【文章內(nèi)容簡介】 心部件，由運算器和控制器組成。主要用于：接收并存儲從編程器輸入的用戶程序；檢查編程過程是否出錯；進行系統(tǒng)診斷；解釋并執(zhí)行用戶程序；完成通信及外設的某些功能。(2) PLC 的 I/O 模塊輸入/輸出接口是 PLC 與外界連接的接口。 輸入接口用來接收和采集兩種類型的輸入信號，一類是由按鈕、選擇開關、行程開關、繼電器觸點、接近開關、光電開關、數(shù)字撥碼開關等的開關量輸入信號。另一類是由電位器、測速發(fā)電機和各種變送器等來的模擬量輸入信號。輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量） 、調(diào)速裝置（模擬量）等。 PLC 的工作原理PLC 有兩種工作狀態(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。在運行狀態(tài)，PLC 通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。為了使 PLC 的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行 第 10 頁一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直到 PLC 停機或切換到 STOP 工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序外，每次循環(huán)過程中，PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段，如圖22所示。PLC的這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。圖22 PLC運行原理圖 PLC 控制系統(tǒng)的應用特點(1)可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。使用PLC 構成控制系統(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。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)將極高的可靠性。 (2)配套齊全，功能完善，適用性強 PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力， 第 11 頁可用于各種數(shù)字控制領域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 (3)易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。 (4)系統(tǒng)的設計，工作量小，維護方便，容易改造。 西門子 PLCSIEMENS PLC在中國的產(chǎn)品，根據(jù)規(guī)模和性能的大小，主要有 S7200、S7300 和S7400等，本次設計主要應用的是S7300。 西門子 S7300S7300針對的是中小系統(tǒng)，他的模塊可以擴展多達 32個模塊，背板總線也在模塊內(nèi)集成，它的網(wǎng)絡連接已比較成熟和流行，有MPI（多點接口） 、Profibus和工業(yè)以太網(wǎng)，使通訊和編程變的簡單和多選性，并可以借助于HWConfig工具可以進行組態(tài)和設置參數(shù)。S7300的模塊稍微多一點，除了信號模塊（SM ）之外，它還有：接口模塊（IM）——用來進行多層組態(tài)，把總線從一層傳到另一層；占位模塊（DM）——為沒有設置參數(shù)的信號模塊保留一個插槽或為以后安裝的接口模塊保留一個插槽；功能模塊（FM）——執(zhí)行特殊功能，如計數(shù)、定位、閉環(huán)控制相當于對CPU功能的一個擴展或補充；通訊處理器（CP）——提供點對點連接、 Profibus和工業(yè)以太網(wǎng)。MPI接口用來連接到編程設備或其他設備，DP接口用來直接連接到分布式I/O。 西門子 STEP7每個自動化過程都是由許多較小的部分和子過程組成，所以工程建立的第一個任務是分解子任務。而每個子任務定義了自動化系統(tǒng)要完成的硬件和軟件要求。其中硬件包括輸入/輸出數(shù)目和類型，對應模塊序號和類型，所用機架號，CPU 型號和容量，HMI （人機界面）系統(tǒng)，網(wǎng)絡系統(tǒng)。軟件方面主要是程 第 12 頁序結構，自動化過程中的數(shù)據(jù)管理，組態(tài)數(shù)據(jù)、通訊數(shù)據(jù)及程序和項目文檔。在SIEMENS的S7 中，上述工作都在項目管理（SIMATIC 管理器） ，包括必須的硬件（+組態(tài)） ，網(wǎng)絡（+ 組態(tài)） ，所有程序和自動化解決方案的數(shù)據(jù)管理。F1 在線幫助。圖23 西門子組合硬件和軟件 控制算法—PIDPID控制問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID 控制就是根據(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。PID參數(shù)的整定方法：PID 參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID 控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID 參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法，它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改；二是工程整定法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID 控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減 第 13 頁法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?？