【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 遮陽(yáng)簾閉合。 圖 遮陽(yáng)簾控制電路原理圖 S B2K M 10S B3K M 10K M 10 S B1手動(dòng)S B4KM4S Q 1KM3KM3S Q 2KM4KM3S Q 1KM4M KM3S Q 2 KM4自動(dòng)M 山東科技大學(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 12 PLC 簡(jiǎn)介 PLC 的產(chǎn)生 和系統(tǒng)組成 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出世界第一臺(tái) PLC，開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)代。 PLC 隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，由最初的 1 位機(jī)發(fā)展到 8 位機(jī)，并隨著微處理器 CPU 和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在 PLC 中的應(yīng)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(shí)現(xiàn)了多處理器多通道處理。現(xiàn)在， PLC 已經(jīng)非常成熟。 [1]， [46] PLC 實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 PLC 與計(jì)算機(jī)的組成很類似，不過(guò) PLC 比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的借口，以及更好的適應(yīng)控制要求的編程語(yǔ)言，從 PLC 硬件上看，它由 CPU、存儲(chǔ)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(gè)字來(lái)概括：循環(huán)掃描、順序執(zhí)行、集中輸入、HL按鈕選擇開(kāi)關(guān)限位開(kāi)關(guān)電源輸入模塊C P U儲(chǔ)存器電源部分編程計(jì)算機(jī)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(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 13 集中輸出。 PLC 的工作過(guò)程可用下圖 來(lái)表示： 圖 PLC運(yùn)行框圖 電源 ON 內(nèi)部處理 輸入處理通信服務(wù) 更新時(shí)鐘，特殊寄存器 CPU 運(yùn)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(cuò)誤結(jié)果 致命錯(cuò)誤 CPU 強(qiáng)制為 STOP STOP N Y Y N 山東科技大學(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 14 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiàng)目中。PLC 的控制部分的設(shè)計(jì)可以參考以下的基本原則及步驟。 設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的基本原則 在 PLC 系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及到很多方面，其中最基本的可以歸納為 4 點(diǎn)。 要充分的發(fā)揮 PLC 功能，最大限度的滿足被控對(duì)象的設(shè)計(jì)要求，是設(shè)計(jì)原則中最重要的一條原則。 程序開(kāi)發(fā)人員要到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研調(diào)查，要與現(xiàn)場(chǎng)人員和車間工作人員緊密結(jié)合，共同合作，解決重要問(wèn)題和疑難問(wèn)題。 PLC 控制系統(tǒng)基本原則之二就是保證 PLC 能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。 、方便簡(jiǎn)單的使用與經(jīng)濟(jì)效益 在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，要盡量的考慮經(jīng)濟(jì)效益，要注意以后的工程擴(kuò)展，也要盡量使系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，要擁有合理的布局，以方便以后的檢查與維修。 適當(dāng)?shù)目紤] PLC 控制系統(tǒng)以后的系統(tǒng)改進(jìn)和技術(shù)完善，所以在 PLC 選型上，其 I/O 點(diǎn)數(shù)要留有 25%左右的裕量，以適應(yīng)以后的系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)。 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 在設(shè)計(jì) PLC 系統(tǒng)時(shí)，首先要對(duì) PLC 應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)所具備的功能和現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求，明確系統(tǒng)所需的功能和必要的程序設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行 PLC 應(yīng)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(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 15 形式，輸入 /輸出信號(hào)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(shè)計(jì)為以下步驟和圖 ： 圖 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 評(píng)估控制任務(wù) PLC 型號(hào)的選擇 控制柜設(shè)計(jì)及布線 程序設(shè)計(jì) 程序的檢查與調(diào)試 模擬運(yùn)行 PLC 安裝 修改軟、硬件 聯(lián)機(jī)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(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 16 、制定控制方案 詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn)，提出被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。 I／ O 設(shè)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(shè)備（如：按紐 、位置開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與 PLC 有關(guān)的輸入 /輸出設(shè)備，以確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 PLC PLC 選擇包括對(duì) PLC 的機(jī)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(diǎn)并設(shè)計(jì) PLC 外圍硬件線路 分配 I/O 點(diǎn)：畫出 PLC 的 I/O 點(diǎn)與輸入 /輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)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(jìn)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(cè)、故障診斷和顯示等程序；（ 4）保護(hù)和連鎖程序。 設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電器布置圖及安裝接線圖；設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖；根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。 技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 程序以及使用說(shuō)明書等。 山東科技大學(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 17 硬件電路設(shè)計(jì) 型號(hào)的選擇 I/O 點(diǎn)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(shè)備和輸出設(shè)備，從而可以確定 PLC 有關(guān)的輸入輸出設(shè)備，進(jìn)而可以確定 PLC 的 I/O點(diǎn)數(shù)，本控制系統(tǒng)所需的 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 14 個(gè)數(shù)字量輸入， 3 個(gè)模擬量輸入， 10 個(gè)數(shù)字量輸出。 