【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性要求很強(qiáng)烈，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也同步發(fā)展。如羅克韋爾 A－ B公司主推的三層網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)體系，即 EtherNet、 ControlNet、 DeviceNet，西門子公司在 ProfibusDP 及 ProfibusFMS網(wǎng)絡(luò)等。 （ 3）．開放性和互操作性大大發(fā)展 PLC 在發(fā)展過(guò)程中，各 PLC 制造商為了壟斷和擴(kuò)大各自市場(chǎng)，處于群雄割據(jù)的局面，各自發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn)，兼容性很差，這給用戶使用帶來(lái)不便，并增加了維護(hù)成本。開放是發(fā)展的趨勢(shì)，這已被各廠商所認(rèn)識(shí)，形成了長(zhǎng)時(shí)期妥協(xié)與競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程，并且這一過(guò)程還在繼續(xù)。開放的進(jìn)程，可以從以下方面反映： IEC 形成了現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)包含 8種標(biāo)準(zhǔn)，雖然有人說(shuō)， 多種標(biāo)準(zhǔn)就是沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，但必竟是一個(gè)經(jīng)過(guò)困難的爭(zhēng)論與妥協(xié)的成果。標(biāo)準(zhǔn)推出后，各廠商紛紛將自己的產(chǎn)品適應(yīng)這些標(biāo)準(zhǔn)，或者開發(fā)與之相應(yīng)的新產(chǎn)品。 IEC制訂了基于 Windows的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn) IEC611313，它規(guī)定了指令表（ IL）、梯形圖（ LD）、順序功能圖（ SFC）、功能塊圖（ FBD）、結(jié)構(gòu)化文本（ ST）五種編程語(yǔ)言。這是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標(biāo)準(zhǔn)化文件。雖然 PLC 開發(fā)上各 種 工具仍不兼容，但基于這些標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)系統(tǒng)，使用戶在應(yīng)用過(guò)程中，可以較方便地適 應(yīng) 不同品牌的產(chǎn)品。 OPC 基金會(huì)推出了 OPC（ OLE for Process Control）標(biāo)準(zhǔn)，這進(jìn)一步增強(qiáng)了軟硬件的互操作性，通過(guò) OPC 一致性測(cè)試的產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)方便的和無(wú)縫隙數(shù)據(jù)交換。目前，多數(shù) PLC 軟件產(chǎn)品和相當(dāng)一部分儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其它設(shè)備具有了OPC 功能。 OPC 與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的結(jié)合，是未來(lái)控制系統(tǒng)向 FCS 技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。 （ 4）． PLC 的功能進(jìn)一步增強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。 PLC 的網(wǎng)絡(luò)能力、模沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 擬量處理能力、運(yùn)算速度、內(nèi)存、復(fù)雜運(yùn)算能力均大大增強(qiáng)，不再局限于邏輯控制的應(yīng)用，而越來(lái)越應(yīng)用于過(guò)程控制方面，有人統(tǒng)計(jì)，除石化 過(guò)程等個(gè)別領(lǐng)域，PLC 均有成功能應(yīng)用， PLC 在相當(dāng)多的應(yīng)用取代了昂貴的 DCS，從而使原來(lái) PLC（順序控制）＋ DCS（過(guò)程控制）的模式變成 PLC＋ IPC 模式。 （ 5）．工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對(duì) PLC 有重要影響。以太網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛，與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相比，其成本非常低，為此，人們致力于將以太網(wǎng)引進(jìn)控制領(lǐng)域。目前的挑戰(zhàn)在于： 1）硬件上如 何 適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境； 2）通訊機(jī)制如何提高其可 *。以太網(wǎng)能否順利進(jìn)入工控領(lǐng)域，還存在爭(zhēng)論。但以太網(wǎng)在工控系統(tǒng)的應(yīng)用卻日益增多，適應(yīng)這一過(guò)程，各 PLC 廠商紛紛推出適應(yīng)以太網(wǎng)的產(chǎn)品或中間產(chǎn)品。 典型 的 PLC 產(chǎn)品 國(guó)外的 PLC 產(chǎn)品 施耐德公司， Quantum、 Premium、 Momentum 等； 羅克韋爾（ AB公司）， SLC、 MicroLogix、 Control Logix 等； 西門子公司， SIMATIC S7400/300/200 系列； GE 公司； 日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。 