刂破鲄?shù)經(jīng)驗方法實質(zhì)上是一種經(jīng)驗湊試法，是工程技術人員在長期生產(chǎn)實踐中總結出來的。它不需要進行事先的計算和實驗，而是根據(jù)運行經(jīng)驗，先確定一組控制器參數(shù)，并將系統(tǒng)投入運行通過觀察認為加入干擾（改變設定值）后的過渡過程曲線，根據(jù)各種控制作用對過渡過程的不同影響來改變相應的控制參數(shù)制，進行反復湊試，直到獲得滿意的控制質(zhì)量為止。本次設計就是使用的是經(jīng)驗法，根據(jù)工藝和實際經(jīng)驗獲取 PID 參數(shù)。 S7300 實現(xiàn) PID 閉環(huán)控制的原理以 PLC 作為控制器構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖 21 所示。圖中的虛線部分由 PLC 來實現(xiàn)。檢測元件將被控量實際值 pv 測量轉換為 1V～5V 電壓信號或 4mA～20mA 電流信號，該模擬信號接至 PLC 的 AI 模塊，進行 A/D 轉換，根據(jù)用戶編寫的 PID 控制程序，將測量值與給定值 sp 比較，通過二者的偏差 e(t)進行 PID 算法的運算得到輸出操作信號 u(t)，經(jīng) PLC 的 AO 模塊進行D/A 轉換，轉換后的信號（ 1V～5V 電壓信號或 4mA～20mA 電流信號）用于驅(qū)動執(zhí)行結構，實現(xiàn)對被控對象的控制。P I D 控制器 被控對象執(zhí)行機構檢測元件給定值E （ t ）U ( T )實際值P vS pP L C圖 21 PLC 閉環(huán)控制系統(tǒng) 第 14 頁3 下位控制系統(tǒng)設計 系統(tǒng)分析根據(jù)水泥煤磨收塵倉控制原理，收塵倉有三個溫度經(jīng)傳感器檢測變送到PLC，與設定值比較，大于該值送至 PID 中進行運算，運算完成后輸出，調(diào)節(jié)電磁閥開度進行溫度調(diào)節(jié)使其達到溫度設定值；小于設定值則不運算。 系統(tǒng)輸入輸出的統(tǒng)計輸入輸出量有數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出四種。根據(jù)分析煤磨段的工藝，其輸入輸出情況如表31：設備名稱 采樣信號 信號類型1 斗式提升機過載電流 PIW256 模擬量2 原煤倉料位 PIW258 模擬量3 磨機 1 軸前溫度 PIW260 模擬量4 磨機 2 軸前溫度 PIW262 模擬量5 磨機 1 軸后溫度 PIW264 模擬量6 磨機 2 軸后溫度 PIW266 模擬量7 熱風機轉速 PIW268 模擬量8 煤粉收塵倉壓力 PIW270 模擬量9 煤粉收塵倉溫度 1 PIW272 模擬量10 煤粉收塵倉溫度 2 PIW274 模擬量11 煤粉收塵倉溫度 3 PIW276 模擬量12 煤粉倉料位 PIW278 模擬量13 計量稱重量 PIW280 模擬量14 電磁閥開度 PQW288 模擬量15 起始信號 數(shù)字量16 提升電機 數(shù)字量17 磨機電機 數(shù)字量18 螺旋輸送機 1 皮帶 數(shù)字量19 離心風機電機 數(shù)字量20 螺旋輸送機 2 皮帶 數(shù)字量 第 15 頁 硬件的選型根據(jù)實際工藝和冗余考慮。這就要求在選擇 CPU、I/O 模塊等時要適當留有約 10%的裕量。如圖 32圖 32 硬件選型設備型號：電源模塊：CP3075ACPU 模塊：CPU315DP輸入輸出模塊：AI 8*12bit 2 個，AO 4*12bit 1 個， DI 16*DC24V 1 個。 第 16 頁 下位系統(tǒng)程序的設計 系統(tǒng)流程圖圖 33 系統(tǒng)流程圖信號經(jīng)傳感器采集檢測變送到 PLC，與設定值比較，大于設定值送至 PID中進行運算，運算完成后輸出，調(diào)節(jié)電磁閥開度進行溫度調(diào)節(jié)使其達到溫度設定值；小于設定值則不運算。 系統(tǒng)程序OB1 主程序監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)是調(diào)用 FC105“SCALE”，將輸入 A/D 轉換后的數(shù)字量轉換為被控對象的一個檢測值，結果放在 MD 寄存器中，如圖 34； 第 17 頁圖 34 監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集調(diào)用 FC106“UNSCALE”，將 PID 輸出的操作值（MD162）轉換為 0～27648 之間的一個數(shù)字量，結果輸出給模擬量輸出存儲器(PQW288)。如圖 35。圖 35 PID 輸出轉換 第 18 頁煤粉收塵倉溫度數(shù)據(jù)檢測：圖 36 煤粉收塵倉溫度數(shù)據(jù)檢測運行與故障報警包括提升電機故障、過載電流報警、磨機故障報警、皮帶電機 1 和 2 故障報警、風機故障報警。其中過載電流報警是電流過載 5min 后報警，因此使用定時器 S_ODTS 和比較指令 CMP=1 指令；其他報警可使用常開和常閉指令。如圖 338。圖 37 運行與故障報警 第 19 頁圖 38 提升機過載電流報警三個檢測溫度比較大?。簻囟?1 先與溫度 2 比較，得出最大的，把最大的給溫度 1