【文章內(nèi)容簡介】 。因此， PLC 控制系統(tǒng)的基本內(nèi)容包括如下幾點： (a)選擇用戶輸入設備（按鈕、操作開關、限位開關和傳感器等、輸出設備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及輸出設備驅動的控制對象（電動機、電磁閥等）。這些設備屬于一般的電氣元件，自選擇方法請參考其他 有關資料。 (b) PLC 的選擇。 PLC 是 PLC 控制系統(tǒng)的核心部件，對于保證整個控制系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性能指標起著重要作用。 選擇 PLC，應包括機型、容量、 I/O 點數(shù)（模塊）、電源模塊以及特殊功能模塊的選擇等。 (c) 分配 I/O 點，繪制電氣連接接口圖，并考慮必要的安全保護措施。 (d) 設計控制程序。梯形圖、語句表（可由編程軟件自動轉換或直接編寫）、控制系統(tǒng)流程圖等?？刂瞥绦蚴强刂普麄€系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全可靠的關鍵，因此控制程序的設計必須經(jīng)過反復調(diào)試、修改，直到滿足為止。 (e) 必要時還 需設計控制臺（柜）。 (f) 編制系統(tǒng)的技術文件。包括說明書、電氣圖及電氣元件明細表等。 傳統(tǒng)的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電器布置圖及電氣安裝圖。在 PLC 控制系統(tǒng)中，這些圖可統(tǒng)稱為“硬件圖”。它在傳統(tǒng)的電氣圖的基礎上增加了 PLC 部分，所以，還應增加 PLC 的 I/O 輸入、輸出電氣連接圖（即 I/O 硬件接線圖）。 計算機控制技術課程設計 10 分 析 控 制 要 求確 定 用 戶 的 I / O 設 備選 擇 P L C分 配 I / O ， 設 計 I / O 連 接 圖繪 制 流 程 圖設 計 梯 形 圖編 制 程 序 清 單調(diào) 試輸 入 程 序 并 檢 查聯(lián) 機 調(diào) 試滿 足 要 求 ？設 計 控 制 臺現(xiàn) 場 連 接Y e s滿 足 要 求 ？編 制 技 術 軟 件N oNoP L C 程 序 設 計No修 改交 付 PLC 控制系統(tǒng)流程 控制總體要求 按照工藝運行及使用維護等方面的要求，設計時對控制系統(tǒng)總體要求如下： 1） 系統(tǒng)可以進行自動手 動兩種運行方式。應能按照工藝要求編輯程序并可實時整定參數(shù)。 2） 系統(tǒng)要有相應的軟件，硬件保護措施以及足夠的報警信息顯示。 3） 控制裝置選用 PLC 作為系統(tǒng)的控制核心，根據(jù)工藝要求合理選配 PLC 機型和計算機控制技術課程設計 11 I/O 接口。 4） PLC 自身配有 24V 直流電源，外接負載時考慮其供電容量。 PLC 接地端采用第三種接地方式，提高抗干擾能力。 5） 控制系統(tǒng)當一組電機運行停止時另一臺將自動運行。 6）采用指令表形式來編寫程序并編寫 PLC 的 I/O 接口功能表。 PLC 選型及傳感器的連接 1) CPU 的選型 CPU314：內(nèi)置 40KB RAM,最大可擴展 512KB FLASHEPROM 存儲器卡，隨機存儲器 24KB，最大數(shù)字量 I/O 點數(shù)： 512，最大模擬量 I/O 通道數(shù)： 64，最大配置： 4個機架， 32 塊模塊，時鐘：硬件時鐘，定時器： 128，計數(shù)器： 64，位存儲器： 2048，可調(diào)用塊：組織塊 OB(13 個 )、功能塊 FB(128 個 )、功能調(diào)用 FC(128 個 )、數(shù)據(jù)塊 DB(127個 )、系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊 SDB(9 個 )、系統(tǒng)功能塊 SFC(34 個 )、系統(tǒng)功能塊 SFB(0 個 )。 所以 CPU314 的各項指標能夠滿足控制系統(tǒng)的要求且保留一定的裕量。 存儲器容量估 算值 ： PLC 的 I/O 點數(shù)估算值 大 小，很大程度上反映了 PLC 系統(tǒng)的功能要求，因此可以在 I/O 點數(shù)估算值的基礎上計算對 PLC 存儲容量的要求。目前大多用統(tǒng)計經(jīng)驗公式進行存儲器容量估算，這種方法是以 PLC 處理每個信息量所需存儲器數(shù)的統(tǒng)計平均經(jīng)驗值為依據(jù)，乘以信息量數(shù)再考慮一定的裕量，計算得到存儲器需要容量。