PLC 的型號(hào) 西門子 PLCS7 系列 PLC 包括 S7200 系列、 S7300 系列、 S7400 系列。其功能非常強(qiáng)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(diǎn)數(shù) 為 14 輸入、 10 輸出。根據(jù) PLC 硬件設(shè)計(jì)要求，應(yīng)留出約 25%的空余點(diǎn)數(shù)，以方便以后的系統(tǒng)改造升級(jí)。CPU224 的 I/O 點(diǎn)數(shù)雖然也為 14 輸入、 10 輸出，但是不能留出 I/O 點(diǎn)數(shù)裕量，不方便以后的升級(jí)改造，所以選擇擁有 I/O 點(diǎn)數(shù)為 24 輸入、 16 輸出的CPU226，以方便以后系統(tǒng)的升級(jí)優(yōu)化。 CPU226 相對(duì)功能強(qiáng)大，可以連接7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展至 248 個(gè)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 個(gè)模擬量 I/O 點(diǎn)，具有 13K 的儲(chǔ)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(hào)為 HMD40 的產(chǎn)品，該款傳感器 不僅 測(cè)量精度高，易于安裝、響應(yīng)速度快，對(duì)環(huán)境要求較低 ， 還具可靠性好、良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、滯后小、不宜受灰塵、化學(xué)氣體等環(huán)境因素的影響等特點(diǎn)。 其外觀如下圖 所示： 山東科技大學(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 HMD40 型溫度傳感器實(shí)物圖 該傳感器的主要性能指標(biāo)如下： 1． 溫度檢測(cè)范圍： 10～ 60℃ ；測(cè)量精度： 177。%℃ 2． 工作電壓： 10～ 28V DC； 3． 輸出信號(hào)： 4～ 20mA。 光控用于控制遮陽(yáng)幕的 開(kāi)關(guān) ，使作物得到合理的光照并實(shí)現(xiàn)以下目的：免除作物超過(guò)光飽合 點(diǎn)，提高光合作用；實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)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(hào) Poi88c 光照度傳感器。該傳感器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度的測(cè)量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號(hào)，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng) ， 量程可調(diào)。 ： O200Klx、 O20Klx、 0— 2020lx 可選 ： 24VDC／ 12VDC ： 420mA， 010V 可選 山東科技大學(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 19 ： 177。2 % 二氧化碳控制實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) C02 的含量，當(dāng) C02 的含量低于 設(shè) 定值時(shí)打開(kāi)C02 儲(chǔ)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(xué)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(zhǎng)、選擇性和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)外，同時(shí)還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動(dòng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)或是 C02 氣體的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)合。 其外觀如下圖 所示： 圖 TGS4160 二氧化碳傳感器實(shí)物圖 TGS4160 傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下： ： 30050,000ppm CO2濃度有高靈敏度 TGS4160 對(duì)濕度依賴性極低，長(zhǎng)壽命 ： 10～ +50℃ 模擬量輸入模塊 EM235 EM235 的簡(jiǎn)介 傳感器采集信息后，將信息轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào) ， PLC 硬件設(shè)計(jì)則需要模擬量輸入模塊，將電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量再輸入 PLC山東科技大學(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 20 中進(jìn)行處理。由于本控制系統(tǒng)需要 3 個(gè)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，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(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置輸入信號(hào)的量程。下表 說(shuō)明如何通過(guò) DIP 開(kāi)關(guān)設(shè)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(kāi)關(guān)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(guò)開(kāi)關(guān) 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(dāng) SW6 為 ON 時(shí)，模擬量輸入為單極性，當(dāng) SW6為 OFF 時(shí)，模擬量輸入為雙極性。 SW4 和 SW5 為增益開(kāi)關(guān)， SW SW2和 SW3 為衰減開(kāi)關(guān)。該標(biāo)中， ON 是閉合， OFF 是斷開(kāi)， EM235 只在電源接通時(shí)讀取開(kāi)關(guān)設(shè)置。 溫室大棚中的傳感器測(cè)量的溫度、光照度、二氧化碳濃度的測(cè)量值均為單極性，所以選擇 020mA 的量程 和 05V 量程。 EM235 的使用說(shuō)明 山東科技大學(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 21 校準(zhǔn)輸入時(shí)，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(gè)變送器、一個(gè)電壓源或一個(gè)電流源，將零值信號(hào)加到一個(gè)輸入端。 （ 4）讀取適當(dāng)?shù)妮斎胪ǖ涝?CPU 中的測(cè)量值。 （ 5） 調(diào)節(jié)偏置電位計(jì)，直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)據(jù)數(shù)字值。 （ 6）將一個(gè)滿刻度值信號(hào)接到輸入端子中的一個(gè)，讀出送到 CPU 的值。 （ 7）調(diào)節(jié)增益電位計(jì)，直到讀數(shù)為 32020，或所需的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。 （ 8）必要時(shí)，重復(fù)偏置和增益校準(zhǔn)過(guò)程。 經(jīng)上述步驟調(diào)整后，若輸入 020mA 的模擬量信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果 032020 或設(shè)定的所需數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。 EM235 接線說(shuō)明 24V DC 電源正極接入模塊左下方 L+端子，負(fù)極接入 M 端子。 EM235模塊的上部端子排為標(biāo)注 A、 B、 C、 D 的四路模擬量輸入接口，可分別接入標(biāo)準(zhǔn)電壓電流信號(hào)。為電壓輸入時(shí)， 以 A 端為例， 電壓信號(hào) 正極 接入 A+端，負(fù)極接入 A端， RA 端懸空。為電流輸入時(shí)，以 B 端為例，須將 RB與 B+短接，然后與電流信號(hào)輸出端相連，電流信號(hào)輸入端則接入 B接口。若 4 個(gè)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(gè)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(fù)載，則將負(fù)載接入 MO、 VO 接口，若為電流負(fù)載，則接入 MO、 IO 接口。 PLC I/O 地址分配表 山東科技大學(xué) 泰山科技學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 22 根據(jù)系