【文章內(nèi)容簡介】 制技術(shù)以及PLC控制技術(shù)。以下是PLC控制技術(shù)與其他控制技術(shù)相比所體現(xiàn)的優(yōu)勢。PLC與繼電控制技術(shù)相比主要體現(xiàn)在一下幾個方面：1）控制邏輯：繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機械觸頭的串聯(lián)或并聯(lián)以及時間繼電器的延時等組合控制邏輯。其缺點是接線復(fù)雜，增加或改變功能都非常困難，繼電器觸頭數(shù)目也有限。而PLC利用其內(nèi)部存儲器，以程序方式將控制邏輯存儲在內(nèi)存中，通過改變程序就可以方便的改變控制邏輯。因此PLC控制邏輯的靈活性和擴展性很好2）控制速度：繼電器控制是通過繼電器機械觸頭的動作來實現(xiàn)，觸頭的開閉動作一般在幾十毫秒數(shù)量級。而PLC通過程序指令控制半導(dǎo)體來實現(xiàn)控制邏輯，一般一條指令的執(zhí)行時間在微秒數(shù)量級。3）限時控制：繼電器控制邏輯利用時間繼電器的時候動作進行限時控制，但其定時精度不高，易受環(huán)境影響，調(diào)整比較困哪。PLC使用半導(dǎo)體集成電路定時器，定時精度高，通過編寫程序來進行定時控制，非常方便。4）計數(shù)控制：繼電器控制邏輯一般不具備計數(shù)的功能，而PLC能通過程序方便的實現(xiàn)計數(shù)功能。5）可靠性和維護性：繼電器控制邏輯使用了大量的機械觸頭，觸頭開閉時產(chǎn)生的電弧容易損壞觸電，因此可靠性和可維護性都比較差。而PLC采用無觸電的半導(dǎo)體電路來代替繼電器觸點，因為不存在上述缺陷。PLC還帶有自檢功能，為現(xiàn)場的調(diào)試和維護提供了方便。PLC與通用計算機控制技術(shù)相比主要體現(xiàn)在以下幾方面：1）使用環(huán)境：通用計算機對環(huán)境要求高。而PLC能適用于環(huán)境差的工業(yè)現(xiàn)場。2）程序設(shè)計：通用計算機具備豐富的程序設(shè)計語言，如匯編語言、C語言等，能實現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用，對編程者要求高。而PLC能提供的編程語言少，邏輯簡單，容易學習和使用。3）運算速度和存儲容量：隨著各種電子技術(shù)的發(fā)展，通用計算機運算速度越來越快，一般在微秒級，存儲容量也在增大。而PLC相對通用計算機運算速度要慢，其編程的軟件少，編程剪短，內(nèi)存容量也小。4）價格：通用計算機功能多，硬件復(fù)雜，而PLC相對功能單一，因此在價格上一般PLC要比通用計算機便宜。PLC控制技術(shù)與單片機控制技術(shù)相比：單片機控制技術(shù)一般用于數(shù)據(jù)采集和工業(yè)控制，單片機在配置上比通用計算機簡單，價格上相對便宜，但它和通用計算機一樣，不是專門為工業(yè)現(xiàn)場控制所設(shè)計的且編程復(fù)雜不易掌握，需要處理大量I/O接口，其輸出口驅(qū)動負載能力較弱，要驅(qū)動工業(yè)負載需要復(fù)雜的外圍電路。單片機控制技術(shù)的突出優(yōu)點在于它具有較強的數(shù)據(jù)處理能力，但工業(yè)控制過程處理的是大量的開關(guān)量，因而運用在工業(yè)現(xiàn)場控制中單片機的長處得不到發(fā)揮，其可靠性也遠不如PLC。 PLC的結(jié)構(gòu)工業(yè)中生產(chǎn)中使用的可編程控制器的型號有很多，它們雖然各有特點，但作為工業(yè)控制標準設(shè)備，它們在結(jié)構(gòu)組成、工作原理和編程方法等許多方面是基本相同的，常見的的PLC模塊有：1）CPU模塊：它是PLC的硬件核心。PLC的主要性能，如速度、規(guī)模都是由它的性能來體現(xiàn)。2）電源模塊：它為PLC運行提供內(nèi)部工作電源，而且，有的還可為輸入信號提供電源。3）I/O模塊：它集成了I/O電路，并依點數(shù)及電路類型劃分為不同規(guī)格的模塊。4）內(nèi)存模塊：它主要用來存儲用戶程序，有的還為系統(tǒng)提供附加的工作內(nèi)存。在結(jié)構(gòu)上內(nèi)存模塊都是附加于CPU模塊之中。5）底板、機架模塊：它是為PLC各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的聯(lián)系提供總線。若干底板間的聯(lián)系有的用接口模塊，有的用總線接口。不同的廠家或同一廠家但不同類型的PLC都不大相用。箱體式的PLC還有I/O擴展箱體，它不含CPU，僅有電源及I/O單元的功能、擴展箱體也依據(jù)I/O點數(shù)的多少劃分為不同的規(guī)格。除上述模塊，PLC還有特殊的智能或稱功能模塊。如A/D（模入）模塊、D/A（模出）模塊、高速計數(shù)模塊，位控模塊、溫度模塊等、這些模塊有自己的CPU，可對信號作預(yù)處理或后處理，以簡化PLC的CPU對反應(yīng)的程控制量的控制。智能模塊的種類、特性也大不相同，性能好的PLC，這些模塊種類多，性能也好。6）通信模塊，它接入PLC后，可使PLC與計算機?