【文章內(nèi)容簡介】 通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。 PLC的工作階段PLC的3個工作階段。當(dāng)PLC投入運行后，其工作過程一般分為采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段三個階段。完成上述3個階段即稱為一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述3個階段。PLC的掃描工作過程框圖如圖23所示，它清楚地描述了PLC掃描的工作過程。圖23 PLC的掃描工作過程1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別3）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(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，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 PLC對輸入/輸出的處理規(guī)則根據(jù)上述工作特點，歸納出PLC對輸入/輸出的處理原則如下。（1）輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各輸入點在上一個刷新器件的通/斷狀態(tài)。（2）程序如何執(zhí)行取決于用戶所編寫程序和輸入/輸出映像寄存器的內(nèi)容及各元件映像寄存器的內(nèi)容。（3）輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。（4）輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。（5）輸出端子的通/斷狀態(tài)，由輸出鎖存器決軟PLC開發(fā)系統(tǒng)實際上就是帶有調(diào)試和編譯功能的PLC編程器，此部分具備如下功能：①編程語言標(biāo)準(zhǔn)化，遵循IEC611313標(biāo)準(zhǔn)，支持多語言編程（共有5種編程方式：IL，ST，LD，F(xiàn)BD和SFC），編程語言之間可以相互轉(zhuǎn)換；②豐富的控制模塊，支持多種PID算法（如常規(guī)PID控制算法、自適應(yīng)PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法等等），還包括目前流行的一些控制算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制；③開放的控制算法接口，支持用戶嵌入自己的控制算法模塊；④仿真運行，實時在線監(jiān)控，在線修改程序和編譯；⑤強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能支持基于TCPIP網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程程序修改。軟plc的應(yīng)用特點為：①體現(xiàn)了IPC，PLC和DOC先進(jìn)技術(shù)的集成?？沙浞掷肞C平臺上的硬件和軟件資源，使控制系統(tǒng)更具特色；②系統(tǒng)更開放，應(yīng)用更方便。軟件PLC通過自己開發(fā)工具提供的OPC功能和Active控件，既可連接Office軟件，也可連接用VB，VC開發(fā)的軟件；③基于PC+現(xiàn)場總線+分布式IO的控制系統(tǒng)簡化了復(fù)雜控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了通信效率和速度，降低了投資成本。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller Unit），單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲器件，不同的是它的這些部件性能都相對我們的家用電腦弱很多，不過價錢也是低的，它主要是作為控制部分的核心部件。單片機(jī)是靠程序運行的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)盡管軟PLC技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿?，但是這項技術(shù)的實現(xiàn)需要解決一些重要的題。其中主要是以PC為基礎(chǔ)的控制引擎的實時性問題。軟PLC首選的操作系統(tǒng)是WindowsNT，但是它并不是一個硬實時的操作系統(tǒng)。傳統(tǒng)PLC具有硬實時性，正因為如此它才能提供快速、確定而且可重復(fù)的響應(yīng)。而要讓W(xué)indowsNT具有硬實時性，必須對它進(jìn)行擴(kuò)展，使得PC的控制任務(wù)具有最高的優(yōu)先級，不因為NT的系統(tǒng)功能和用戶程序的調(diào)用而被搶占。單片機(jī)缺點：速度慢，功能不強(qiáng)，精度低，適合民用，商用，不適合工業(yè)用途。PLC是專為工業(yè)自動化設(shè)計的，在控制電路這一塊，功能的強(qiáng)大是前兩者無法比擬的，通過多種多樣的擴(kuò)展模塊，使外部接線量小、內(nèi)部工作性能的可靠性高，易學(xué)易懂，雖然單個CPU貴，但性價比是最高的。因此，我選擇了PLC作為控制器。第三章 供配電設(shè)計及器件選型 在本設(shè)計中，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(yè)外）。電能在生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此，做好供配電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，做好供配電設(shè)計，對于節(jié)能、支援國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。系統(tǒng)的供配電要切實的保證各個器件的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到以下基本要求：（1）安全 在電能的供應(yīng)、使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。（2）可靠 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3）優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求。（4）經(jīng)濟(jì) 供電系統(tǒng)的投資要少，運費要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。 圖31 主回路圖由于此次設(shè)計基于A3000實驗臺，因此供配電設(shè)計也是基于實驗室而設(shè)計。給所有設(shè)備進(jìn)行供電時，選擇三線四相制接線。此次供配電部分設(shè)計中，主要是給液位變送器、PLC、PC、變頻器、。斷路器QF可以對線路、電氣設(shè)備及電動機(jī)實行保護(hù)，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重過電流、過載、短路、斷相、漏電等故障時，自動切斷電路，起到保護(hù)作用。熔斷器FU在當(dāng)電路發(fā)生嚴(yán)重過載或短路時，熔體熔斷而切斷電路，達(dá)到保護(hù)的目的。