【文章內(nèi)容簡介】 C 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類。還有一些 PLC 將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。 還可以按 I/O 點(diǎn)數(shù)分類，根據(jù)PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少，可將 PLC 分為小型、中型、大型和超大型四類：1. I/O 點(diǎn)數(shù)在 256 以下為小型 PLC；2. I/O 點(diǎn)數(shù)在 256～1024 為中型 PLC；3. I/O 點(diǎn)數(shù)大于 1024 為大型 PLC；4. I/O 點(diǎn)數(shù)在 4000 以上為超大型 PLC可編程控制器有可靠性高、編程簡單易學(xué)、功能強(qiáng)、安裝簡單、維修方便、采用模塊化結(jié)構(gòu)、接口模塊豐富、系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試周期短等特點(diǎn)。 PLC程序設(shè)計方法PLC 程序設(shè)計常用的方法：主要有經(jīng)驗設(shè)計法、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法、順序控制設(shè)計法、邏輯設(shè)計法等。經(jīng)驗設(shè)計法：經(jīng)驗設(shè)計法即在一些典型的控制電路程序的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控制對象的具體要求，進(jìn)行選擇組合，并多次反復(fù)調(diào)試和修改梯形圖，有時需增加一些輔助觸點(diǎn)和中間編程環(huán)節(jié)，才能達(dá)到控制要求。這種方法沒有規(guī)律可遵循，設(shè)計所用的時間和設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗設(shè)計法。 繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用 PLC 的外部硬件接線和梯形圖軟件來實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。順序控制設(shè)計法：根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步地設(shè)計下去，直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。邏輯設(shè)計法：通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來。實(shí)際上就找到輸出和輸入的沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文7關(guān)系，完成設(shè)計任務(wù)。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和步驟 (1) PLC 設(shè)計的基本原則1．充分發(fā)揮 PLC 功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求。2．在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。3．保證控制系統(tǒng)安全可靠。4．應(yīng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 的型號、I／O 點(diǎn)數(shù)和存儲器容量等內(nèi)容時，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。(2) PLC 設(shè)計的一般步驟設(shè)計 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)時，首先是進(jìn)行 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計，即根據(jù)被控對象的功能和工藝要求，明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析，即通過分析系統(tǒng)功能，提出 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，控制信號的種類、數(shù)量，系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體的確定 PLC 的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計可以按以下步驟進(jìn)行：1．熟悉被控對象，制定控制方案：分析被控對象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對象機(jī)、電、液之間的配合，確定被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的控制要求。2．確定 I/O 設(shè)備：根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定用戶所需的輸入（如按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)等）和輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、信號指示燈等）由此確定 PLC 的I/O 點(diǎn)數(shù)。3．選擇 PLC：選擇時主要包括 PLC 機(jī)型、容量、I/O 模塊、電源的選擇。4．分配 PLC 的 I/O 地址：根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場需要，確定控制按鈕，選擇開關(guān)、接觸器、電磁閥、信號指示燈等各種輸入輸出設(shè)備的型號、規(guī)格、數(shù)量；根據(jù)所選的PLC 的型號列出輸入 /輸出設(shè)備與 PLC 輸入輸出端子的對照表，以便繪制 PLC 外部 I/O接線圖和編制程序。5．設(shè)計軟件及硬件進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計，進(jìn)行控制柜（臺）等硬件的設(shè)計及現(xiàn)場施工。