，慢慢的在鋼鐵生產(chǎn)中失去主導(dǎo)作用，被 PLC 取代。 中國工控網(wǎng)市場研究部在 2021 年底發(fā)展到 2021 年初做了一個中國 PLC 的市場調(diào)查，下圖 是在本次調(diào)查最終用戶反饋的關(guān)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的結(jié)果。高爐的主要組成部分。 高爐上料 國內(nèi)外發(fā)展 狀況 高爐介紹 高爐：用于冶煉液態(tài)鐵水的主要設(shè)備，其橫斷面為圓形的煉鐵豎爐，用鋼鐵作爐殼，里面砌耐火磚內(nèi)襯。 自 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC） 研制出第一臺可編程控制器 PDP14，用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)在美國通用汽車公司的汽車自動裝配線上使用，取得成功以來，這種新型的工業(yè)控制裝置以簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列有點，很快成功的應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。此外，開放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也4 得到了突破，其結(jié)果是將 PLC 融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè) [2]。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。 PLC 是以繼電器控制為基礎(chǔ)，以微處理器為核心，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)，專門為工業(yè)應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計的功能強大的新型通用控制器。因此，系統(tǒng)安全性高，擴展靈活，可大大降低安裝成本 [3]。工控機作為上位機人界面，認為只相當(dāng)一臺PC，與控制功能沒什么關(guān)關(guān)系。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。 6. PLC 系統(tǒng)的 其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用 PLC 的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實現(xiàn)各種控制。在全負荷運載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。顯示器作為人機界面（ HMI）是一種內(nèi)含微處理芯片的智能化設(shè)備，它 與 PLC 相結(jié)合可取代電控柜上眾多的控制按鈕、選擇開關(guān)、信號指示燈，及生產(chǎn)流程模擬屏和電控柜內(nèi)大量的中間繼電器和端子排。 S7200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或 相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 CPU 224/224XP/226， 6個高 速計數(shù)器（ 30KHz），具有 CPU 221/222 相同的功能 。如果使用 STEP 7Micro/WIN32 編程軟件，則也可以通過 SIMATIC CP 5511 或 CP 5611 編程?？紤]到 SIEMENS 公司的產(chǎn)品在中國的應(yīng)用非常廣泛，其功能比較全面和典型，具有一定的代表性，所以設(shè)計以西門子公司的 S7系列入手， S7系列 是 該公司 20世紀(jì)末推出的新型 PLC。對 CPU224 的 I/O 編址，輸入輸出點的分配，畫出了 I/O 接線圖，對 I/O 接線圖的元器件作了介紹。下 面，以西門子 PLC 的編程語言為例，說明一下，各種編程語言的異同。與梯形圖相比，它實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，編寫的程序非常簡潔和緊湊。 23 SIMATIC S7400 PLC： S7400 PLC 是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 5S 過 后，當(dāng)焦炭皮帶關(guān)動合觸點閉合時，焦炭皮帶關(guān)閉電機啟動。 3S 后 鐵礦料斗開動合觸點 閉合， 鐵礦料斗開啟 電機啟動。 28 29 30 圖 系統(tǒng)梯形圖 Trapezoidal chart of system 小 結(jié) 本章主要介紹了軟件開發(fā)平臺和編程語言的選擇，畫出了系統(tǒng)的流程圖，并根據(jù)流程圖編出了系統(tǒng)的編程語言，由于梯形圖語言易學(xué)易懂，所以系統(tǒng)的編程語言選擇了梯形圖編程語言。系統(tǒng)軟件由 PLC 廠家提供并已固化在 EPROM 中，不能直接存取和干預(yù)。 10S 后，且小盅關(guān)動合觸點閉合時，小盅關(guān)閉電機啟動。 25 26 圖 系統(tǒng)流程圖 Flow chart of system 27 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的梯形圖 設(shè)計 梯形圖是使用最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電器技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 3S 后鐵礦料斗開動合觸點閉合，鐵礦料斗開啟電機啟動。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。不適合于編寫大型控制程序。 21 第三章 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的 程序 設(shè)計 系統(tǒng)程序由 PLC 制造廠商設(shè)計編寫的，并存入 PLC 的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。按鈕有一對常開觸頭、一對常閉觸頭和一副接觸橋。 表 I/O點的編址 Digital quantity a I/O address 輸入量 輸出量 16 CPU224 有 14 個輸入和 10 個輸出，根據(jù)設(shè)計要求 I/O 地址分配如表 所示。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。 不同的設(shè)備類型 ： CPU 221~226 各有 2 種類型 CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。而且它還代表當(dāng)今電氣控制技術(shù)的世界先進水平，它已與數(shù)控技術(shù)、 CAD／ CAM 技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)并列為工業(yè)自動化技術(shù)的四大支柱 [8]。２、閉環(huán)過程控制以往對于過程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的 PID 模擬調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)開、閉環(huán)控制。雖然在工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的繼電器控制設(shè)備不會被完全淘汰，11 但是由于 PLC 的出現(xiàn)已經(jīng)改變了工業(yè)控制設(shè)計者的設(shè)計思想一、控制繼電器存在的缺點今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。 在滿足控制要求的前提 下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用和維護方便。 除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。 按 投資規(guī)模和項目經(jīng)濟效率合理選擇 ： 在一些小型化工項目 中，特別是一些中小型改造項目，投資較少，規(guī)模較小的儀控系統(tǒng)應(yīng)優(yōu) 先 選擇價格相對低廉、性價比較高的 PLC 系統(tǒng)。 7 第二章 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 系統(tǒng)的總體設(shè)計 各種控制系