作為一般應用 ,通常使用如下的 經(jīng)驗公式 計算 所需存儲容量 ： M(KB)=(～ )(DI10+DO5+AI/O100)/1024 (31) 其中： DI 為數(shù)字量輸入點數(shù) ； DO 為數(shù)字量輸出點數(shù) ； AI/O 為模擬量 I/O 輸入輸出 總 點 數(shù) ； 根據(jù)上面式 (31)的經(jīng)驗公式得到的存儲器容量估算值只具有參考價值，但在明確 了PLC 要求容量時，還應依據(jù)其 它 因素對其修正。需要考慮的因素有：經(jīng)驗公式僅對一般應用系統(tǒng) ， 而且主要針對設備的直接控制功能而言的，特殊的應用或功能可能需要更大的存儲器容量，不同型號的 PLC 對存儲器的使用規(guī)模與管理方式的差 。 本系統(tǒng)所需的存儲容量為： *(175*10+89*5+87*100)/1024=24(KB) 故 CPU314 的隨機存儲器是足夠的 ，所以選擇 CPU314 是合適的。其中的 B 柜以及C 柜需要的 DI， DO 及 A I,AO 數(shù)均比 A 柜小 ,故 B,C 控制柜的 CPU 選用 CPU314 合適 2) I/O 模塊的選型 a) 模擬量輸入模塊的選擇 模擬量輸入模塊 SM331 有兩種規(guī)格型號。一種是8*12 位模塊 ,另一種是 2*12 位模塊。前者是 8 通道的輸入模塊 ,后者是 2 通道的輸入模計算機控制技術課程設計 12 塊。本系統(tǒng)采用 8 通道的輸入模塊。下面我們就對其做簡要介紹 : SM331 模入模塊主要由 A/D 轉換部件、模擬 切換開關、補償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。 A/D 轉換部件是模塊的核心， 其轉換原理采用積分方法，積分時間直接影響到 A/D 轉換時間和 A/D 轉換的精度。 SM331 的 8 個模擬量輸入通道共用一個積分式 A/D 轉換部件，既通過模擬切換開關，各輸入通道按順序一個接一個的轉換。某一通道從開始轉換模擬量輸入值起，一直待續(xù)到再次開始轉換的時間稱模入模塊的循環(huán)時間，他是模塊中所有活動的模擬量的轉換時間的總和。實際上，循環(huán)時間是對外部模擬量信號的采樣間隔。為了縮短循環(huán)時間，應該使用 STEP7 組太工具屏蔽掉不用的模擬量通道，使其不占用循環(huán)時間。對于一個積分時間設定為 20ms， 8 個輸入通道都接有外部信號 且都需斷線監(jiān)視的SM331 模塊 ,其循環(huán)時間為 (22+10)*8=256ms。 此循環(huán)時間滿足該控制系統(tǒng)的要求，故選擇 8 通道的模擬量輸入模塊是合理的。 模擬量輸入模塊與傳感器的連接圖 模擬量輸出部分圖 b) 模擬量輸出模塊的選擇 模擬量輸出模塊 SM332 也有多種規(guī)格型號，在這里我們采用有 4 通道的 4*12 型輸出模塊以下對 4*12 位 SM332 作簡要介紹 : 計算機控制技術課程設計 13 模出模塊的轉換時間包括內(nèi)部存儲器傳送數(shù)字化輸出值的時間和數(shù)模轉換的時間。模擬量輸出各通道的轉換是順序進行的。模塊的循環(huán)時間是所有活動的模擬量輸出通道的 轉換時間的總和。模出的響應時間是一個比較重要的指標，響應時間就是在內(nèi)部存儲器中出現(xiàn)數(shù)字量輸出值開始到模擬輸出達到規(guī)定值所用時間的總和。它和負載特性有關。負載不同 (容性、阻性和感性負載 )，響應時間也不一樣。 SM332 4*12 位模塊上有 4 個通道，每個通道都可單獨編程為電壓輸出或電流輸出，輸出精度 12 位，模塊對 CPU 背板總線和負載電壓都有光電隔離。 使用 STEP7 組態(tài) 工具或 SFC 系統(tǒng)功能調(diào)用，可以設定診斷中斷允許、輸出診斷、輸出類型、輸出范圍及 L+掉電或模塊故障后的替代值等參數(shù)。輸出模塊的一個中斷組即一個通 道。如果模塊中的一個通道不使用，則可以通過設定輸出類型，撤消該通道，并讓輸出保持開路。 c) 數(shù)字量輸 信號電平 輸入信號進入模塊后，一般都經(jīng)過光電隔離和濾波，然后送入輸入緩沖器等待 CPU 采樣，采樣時信號經(jīng)過背板總線進入到輸入映像區(qū)。 入模塊的選擇 數(shù)字量輸入模塊 SM321,數(shù)字輸入模 塊是將現(xiàn)場送來的數(shù)字信號電平轉換成 S7300 內(nèi)部可識別信號。 