由于程序與硬件設(shè)計可同時進(jìn)行，因此，PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短，而對于繼電器系統(tǒng)必須先設(shè)計出全部的電氣控制線路后才能進(jìn)行施工設(shè)計。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文86．聯(lián)機(jī)調(diào)試：聯(lián)機(jī)調(diào)試是指將模擬調(diào)試通過的程序進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。評估控制任務(wù)PLC 機(jī)型的選擇控制柜設(shè)計及布線程序設(shè)計聯(lián)機(jī)調(diào)試PLC 安裝程序檢查、調(diào)試控制流程的設(shè)計程序備份修改軟、硬件模擬運(yùn)行投入使用是否滿足要求圖 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計一般步驟 系統(tǒng)主要器件介紹 西門子S7200歐洲第一臺可編程控制器由德國西門子公司于 1973 年研制成功。1975 年推出SIMATICS3 系列，1979 年推出色系列，20 世紀(jì)末推出 S7 系列。S7 系列的可編程控制器根據(jù)控制系統(tǒng)規(guī)模的不同分成三個子系列：S7200 ，S7300 ，S7400，分別對應(yīng)小型、中型、大型。S7200 的主機(jī)單元的 CPU 共有兩個系列：CPU226: 24 輸入、16 輸出共40 個數(shù)字量 I/O 點(diǎn) 2 個 RS485 通信/編程口 具有多點(diǎn)接口 MPI 通信協(xié)議 具有點(diǎn)對點(diǎn)接口 PPI 通信協(xié)議具有自由通信口 I/O 端子排很容易整體拆卸。輸出特性：S7 －200中，輸出信號有兩種類型：繼電器輸出型和 DC 晶體管輸出型 [3]。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文9S7200 系列的 PLC 有 CPU22CPU22CPU22CPU224XP 、CPU226 等類型。此系統(tǒng)選用 S7200 CPU222，CPU222 集成了 8 點(diǎn)輸入/6 點(diǎn)輸出，共有 256 個數(shù)字量I/O。最大站點(diǎn)數(shù)為 32。PPI 主站模式點(diǎn)到點(diǎn)共有 4 個，其中 2 個保留。MPI 連接一個給 PG，一個給 OP。輸入電壓為 至 ，輸入電流為 85mA，在 時，沖擊電流為 12A。電流限定： 峰值，終端限定非破壞性。傳感器電壓： 至 。S7200 系列的基本單元如表 所示。表 S7200 系列 PLC 中 CPU22X 的基本單元型號 輸入點(diǎn) 輸出點(diǎn) 可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7200CPU221 6 4 0S7200CPU222 8 6 2 個擴(kuò)展模塊S7200CPU224 24 10 7 個擴(kuò)展模塊S7200CPU224XP 24 16 7 個擴(kuò)展模塊S7200CPU226 24 16 7 個擴(kuò)展模塊 EM235模塊簡介在溫度控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成 420mA 的電流信號，系統(tǒng)需要配置模擬量的輸入模塊把電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入 PLC 中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門子的 EM235 模擬量輸入/輸出模塊。EM235 模塊具有 4 路模擬量輸入/一路模擬量的輸出。它允許 S7200 連接微小的模擬量信號， 177。80mV 范圍。用戶必須用 DIP 開關(guān)來選擇溫度傳感器的類型，斷線檢查，測量單位，冷端補(bǔ)償和開路故障方向：SW1～SW3 用于選擇溫度傳感器的類型，SW4 沒有使用，SW5 用于選擇斷線檢測方向，SW6 用于選擇是否進(jìn)行斷線檢測，SW7 用于選擇測量方向，SW8 用于選擇是否進(jìn)行冷端補(bǔ)償。所有連到模塊上的溫度傳感器必須是相同類型。EM235 模擬量擴(kuò)展模塊接線圖如圖 所示。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文10圖 EM235 接線圖圖 演示了模擬量擴(kuò)展模塊的接線方法，對于電壓信號，按正、負(fù)極直接接入X＋和 X－；對于電流信號，將 RX 和 X＋短接后接入電流輸入信號的“＋” 端；未連接傳感器的通道要將 X＋和 X－短接。對于某一模塊，只能將輸入端同時設(shè)置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。表 EM235 的常用技術(shù)參數(shù)模擬量輸入特性模擬量輸入點(diǎn)數(shù) 4電壓（單極性） 0～10V 0～5V 0～1V 0～500mV 0～100mV 0～50mV電壓（雙極性）177。10V177。5V 177。 177。1V 177。 500mV 177。 250mV 177。 100mV 177。50mV 177。25mV輸入范圍電流 0～20mA數(shù)據(jù)字格式 雙極性 全量程范圍32022～+32022 單極性 全量程范圍 0～32022分辨率 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器模擬量輸出點(diǎn)數(shù) 1信號范圍 電壓輸出 177。10V 電流輸出 0～20mA數(shù)據(jù)字格式 電壓32022 ～+32022 電流 0～32022分辨率電流 電壓 12 位 電流 11 位沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11由表 可知它的輸入信號可以是不同量程的電壓或電流，其電壓、電流的量程由開關(guān) SW1SW6 設(shè)定。下表說明如何用 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM235 擴(kuò)展模塊，開關(guān) 1 到 6可選擇輸入模擬量的單/雙極性、增益和衰減。由表 可知，DIP 開關(guān) SW6 決定模擬量輸入的單雙極性，當(dāng) SW6 為 ON 時，模擬量輸入為單極性輸入，SW6 為 OFF 時，模擬量輸入為雙極性輸入 SW4 和 SW5 決定輸入模擬量的增益選擇，而 SWSWSW3 共同決定了模擬量的衰減選擇。