國(guó)內(nèi)的 PLC 產(chǎn)品 國(guó)內(nèi)的 PLC 生產(chǎn)廠約 30 多家，但沒(méi)有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，還有一部分是以仿制、來(lái)件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。 雖然我國(guó)在 PLC 生產(chǎn)方面比較弱，但在 PLC 應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的，近年 來(lái)每年約新投入 10萬(wàn)臺(tái)套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30 多億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。 在我國(guó)，一般按 I/O 點(diǎn)數(shù)將 PLC 分為以下級(jí)別（但不絕對(duì)，國(guó)外分類有些區(qū)別）： 微型： 32 I/O 小型： 256 I/O 中型： 1024 I/O 大型： 4096 I/O 巨型： 8192 I/O 在我國(guó)應(yīng)用的 PLC 系統(tǒng)中， I/O64 點(diǎn)以下 PLC銷售額占整個(gè) PLC 的 47%， 64沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 點(diǎn) — 256 點(diǎn)的占 31%，合計(jì)占整個(gè) PLC 銷售額的 78%。 在我國(guó)應(yīng)用的 PLC，幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢(shì)，但從行業(yè)上分，有各自的勢(shì)力范 圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美 PLC居多，小型控制系統(tǒng)、機(jī)床、設(shè)備單體自動(dòng)化及 OEM產(chǎn)品采用日本的 PLC 居多。歐美 PLC 在網(wǎng)絡(luò)和軟件方面具有優(yōu)勢(shì)，而日本 PLC 在靈活性和價(jià)位方面占優(yōu)勢(shì)。 我國(guó)的 PLC 供應(yīng)渠道，主要有制造商、分銷商（代理商）、系統(tǒng)集成商、 OEM用戶、最終用戶。其中，大部分 PLC 是通過(guò)分銷商和系統(tǒng)集成商達(dá)到最終用戶的。 西門子 S7200 系列 PLC SIMATIC S7200 系列 PLC 適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò) 皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價(jià)格比。 S7200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實(shí)時(shí)特性 ；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊 。S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央 空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 S7200 系列 PLC 可提供 4 個(gè)不同的基本型號(hào)的 8 種 CPU 供您使用。 在本設(shè)計(jì)中采用 CPU221 和模擬量 EM231 模塊，所實(shí)現(xiàn)的功能是進(jìn)行對(duì)溫度的采集和電熱爐的控制，在 PLC 中 下栽 梯形圖程序如下： 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 圖 PLC梯形圖 西門子 S7200 系列 PLC CPU221 模塊 CPU221 的技術(shù)規(guī)范如表 所示 表 CPU221模塊的參數(shù) 本機(jī)數(shù)字量輸入 6 輸入 6 輸入 本機(jī)數(shù)字量輸出 4 輸出 4 輸出 數(shù)字 I/O 映象區(qū) 256 (128 輸入 /128 輸出 ) 256 (128 輸入 /128 輸出 ) 定時(shí)器總數(shù) 256 個(gè) 256 個(gè) 計(jì)數(shù)器總數(shù) 256( 由超級(jí)電容或電池備份 ) 256( 由超級(jí)電容或電池備份 ) 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 內(nèi)部存儲(chǔ)器位掉電保持 256( 由超級(jí)電容或電池備份 ) 256( 由超級(jí)電容或電池備份 ) 時(shí)間中斷 2 個(gè) 1ms 分辨率 2 個(gè) 1ms 分辨率 邊沿中斷 4 個(gè)上升沿和 / 或 4 個(gè)下降沿 4 個(gè)上升沿和 / 或 4 個(gè)下降沿 模擬電位器 1 個(gè) 8 位分辨率 1 個(gè) 8 位分辨率 接口 1 個(gè) RS485 接口 1 個(gè) RS485 接口 PPI, DP/T 波特率 , 和 , 和 自由口波特率 至 至 每段最大電纜長(zhǎng)度 使用隔離的中繼器： 可達(dá) 1000 米， 可達(dá) 1200 米 使用隔離的中繼器： 可達(dá) 1000 米， 可達(dá) 1200 米 點(diǎn)到點(diǎn) (PPI 主站模式 ) 共 4 個(gè)， 2 個(gè)保留 共 4 個(gè)， 2 個(gè)保留 MPI 連接 (1 個(gè)給 PG ， 1 個(gè)給 OP) (1 個(gè)給 PG ， 1 個(gè)給 OP) 電源特性 輸入電源 輸入電壓 至 VDC 85 至 264 VAC(47 至 63 Hz) 輸入電流 80mA ( 僅 CPU ， 24 VDC) 30/15mA ( 僅 CPU ， 120/240 VAC) 450mA ( 最大負(fù)載， 24 VDC) 120/60mA ( 最大負(fù)載， 120/240 VAC) 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 西門子 S7200 系列 PLC EM231 模塊 EM231 模擬量輸入，輸出和組合模塊的技術(shù)規(guī)范如表 所示 表 EM231模塊參數(shù) 模擬量輸入點(diǎn)數(shù) 4 隔離 (現(xiàn)場(chǎng)與邏輯電路間 ) 無(wú) 輸入類型 差分輸入 電壓 (單極性 ) 電壓 (雙極性 ) 電流 0～ 10V， 0～ 5V 177。5V， 177。 