以下為數(shù)字量輸入模塊選擇的一般原則 : 根據(jù)現(xiàn)場 檢 測 元件與模板之間的距離來選擇電壓的等級。一般 1 24V 屬低壓，其傳輸距離不 易 太遠。距離較遠的設備選用較高電壓的 模板比較可靠，以免信號衰減后造成誤差。 根據(jù)分散各處信號的多少和信號動作的時間選擇模板的密度。集中在一處的輸入信號盡可能集中在一塊或幾塊模板上，以便于電纜安裝和系統(tǒng)調(diào)試。對于高密度模板，如32 點或 64 點，一般來講，同時接通點數(shù)最好不超過模板總點數(shù)的 70%。 為了提高系統(tǒng)的可靠性，必須考慮門坎電平的大小，門坎電平值越大抗干擾能力越強傳輸也就越遠。 根據(jù)系統(tǒng)抗干擾性能的要求，選擇光電隔離或不帶光電隔離的輸入模板。 根據(jù)被控設備與可編程序控制器 CPU 所安裝位置之間的距離來設計本地輸入模板還是遠程輸入模板。 備用輸 入點的設計。在設計總輸入點數(shù)時要留有一定的裕量，這些備用點的分配應分別考慮到每塊輸入模板上，最好分配到每組輸入點上。例如 ： 以具有 32 點輸入的模板。他們每 8 點一組，在設計時每 8 點留一個備用點，一旦其余 7 點有一個發(fā)生故障，只要把接線從故障點改接到備用點，相應地址再一修改，系統(tǒng)就可恢復正常。 SM321 數(shù)字量輸入模塊是用來將現(xiàn)場送過來的數(shù)字信號電平轉化成 S7300 內(nèi)部信號電平。它有四種型號可以選擇，即直流 16 點輸入、直流 32 點輸入、交流 16 點輸入、交流 8 點輸入。 其中 SM321 DI 3224VDC 它具有 32 個輸入點，帶隔離、 16 點為一組。額定輸入計算機控制技術課程設計 14 電壓為 24VDC，適用于開關和 2/3/4 線 BERO(接近開關 )，可接非屏蔽電纜長度最長為600m，屏蔽電纜長度為 1000m，通道與背板之間以及每組通道之間有光電隔離，從背板總線輸出最大 15mA 電流。 SM321 DI 1624VDC它是 16點輸入，帶隔離 ， 16點為一組，額定輸入電壓為 24VDC,適用于開關和 2/3/4 線 BERO(接近開關 )， 通道與背板總線之間有光隔。 SM321 DI 1624VDC 帶硬件和診斷中斷，它是 16 點輸入，帶隔離， 16 點為一組，額定輸入電 壓為 24VDC， 適用于開關和 2/3/4 線 BERO(接近開關 )，對傳感器可使用外部冗余電源 ， 組故障 LED， 可編程的診斷，可編程的診斷中斷，可組態(tài)的硬件中斷，可編程的輸入延遲。這是幾種常用的模塊。他們的主要參數(shù) 見 表 44。 表 44 M321數(shù)字輸入模塊主要參數(shù) SM321 數(shù)字輸入模塊 直流 16 點輸入模塊 直流 32 點輸入模塊 輸入點數(shù) 16 32 額定負載電壓 L+ 24VDC 24VDC 負載電壓范圍 ～ ～ V 額定輸入電壓 24VDC 24VDC 輸入電壓 “1”范 圍 13～ 30V 13～ 30V 輸入電壓 “0”范圍 3～ +5V 3～ +5V 隔離（與背板總線） 光耦 光耦 在這里我們考慮到模塊的性價比和控制系統(tǒng)的具體要求，故使用 32 點輸入 24VDC 的SM321。 d) 數(shù)字量輸出模塊的選擇 數(shù)字量輸出模塊 SM322，數(shù)字輸出模塊是將 S7300 內(nèi)部信號電平轉換成過程所要求的外部信號電平，可直接驅動電磁閥、接觸器、小型 電動機、燈和電動機啟動器等。 以下為數(shù)字量輸出模塊選擇的一般原則 : 對一般的負荷，選擇何種輸出方式都可以，對開閉頻繁的，電感性、 電 功率因數(shù) 大的 負荷，建議使用晶體管和晶閘管元件的開關量輸出模板。對于電壓范圍變化較大，且計算機控制技術課程設計 15 各種電壓等級集中在一塊模板上，則使用繼電器輸出模板更加方便。 輸出功率的選擇，在選擇模板時要注意手冊上給出的輸出功率要大于實際負荷所需的功率。如果負荷要求的功率很大，開關量輸出模板已不能滿足需要，此時采用中間繼電器，開關量輸出驅動中間繼電器的線圈 ， 中間繼電器驅動負荷這種方法也可用于多個負荷的并聯(lián)驅動。 針對負荷要注意 ： 對象為電磁閥這類負荷，雖然電磁負荷很小，但匝數(shù)多，斷電瞬間其反向電壓很高。有時會使輸出模板的輸出三極管擊穿，此時要在負 荷兩端并接電容和電阻抑制反向電壓。對于燈負荷一般啟動電流 為 額定電流的十倍。 S7 系列的 PLC 所具有的數(shù)字量輸出模塊中 SM322 DO3224VDC/ 此模塊為 32點輸出帶隔離， 8 點為一組輸出 電流，