根據(jù)表 中 6 個 DIP 開關(guān)的功能進(jìn)行排列組合，所有的輸入設(shè)置如表 所示：表 EM 235 選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表單極性SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6滿量程輸入 分辨率ON OFF OFF ON OFF ON 0 到 50mV OFF ON OFF ON OFF ON 0 到 100mV 25μVON OFF OFF OFF ON ON 0 到 500mV 125uAOFF ON OFF OFF ON ON 0 到 1V 250μVON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 20mA 5μAOFF ON OFF OFF OFF ON 0 到 10V 雙極性SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6滿量程輸入 分辨率ON OFF OFF ON OFF OFF 177。25mV OFF ON OFF ON OFF OFF 177。50mV 25μVOFF OFF ON ON OFF OFF 177。100mV 50μVON OFF OFF OFF ON OFF 177。250mV 125μVOFF ON OFF OFF ON OFF 177。500 250μVOFF OFF ON OFF ON OFF 177。1V 500μVON OFF OFF OFF OFF OFF 177。 OFF ON OFF OFF OFF OFF 177。5V OFF OFF ON OFF OFF OFF 177。10V 5mV表 所示為如何用 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM 235 模塊。開關(guān) 1 到 6 可選擇模擬量輸入范圍和分辨率。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍和格式。6 個 DIP 開關(guān)決定了所有的輸入設(shè)置。也就是說開關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個模塊，開關(guān)設(shè)置也只有在重新上電沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文12后才能生效。輸入校準(zhǔn)模擬量輸入模塊使用前應(yīng)進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。其實(shí)出廠前已經(jīng)進(jìn)行了輸入校準(zhǔn)，如果 OFFSET 和 GAIN 電位器已被重新調(diào)整，需要重新進(jìn)行輸入校準(zhǔn)。 表 所示為如何選擇單/雙極性（開關(guān) 6） 、增益（開關(guān) 4 和 5）和衰減（開關(guān)2 和 3） 。下表中，ON 為接通，OFF 為斷開。表 EM 235 選擇單/雙極性、增益和衰減的開關(guān)表EM235 開關(guān)SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6單/雙極性選擇增益選擇衰減選擇X X X X X ON 單X X X X X OFF 雙X X OFF OFF X X X1X X OFF ON X X X10X X X ON OFF X X100X X X ON ON X 無效ON OFF OFF X X X OFF ON OFF X X X OFF OFF ON X X X 切斷模塊電源，選擇需要的輸入范圍。接通 CPU 和模塊電源，使模塊穩(wěn)定 15 分鐘。用一個變送器，一個電壓源或一個電流源，將零值信號加到一個輸入端。讀取適當(dāng)?shù)妮斎胪ǖ涝?CPU 中的測量值。調(diào)節(jié) OFFSET（偏置）電位計，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。將一個滿刻度值信號接到輸入端子中的一個，讀出送到 CPU 的值。 調(diào)節(jié) GAIN（增益）電位計，直到讀數(shù)為 32022 或所需要的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。 必要時，重復(fù)偏置和增益校準(zhǔn)過程。EM235 輸入數(shù)據(jù)字格式，下圖給出了 12 位數(shù)據(jù)值在 CPU 的模擬量輸入字中的位置。圖 可見，模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ADC）的 12 位讀數(shù)是左對齊的。最高有效位是符號位，0 表示正值。在單極性格式中，3 個連續(xù)的 0 使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ADC ）每變化 1 個單位，數(shù)據(jù)字則以 8 個單位變化。在雙極性格式中，4 個連續(xù)的0 使得模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換器每變化 1 個單位，數(shù)據(jù)字則以 16 為單位變化。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文13圖 EM235 輸入數(shù)據(jù)字格式EM235 輸出數(shù)據(jù)字格式，圖 給出了 12 位數(shù)據(jù)值在 CPU 的模擬量輸出字中的位置：圖 EM235 輸出數(shù)據(jù)字格式數(shù)字量到模擬量轉(zhuǎn)換器（DAC）的 12 位讀數(shù)在其輸出格式中是左端對齊最高有效位是符號位，0 表示值擴(kuò)展模塊的尋址每個模擬量擴(kuò)展模塊，按擴(kuò)展模塊的先后順序排序，其中，模擬量數(shù)據(jù)輸入、輸出不同分別排序。模擬量的數(shù)據(jù)格式為一個字長，所以地址必須從偶數(shù)字節(jié)開始。例如：AIW0、AIWAIW4 、AQW0 、AQW2。每個模擬量擴(kuò)展模塊至少占兩個通道，即使第一個模塊只有一個輸出 AQW0，第二個模塊模擬量輸出地址也應(yīng)從 AQW4 開始尋址，以此類推。在本設(shè)計中采用 S7200 系列的 PLC，用到模擬量 EM235 塊，所實(shí)現(xiàn)的功能是對溫度進(jìn)行采集和控制。 溫度傳感器溫度傳感器是一種感溫元件，它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號。常用溫度傳感器可分為