；騊LC與PLC之間進行通信，有的還可實現(xiàn)與其他控制不見，如變頻器、溫控通信，或組成局部網(wǎng)絡(luò)。通信模塊代表PLC的組網(wǎng)能力，代表著當今PLC性能的重要方面。被控對象采樣設(shè)備驅(qū)動裝置檢測裝置模擬量輸入模塊模擬量輸出模塊數(shù)字量輸出模塊其他功能模塊數(shù)字量輸入模塊系統(tǒng)總線CPU主機模塊電源模塊編程器計算機可編程終端 PLC硬件系統(tǒng)組成 PLC的工作方式PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。1）PLC在輸入采樣階段 首先以掃描的方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即輸入、隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。2）PLC在程序執(zhí)行階段按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。3）輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時才是PLC的真正輸出本次畢業(yè)設(shè)計使用的PLC是西門子公司的S7200型，西門子S7200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。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。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。S7200系列PLC可提供4個不同的基本型號的8種CPU。 S7系列中CPU22X的基本單元型號輸入點輸出點可帶擴展模塊數(shù)S7200CPU221640S7200CPU222862個擴展模塊S7200CPU22414107個擴展模塊S7200CPU224XP24167個擴展模塊S7200CPU22624167個擴展模塊本設(shè)計采用的是S7200CPU226,CPU226集成了24點輸入/16點輸出，共有40個數(shù)字量I/O。可鏈接7個擴展模塊，最大擴展至284點數(shù)字量或35點模擬量I/O。還有13KB程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30KHz高速計數(shù)器，2路獨立的20Hz高速脈沖輸出，具有PID控制器。配有2個PS485通訊口，具有PPI，MPI和自由方式通訊能力，可用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)。 PLC的地址及其通訊方式 PLC地址表1）本設(shè)計中主要用到PLC中的PID指令回路,。PID指令運算執(zhí)行：當EN端口執(zhí)行條件符合時，進行PID運算，TBL是回路表的起始地址，本設(shè)計采用的是VB100，由于一個PID回路占用了32個字節(jié)，所以VD100到VD132都被占用了。LOOP是回路號，可是0~7，不能重復(fù)使用。 PID回路指令名稱 PID運算指令格式PID指令表格式PID TBL,LOOP梯形圖 PID回路指令表偏移量域格式類型描述0過程變量實型輸入過程變量，~4設(shè)定值實型輸入8輸出實型輸入/輸出輸出值，~12增益實型輸入增益比例常數(shù)，可正可負16采樣時間實型輸入包含采樣時間或復(fù)位，單位為秒，必須是正數(shù)20積分時間或復(fù)位實型輸入包含積分時間或復(fù)位，單位為分鐘，必須是正數(shù)24微分時間或速率實型輸入包含微分時間或復(fù)位，單位為分鐘，必須是正數(shù)28偏差實型輸入/輸出積分項前項，~32以前的過程變量實型輸入/輸出保安最后一次執(zhí)行PID指令時所存儲的過程變量的值36~79保留給自整定變量2）PLC的I/： PLC的I/O地址分配輸入啟動按鈕停止按鈕AIW0接收EM235的溫度檢測值輸出運行指示燈啟動指示燈控制接通加熱器控制接通制冷器 PLC通信方式并行通信：數(shù)據(jù)在多根傳輸線上同時傳輸?shù)姆绞椒Q為并行數(shù)據(jù)通信。在并行傳輸中，一個數(shù)據(jù)的每個數(shù)據(jù)位都有自己的傳輸線路，這樣數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少根傳輸線。這種方法傳輸數(shù)據(jù)的速度快，但當傳輸距離遠時，不僅通信線路成本高，而且難以收發(fā)信號。并行通信一般用于PLC內(nèi)部元件之間、PLC主機與擴展模塊之間或近距離智能模塊之間的數(shù)據(jù)通信。串行通信：數(shù)據(jù)在一根傳輸線上、以二進制的位為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式稱為串行數(shù)據(jù)通信。串行通信每次只傳送一位，因此傳輸速度比并行傳輸慢，但是串行傳輸只需要一根傳輸線，線路成本低，所以適合遠距離傳輸。