【文章內(nèi)容簡介】 遮陽簾閉合。 圖 遮陽簾控制電路原理圖 S B2K M 10S B3K M 10K M 10 S B1手動S B4KM4S Q 1KM3KM3S Q 2KM4KM3S Q 1KM4M KM3S Q 2 KM4自動M 山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 12 PLC 簡介 PLC 的產(chǎn)生 和系統(tǒng)組成 1969 年美國數(shù)字設備公司研制出世界第一臺 PLC，開創(chuàng)了工業(yè)控制新時代。 PLC 隨著計算機和微電子技術的發(fā)展，由最初的 1 位機發(fā)展到 8 位機，并隨著微處理器 CPU 和微型計算機技術在 PLC 中的應用，形成了現(xiàn)代意義上的 PLC。目前， PLC 已經(jīng)使用 16 位、 32 位高性能微處理器，并實現(xiàn)了多處理器多通道處理?，F(xiàn)在， PLC 已經(jīng)非常成熟。 [1]， [46] PLC 實質(zhì)上是一種工業(yè)控制計算機。 PLC 與計算機的組成很類似，不過 PLC 比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的借口，以及更好的適應控制要求的編程語言，從 PLC 硬件上看，它由 CPU、存儲器、輸入輸出借口、電源等組成。如下圖 所示： 圖 PLC控制系統(tǒng)示意圖 PLC 的工作原理 PLC 的工作原理可用 16 個字來概括：循環(huán)掃描、順序執(zhí)行、集中輸入、HL按鈕選擇開關限位開關電源輸入模塊C P U儲存器電源部分編程計算機塊模出輸接觸器電磁閥指示燈電源A C 22 0/ D C 24山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 13 集中輸出。 PLC 的工作過程可用下圖 來表示： 圖 PLC運行框圖 電源 ON 內(nèi)部處理 輸入處理通信服務 更新時鐘，特殊寄存器 CPU 運行方式 執(zhí)行程序 輸出處理 執(zhí)行自診斷 PLC 正常 存放自診斷錯誤結(jié)果 致命錯誤 CPU 強制為 STOP STOP N Y Y N 山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 14 控制系統(tǒng)設計的基本原則及步驟 了解了 PLC的指令系統(tǒng)和工作原理后，就可以將 PLC用于工程項目中。PLC 的控制部分的設計可以參考以下的基本原則及步驟。 設計 PLC 控制系統(tǒng)的基本原則 在 PLC 系統(tǒng)的實際設計過程中，設計原則往往會涉及到很多方面，其中最基本的可以歸納為 4 點。 要充分的發(fā)揮 PLC 功能，最大限度的滿足被控對象的設計要求，是設計原則中最重要的一條原則。 程序開發(fā)人員要到現(xiàn)場調(diào)研調(diào)查，要與現(xiàn)場人員和車間工作人員緊密結(jié)合，共同合作，解決重要問題和疑難問題。 PLC 控制系統(tǒng)基本原則之二就是保證 PLC 能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定的運行。 、方便簡單的使用與經(jīng)濟效益 在滿足設計要求的前提下，要盡量的考慮經(jīng)濟效益，要注意以后的工程擴展，也要盡量使系統(tǒng)更簡單，要擁有合理的布局，以方便以后的檢查與維修。 適當?shù)目紤] PLC 控制系統(tǒng)以后的系統(tǒng)改進和技術完善，所以在 PLC 選型上，其 I/O 點數(shù)要留有 25%左右的裕量，以適應以后的系統(tǒng)技術改進。 PLC 控制系統(tǒng)的設計步驟 在設計 PLC 系統(tǒng)時，首先要對 PLC 應用系統(tǒng)進行功能設計，根據(jù)系統(tǒng)所具備的功能和現(xiàn)場工藝的要求，明確系統(tǒng)所需的功能和必要的程序設計。然后進行 PLC 應用系統(tǒng)功能的具體分析，從而得出 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 15 形式，輸入 /輸出信號的種類及數(shù)量，控制系統(tǒng)的規(guī)模和布局。 PLC 控制系統(tǒng)的設計為以下步驟和圖 ： 圖 PLC控制系統(tǒng)設計步驟 評估控制任務 PLC 型號的選擇 控制柜設計及布線 程序設計 程序的檢查與調(diào)試 模擬運行 PLC 安裝 修改軟、硬件 聯(lián)機調(diào)試 是否滿足要求 程序備份 投入使用 是否 山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 16 、制定控制方案 詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，提出被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設計任務書。 