0～ 20mA 輸入分辨率 電壓 (單極性 ) 電壓 (雙極性 ) 電流 (0～ 10V 時(shí) ) (0～ 5V 時(shí) ) (177。5V 時(shí) ) (177。 時(shí) ) 5μA(0～ 20mA 時(shí) ) 模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間 ＜ 250μs 模擬量輸入響應(yīng) ～ 95% 共模抑制 40dB， DC to 60Hz 共模電壓 信號(hào)電壓 +共模電壓 (必須小于等于 12V) 數(shù)據(jù)字格式 雙極性，全量程范圍 單極性，全量程范圍 32020～ +32020 0～ 32020 輸入阻抗 大于等于 10MΩ 輸入濾波器衰減 最大輸入電壓 30V DC 最大輸入電流 32mA 分辨率 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 EM 231 配置 如下表 所示為 如何用 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM 231 模塊。開關(guān) 2和 3可選擇模擬量輸入范圍。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍。下表中， ON 為接通，OFF 為斷開。 EM 231 選擇模擬量輸入范圍的開關(guān)表 如 所示 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 表 EM 231 選擇模擬量輸入范圍 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 ON OFF ON 0 到 10V ON OFF 0 到 5V 0 到 20mA 5uA 雙極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 OFF OFF ON 177。5V ON OFF 177。 圖 EM 231端子連接圖 變送器介紹 變送器種類很多 ,總體來(lái)說(shuō)就是由變送器發(fā)出一種信號(hào)來(lái)給二次儀表使二次儀表顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。 將物理測(cè)量信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備。一般分為：溫度 /濕度變送器，壓力變送器，差壓變送器，液位變送器，電流變送器，電量變送器，流量變送器，重量變送器等。 變送器 —— 遵循一個(gè)物理定律（或?qū)嶒?yàn)數(shù)學(xué)模型） 將物理量的變化轉(zhuǎn)化成沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 420mA 等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的裝置。 變送器將傳感信號(hào)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)： 0/420mADC,15VDC,010VDc 變送器：除有傳感的功能之外還有放大整形的功能，輸出為標(biāo)準(zhǔn)的控制信號(hào)．如： 4－ 20mA。 本設(shè)計(jì)中，鉑電阻輸入一個(gè)微弱的電壓信號(hào)通過(guò)變送器轉(zhuǎn)變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。 固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器 (SSR)與機(jī)電繼電器相比，是一種沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。 SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)元件，他利用電子元器件的電、磁和 光特性來(lái)完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，單項(xiàng)可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來(lái)達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)火花地接通和斷開被控電路。 固態(tài)繼電器有三部分組成 :輸入電路，隔離 (耦合 )和輸出電路。安輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與 TTL/CMOS 兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。 交流輸出時(shí)，通常使用兩個(gè)可控硅或一個(gè)雙向可控硅，直流輸出時(shí)可使用雙極性器件或功率場(chǎng)效應(yīng)管。固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1）高壽命，高可靠 :SSR 沒(méi)有機(jī)械零部件，有固體器件完成觸點(diǎn)功能，由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此能在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長(zhǎng)，可靠性高。 （ 2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好 :固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。 （ 3）快速轉(zhuǎn)換 :固態(tài)繼電器因?yàn)椴捎霉腆w其間，所以切換速度可從幾毫 秒至幾微妙。 （ 4）電磁干擾性 :固態(tài)繼電器沒(méi)有輸入 線圈 ，沒(méi)有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個(gè)零電壓開關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)。 固態(tài)繼電器的缺點(diǎn)主要有： 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 （ 1）導(dǎo)通后的管壓降大，可控硅或雙相控硅的正向降壓可達(dá) 12V，大功率晶體管的飽和壓漿液災(zāi) 12V 之間，一般