串行通信用于PLC與計算機之間、多臺PLC之間的數(shù)據(jù)通信。根據(jù)串行通信數(shù)據(jù)傳輸方式的不同可以分為異步方式和同步方式。異步方式：有又稱起止方式。它在發(fā)送字符時，要先發(fā)送起始位，然后才是字符本身，最后停止位。字符之后還可以加入奇偶檢驗位。異步傳送較為簡單，彈藥增加傳送位，將影響傳輸速率。異步傳送是靠起始位和波特率來保持同步的。同步方式：同步方式要在傳送數(shù)據(jù)的同時，也傳遞時鐘同步信號，并時鐘按照給定的時刻采集數(shù)據(jù)。同步方式傳遞數(shù)據(jù)雖然提高了數(shù)據(jù)的傳輸速率，但對通信系統(tǒng)要求較高。 S7200的通信模式及原理S7200系列PLC的通信端口主要有2種通信模式:PPI模式和Freeport（自由口）模式PPI通信協(xié)議是西門子公司專門為S7200系列PLC開發(fā)的一種通信協(xié)議，一般不對外開放而自由口模式則是對用戶完全開放的，在自由口模式下通信協(xié)議是由用戶定義的，在自由口模式下PC機與PLC之間是主從關(guān)系，PC機始終處于主導(dǎo)地位，計算機通過串行口發(fā)送指令到PLC的通信端口，PLC通過RCV接收指令信息，然后對指令進行譯碼，譯碼后再調(diào)用相應(yīng)的子程序?qū)崿F(xiàn)PC機發(fā)出的指令要求，并通過XMT指令返回指令執(zhí)行的狀態(tài)信息。自由口通信模式：S7200系列PLC通信方式有3種：1）點對點（PPI）方式，用于與西門子公司的PLC編程器或其它產(chǎn)品通信，其通信協(xié)議是不公開的；2）DP方式，這種方式使得PLC可通過Profibus的DP通信接口接入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò),從而擴大PLC的使用范圍；3）自由口（FreePort）通信方式，由用戶定義通信協(xié)議，實現(xiàn)PLC與外設(shè)的通信。自由口通信在物理接口上要求雙方都使用RS485接口，波特率最高為38400bps，雖然PC機的標準串口為RS232口，但西門子公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和PC機互聯(lián)。 EM235模擬量輸入模塊模擬量輸入/輸出模塊EM235（具有4路模擬量輸入、1路模擬量輸出）：235模塊是組合強功率精密線性電流揮桿其、意法半導(dǎo)體（ST）單片集成變動其ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4~20每A(通過250歐姆電阻轉(zhuǎn)換成DC1~5V或通過500歐姆電子轉(zhuǎn)換DC2~10V)橫留環(huán)標準型號，連續(xù)輸送到接受裝置（計算機或顯示儀表）。 所示為如何使用組態(tài)DIP開關(guān)組態(tài)EM235模塊。開關(guān)1至6可選擇輸入量程和分辨率。所有的輸入都設(shè)置為相同的模擬輸入量程和格式。在該表中，單極性/雙極性(開關(guān)6)、增益(開關(guān)4和5)以及衰減(開關(guān)1，2和3), ON是閉合，OFF是斷開。只在電源接通時讀取開關(guān)設(shè)置。 組態(tài)DIP開關(guān)單極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW60至50mVONOFFOFFONOFFON0至100mV25μVOFFONOFFONOFFON0至500mV125μVONOFFOFFOFFONON0至1V250μVOFFONOFFOFFONON0至5VONOFFOFFOFFOFFON0至20mV5μAONOFFOFFOFFOFFON0至10V4 恒溫箱溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計主要使用的軟件：與S7200相配套的STEP7 MicroWIN32以及組態(tài)王監(jiān)控軟件。 STEP7 MicroWIN32STEP7 MicroWIN32是西門子公司專為SIMATIC s700系列可編程控制器研制開發(fā)的編程軟件，它是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強大，即可用于開發(fā)用戶程序，又可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 恒溫系統(tǒng)軟件設(shè)計流程本設(shè)計的軟件流程可簡述為：首先進行參數(shù)設(shè)定，該設(shè)定值主要取于恒溫控制的模糊PID公式，然后在一定時間內(nèi)進行采樣，設(shè)定恒溫溫度通過計算得出偏差和偏差變化率的數(shù)值，然后將兩個數(shù)值進行模糊化，以恒溫的模糊控制表為依據(jù)，進行查表賦值得出三參數(shù)，的增量，反模糊化三參數(shù)的增量，而后進行加法運算，得到經(jīng)模糊運算后得出的，，再進行PID運算，輸出控制量，經(jīng)轉(zhuǎn)脈沖程序，對加熱，制冷設(shè)備進行控制。NY開始采