I／ O 設備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設備（如：按紐 、位置開關、轉(zhuǎn)換開關及各種傳感器等）和輸出設備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與 PLC 有關的輸入 /輸出設備，以確定 PLC 的 I/O 點數(shù)。 PLC PLC 選擇包括對 PLC 的機型、容量、 I/O 模塊 的數(shù)量 、 I/O 模塊余量、電源等的選擇。 I/O 點并設計 PLC 外圍硬件線路 分配 I/O 點：畫出 PLC 的 I/O 點與輸入 /輸出設備的連接圖或?qū)P系表； PLC 外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入 PLC 的控制電路等 ； 由 PLC 的 I/O 連接圖和 PLC 外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。 （ 1）控制程序；（ 2）初始化程序；（ 3）檢測、故障診斷和顯示等程序；（ 4）保護和連鎖程序。 設計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖；設計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖；根據(jù)施工圖紙進行現(xiàn)場接線，并進行詳細檢查。 技術文件包括設計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細表、 PLC 程序以及使用說明書等。 山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 17 硬件電路設計 型號的選擇 I/O 點數(shù) 根據(jù)溫室大棚控制系統(tǒng)的控制要求，可以確定全部的輸入設備和輸出設備，從而可以確定 PLC 有關的輸入輸出設備，進而可以確定 PLC 的 I/O點數(shù)，本控制系統(tǒng)所需的 PLC 的 I/O 點數(shù)為 14 個數(shù)字量輸入， 3 個模擬量輸入， 10 個數(shù)字量輸出。 PLC 的型號 西門子 PLCS7 系列 PLC 包括 S7200 系列、 S7300 系列、 S7400 系列。其功能非常強大，按其功能又分為小型、中型、大型 PLC。根據(jù)本系統(tǒng) 控制要求，選擇 S7200 系列的 PLC。 由以上分析得此系統(tǒng)所需 I/O 點數(shù) 為 14 輸入、 10 輸出。根據(jù) PLC 硬件設計要求，應留出約 25%的空余點數(shù)，以方便以后的系統(tǒng)改造升級。CPU224 的 I/O 點數(shù)雖然也為 14 輸入、 10 輸出，但是不能留出 I/O 點數(shù)裕量，不方便以后的升級改造，所以選擇擁有 I/O 點數(shù)為 24 輸入、 16 輸出的CPU226，以方便以后系統(tǒng)的升級優(yōu)化。 CPU226 相對功能強大，可以連接7 個擴展模塊，最大可擴展至 248 個數(shù)字量 I/O 點或 35 個模擬量 I/O 點，具有 13K 的儲存空間。 傳感器的選型 根據(jù)溫室溫度控制的 要求 ，本文的溫度傳感器采用芬蘭維薩拉公司型號為 HMD40 的產(chǎn)品，該款傳感器 不僅 測量精度高，易于安裝、響應速度快，對環(huán)境要求較低 ， 還具可靠性好、良好的長期穩(wěn)定性、滯后小、不宜受灰塵、化學氣體等環(huán)境因素的影響等特點。 其外觀如下圖 所示： 山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 18 圖 HMD40 型溫度傳感器實物圖 該傳感器的主要性能指標如下： 1． 溫度檢測范圍： 10～ 60℃ ；測量精度： 177。%℃ 2． 工作電壓： 10～ 28V DC； 3． 輸出信號： 4～ 20mA。 光控用于控制遮陽幕的 開關 ，使作物得到合理的光照并實現(xiàn)以下目的：免除作物超過光飽合 點，提高光合作用；實現(xiàn)對長日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制。 光照度傳感器 可以 采用北京易盛泰和科技有限公司產(chǎn)品型號 Poi88c 光照度傳感器。該傳感器用于實現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量，輸出標準的電壓及電流信號，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強 ， 量程可調(diào)。 ： O200Klx、 O20Klx、 0— 2020lx 可選 ： 24VDC／ 12VDC ： 420mA， 010V 可選 山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 19 ： 177。2 % 二氧化碳控制實時監(jiān)測 C02 的含量，當 C02 的含量低于 設 定值時打開C02 儲氣罐或 C02 發(fā)生器以增施氣肥。 