PC,變頻器需要220V的交流電供電；而PLC只需要24V直流供電，電動調(diào)節(jié)閥需要24V交流供電，因此可將220V交流電經(jīng)開關(guān)電源降到24V直流電和交流電以供使用。 控制回路設(shè)計 控制回路如下圖所示。圖32 電氣接線圖當(dāng)系統(tǒng)上電后，同時，若此時KA3線圈得電，指示燈HL2點亮，表示整個控制回路上電。若此時選擇手動擋，則在按下SB2按鈕后，線圈KA得電，觸點KA閉合保持自鎖，維持線圈KA得電，指示燈HL3點亮，表示變頻器正轉(zhuǎn)啟動。如果此時選擇自動擋，則線圈KA2得電，觸點KA2閉合，將這個選擇信號傳輸給PLC，PLC得到此信號后輸出讓線圈KA1得電，同時觸點KA1閉合使線圈KA得電，指示燈HL3點亮，變頻器正轉(zhuǎn)啟動。若變頻器故障，則線圈KA4失電，常閉觸點KA4吸合，將故障信號傳送給PLC，PLC得到故障信號后輸出讓線圈KA5和線圈KM得電，相應(yīng)的觸點吸合或斷開，達(dá)到斷開變頻器控制回路供電和變頻器供電的目的。表31 元件說明名稱作用繼電器KA變頻器正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)繼電器KA1允許自動狀態(tài)繼電器KA2自動狀態(tài)輸出繼電器KA3控制回路上電狀態(tài)檢測繼電器KA4變頻器故障繼電器KA5斷開控制回路繼電器KM斷開變頻器供電斷路器QF3上電；過流保護(hù)；指示燈HL1變頻器正轉(zhuǎn)啟動指示指示燈HL2系統(tǒng)上電指示指示燈HL3變頻器故障報警按鈕開關(guān)SB1斷開手動狀態(tài)回路按鈕開關(guān)SB2手動狀態(tài)開始按鈕按鈕開關(guān)SB3斷開選擇開關(guān)SA手/自動狀態(tài)切換 PLC選型 PLC選型S7200系列PLC是德國西門子公司聲場的一類小型的PLC。其優(yōu)點有上述的出色表現(xiàn)，因此，S7200系列PLC一經(jīng)推出便受到了廣大工程技術(shù)人員的青睞。S7200系列PLC是一種小型的PLC系統(tǒng)，其功能非常強(qiáng)大，許多功能可以達(dá)到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC的一樣，因此，在西門子公司剛推出S7200系列后，馬上就收到了廣泛的關(guān)注。S7200系列中的CPU22*系列，具有了多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，使得系統(tǒng)的集成非常方便，并且其在網(wǎng)絡(luò)中的強(qiáng)大功能，很容易地可以組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時它具有功能齊全的變成和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。S7200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7200系列PLC的強(qiáng)大功能使其無論是單機(jī)或連接在網(wǎng)絡(luò)上，都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，其出色的表現(xiàn)體現(xiàn)在以下幾個方面。（1）極高的可靠性。（2）極豐富的指令集。（3）易于掌握。（4）便捷的操作。（5）豐富的內(nèi)置集成功能。（6）實時特性。（7）強(qiáng)勁的通信能力。（8）豐富的擴(kuò)展功能。S7200系列PLC的一個完整組成系統(tǒng)如圖33所示，它主要由以下幾部分組成。圖33 S7200系列PLC系統(tǒng)組成S7200系列PLC的存儲系統(tǒng)由RAM和EEPROM兩種類型的存儲器構(gòu)成，如圖圖34 CPU的存儲系統(tǒng)組成 所示，CPU模塊內(nèi)部配備了一定容量的RAM和EEPROM。同時，S7200系列PLC的CPU模塊支持可選的EEPROM存儲器卡。在CPU模塊內(nèi)部的超級電容和電池模塊用于長時間的保存數(shù)據(jù)，用戶數(shù)據(jù)可通過主機(jī)的超級電容存儲若干天。S7200系列PLC的CPU的存儲容量如表32所示表32 CPU的存儲容量主機(jī)CPU類型CPU221CPU222CPU223CPU224用戶程序區(qū)1存儲容量2048KB2048KB4096KB4096KB用戶程序區(qū)2存儲容量1024KB1024KB2560KB2560KB用戶存儲器類型EEPROMEEPROMEEPROMEEPROM本系統(tǒng)有一臺電機(jī)、一個液位傳感器、一個變頻器、五個繼電器，共有十八個I/O點，它們構(gòu)成被控對象。綜合分析各類PLC的特點，最終選西門子公司的S7200系列的PLC。圖35 CPU224端子圖本系統(tǒng)由八個數(shù)字量輸入點，六個數(shù)字量輸出點構(gòu)成被控對象。由于CPU224集成24個輸入點和16個輸出點，共計40個數(shù)字量I/O 點，完全能滿足控制要求。此PLC可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。26K字節(jié)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20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。 CPU224端子圖35。 I/O擴(kuò)展模塊特點及選型當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時，CPU主機(jī)可以連接擴(kuò)展模塊，利用這些擴(kuò)展模塊進(jìn)一步完善CPU的功能。常用的擴(kuò)展模塊有兩類，即模擬量輸入／輸出擴(kuò)展模塊、特殊功能模塊。模擬量擴(kuò)展模塊類型如表26所列。表33 模擬量擴(kuò)展類型S7200 主機(jī)的特殊功能模塊有多種類型，例如：功能模塊有EM253位置控制模塊、EM277 ProfibusDP模塊、EM241調(diào)制解調(diào)器模塊、CP2431以太網(wǎng)模塊、CP2432 ASI接口模塊等。 EM235工作原理及應(yīng)用EM235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊。 CPU通過此模塊可以采集于本模塊相連接現(xiàn)場的模擬信號，比如：壓力、流量等。可接受電流、電壓信號，也可連接兩線制變送器。EM235有4路模擬量輸入通道，同時還包括了一路模擬量輸出通道，輸出電壓、電流信號用于連續(xù)的控制EM235模擬量擴(kuò)展模塊接線圖，如圖36。圖36 EM235模擬量擴(kuò)展模塊接線圖圖36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。（后面將詳細(xì)介紹）表35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35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SW1，SW2，SW3共同決定了模擬量的衰減選擇。表34 EM235的常用技術(shù)參數(shù)模擬量輸入特性模擬量輸入點數(shù)4輸入范圍電壓（單極性）0～10V 0～5V 0～1V 0～500mV 0～100mV 0～50mV 電壓（雙極性）177。10V 177。5V 177。