C02 傳感器選用弗加羅公司生產(chǎn)TGS4160 二氧化碳傳感器，該傳感器 為 固態(tài)電化學型氣體敏感元件。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長、選擇性和穩(wěn)定性好等特點外，同時還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動通風換氣系統(tǒng)或是 C02 氣體的長期監(jiān)測等應用場合。 其外觀如下圖 所示： 圖 TGS4160 二氧化碳傳感器實物圖 TGS4160 傳感器的主要技術參數(shù)如下： ： 30050,000ppm CO2濃度有高靈敏度 TGS4160 對濕度依賴性極低，長壽命 ： 10～ +50℃ 模擬量輸入模塊 EM235 EM235 的簡介 傳感器采集信息后，將信息轉(zhuǎn)化成標準的電壓或電流信號 ， PLC 硬件設計則需要模擬量輸入模塊，將電壓或電流信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量再輸入 PLC山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 20 中進行處理。由于本控制系統(tǒng)需要 3 個模擬量輸入，所以選擇 EM235 模擬量輸入模塊。 模擬量輸入模塊 EM235 可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)化成按線性比例 輸出 420mA 直流電流的標準信號，連續(xù)輸送到接收裝置。該模塊需要DC24V 的工作電源，具有 4 模擬量輸入和 1 模擬量輸出，利用 DIP 開關來設置輸入信號的量程。下表 說明如何通過 DIP 開關設置 EM235 模塊的輸入量程的范圍。 表 EM235 模擬量輸入范圍和分辨率的開關表 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 050mV OFF ON OFF ON OFF ON 0100mV 25181。V ON OFF OFF OFF ON ON 0500mV 125181。V OFF ON OFF OFF ON ON 01V 250181。V ON OFF OFF OFF OFF ON 05V ON OFF OFF OFF OFF ON 020mA 5181。A OFF ON OFF OFF OFF ON 010V 如上表所示，通過開關 SW1SW6 可以選擇模擬量輸入范圍。 SW6 決定模擬量輸入的單雙極性，當 SW6 為 ON 時，模擬量輸入為單極性，當 SW6為 OFF 時，模擬量輸入為雙極性。 SW4 和 SW5 為增益開關， SW SW2和 SW3 為衰減開關。該標中， ON 是閉合， OFF 是斷開， EM235 只在電源接通時讀取開關設置。 溫室大棚中的傳感器測量的溫度、光照度、二氧化碳濃度的測量值均為單極性，所以選擇 020mA 的量程 和 05V 量程。 EM235 的使用說明 山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 21 校準輸入時，其步驟如下 。 （ 1）切斷模塊電源，選擇需要的輸入范圍。 （ 2）接通 CPU 和模塊電源，使其通電穩(wěn)定 15 分鐘。 （ 3）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。 （ 4）讀取適當?shù)妮斎胪ǖ涝?CPU 中的測量值。 （ 5） 調(diào)節(jié)偏置電位計，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)據(jù)數(shù)字值。 （ 6）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。 （ 7）調(diào)節(jié)增益電位計，直到讀數(shù)為 32020，或所需的數(shù)字數(shù)據(jù)值。 （ 8）必要時，重復偏置和增益校準過程。 經(jīng)上述步驟調(diào)整后，若輸入 020mA 的模擬量信號，則對應的數(shù)字量結(jié)果 032020 或設定的所需數(shù)字數(shù)據(jù)值。 EM235 接線說明 24V DC 電源正極接入模塊左下方 L+端子，負極接入 M 端子。 EM235模塊的上部端子排為標注 A、 B、 C、 D 的四路模擬量輸入接口，可分別接入標準電壓電流信號。為電壓輸入時， 以 A 端為例， 電壓信號 正極 接入 A+端，負極接入 A端， RA 端懸空。為電流輸入時，以 B 端為例，須將 RB與 B+短接，然后與電流信號輸出端相連，電流信號輸入端則接入 B接口。若 4 個接口未能全部使用，以 C 端口為例，未用的接口要將 C+與 C端子短接，以免受到外部干擾。下部端子為一路模擬量輸出端的 3 個接線端子MO、 VO、 IO，其中 MO 為數(shù)字接地接口， VO 為電壓輸出接口， IO 為電流輸出接口。若為電壓負載，則將負載接入 MO、 VO 接口，若為電流負載，則接入 MO、 IO 接口。 PLC I/O 地址分配表 山東科技大學 泰山科技學院 學士學位論文 22 根據(jù)系