【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系列（輸出類型同上）：最多可控制 2048點(diǎn)（使用遠(yuǎn)程 I/O）， 程序容量大 16K， 30K 步，可擴(kuò)展到 120K 步， CUP運(yùn)行世界最快（ 1ms/20 步，快速起運(yùn) 以下） 。 FPO 系列（輸出同上）：世界產(chǎn)品體積最小，掃描周期 1ms，選擇點(diǎn)從 10到 128點(diǎn)。 各種 常用 PLC 詳述 請(qǐng)參閱由于慶廣編著 清華大學(xué)出版社出版的《可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》。 ④ 三菱 FX 系列可編程控制器介紹： FX 系列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型 PLC。特與日本三菱電機(jī)公司研發(fā)的。在 FX 中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土編程及對(duì)應(yīng)機(jī)械動(dòng)作流程進(jìn)行順序設(shè)計(jì)的 SFC 順序功能圖編程，而且這些程序可互相轉(zhuǎn)換。在 FX 系列PLC 中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來(lái)自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。其 FX2N PLC還可以采用作為擴(kuò)展 設(shè)備的硬件計(jì)數(shù)器，可獲取最高 50kHz的高速脈沖。 FX 系列 PLC 基于“基本功能、高速處理、便于使用”的研發(fā)理念，使其具有數(shù)據(jù)傳送與比較，四則運(yùn)算與邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)循環(huán)與移動(dòng)等應(yīng)用指令系統(tǒng)。除此之外，還具有輸入輸出刷新、中斷、高速計(jì)數(shù)器比較指令、高速脈沖輸出等告訴處理指令，以及在 SFS 控制方面，將機(jī)械控制的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作封裝化的狀態(tài)初始化指令等，使功能大大增加。 FX系列 PLC 在特殊控制方面不但具備模擬量輸入輸出控制，而且具有定位控制幾 PID系統(tǒng)控制。在通信方面，能夠方便地與 PC計(jì)算機(jī)鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交 換與管理。 7 2 全自動(dòng)煮飯機(jī)控制系統(tǒng)的 PLC選型和資源配置 本章主要介紹 全自動(dòng)煮飯機(jī)控制系統(tǒng)的 PLC選型和資源配置 .首先根據(jù)控制要求判斷出所需的外圍設(shè)備 ,并判斷出最佳的 PLC 及 CPU 型號(hào)。最后是要做好資源配置工作 ,并簡(jiǎn)單的介紹了一下 I/O接口。 為下一章的系統(tǒng)設(shè)計(jì)做好基礎(chǔ)工作。 控制系統(tǒng)構(gòu)成 根據(jù)上一節(jié)提出的控制要求 ,能夠基本判斷出全自動(dòng)煮飯機(jī)所需的外圍設(shè)備。在這個(gè)設(shè)計(jì)中我們的最終想法實(shí)在無(wú)人參與的情況下完成變大米為米飯的課程， 所以我們能夠提前想象到設(shè)計(jì)中應(yīng)該用到的元器件等等。首先我覺得必須要有一個(gè)儲(chǔ)米的容器 ,因?yàn)橹挥羞@樣才能適時(shí)地保證大米供應(yīng)，為了在以后設(shè)計(jì)中便于理解我將之取名為儲(chǔ)米倉(cāng)，有了儲(chǔ)米倉(cāng)當(dāng)然一定要有一個(gè)通道 ,用來(lái)完成從儲(chǔ)米倉(cāng)取米。這樣才能保證大米的有序進(jìn)入 ,而這個(gè)通道要完成 8 自動(dòng)控制就必然設(shè)定一個(gè)電磁閥。這是其功能及控制要求決定的。又因?yàn)槲覀冊(cè)谌粘Ｉ钪匈I的大米都是必須經(jīng)過(guò)清洗才能加工進(jìn)食的 ,所以在本設(shè)計(jì)中也必須有一個(gè)能進(jìn)行清洗的裝置 ,在這個(gè)裝置中應(yīng)該包括一個(gè)進(jìn)水通道 ,一個(gè)排水通道和一個(gè)攪拌機(jī)。為了在以后設(shè)計(jì)中便于理解我 將之取名叫作洗米倉(cāng)。當(dāng)大米在攪拌倉(cāng)完成清洗工作后 ,就是要完成大米的烹飪過(guò)程。因?yàn)楝F(xiàn)在市面上已經(jīng)具有了包括模糊控制理論在內(nèi)的米加工工具 ,如電飯煲（其工作原理在這兒暫不介紹，如須進(jìn)一步了解請(qǐng)參閱 yaochenglong 在百度網(wǎng)上發(fā)表的《電飯煲的工作原理》一文，所以本設(shè)計(jì)只需在設(shè)計(jì)中鑲嵌一個(gè)類似裝置即可。當(dāng)然在設(shè)計(jì)中必須涉及到對(duì)其的控制。 根據(jù)控制要求這套全自動(dòng)煮飯機(jī)的外圍設(shè)備大概包括 :啟動(dòng)按鈕 ,停止按鈕 ,人數(shù)選擇按鈕 ,水位判斷開關(guān)，水位檢測(cè)設(shè)備 ,電磁進(jìn)米閥 ,電磁進(jìn) /排水閥 ,攪拌電動(dòng)機(jī) ,煮飯倉(cāng)開關(guān)。 制系統(tǒng)圖 控制系統(tǒng)圖是在控制要求既定的情況下最直觀的觀看 PLC對(duì)外圍設(shè)備的控制 .因?yàn)樗玫耐鈬O(shè)備都要與 PLC 的 I/O 接口相連 ,所以在完成外圍設(shè)備的選擇后 ,決定 PLC 就成為最主要的工作了。因?yàn)橹挥性?PLC 確定的情況下 ,才有辦法完成控制系統(tǒng)的設(shè)置。 針對(duì)不同的 PLC有著不同的設(shè)計(jì)思維方法，由于 I/O 接口不同有可能還涉及都增添各種模塊等。現(xiàn)在市面上PLC品種齊全，各個(gè)生產(chǎn)廠家更是為自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)了獨(dú)特的編成軟件?，F(xiàn)在市面上比較普便的 PLC 產(chǎn)品有西門子公司的 S7200 系列， OMRON 公司的 C200H 系列，松下 FP 系列等。詳細(xì)介紹請(qǐng)參閱由汪曉平等編著的《可編成控制器系統(tǒng)開發(fā)實(shí)例導(dǎo)航》。由于作者本人比較早接觸西門子公司生產(chǎn)的 S7200 系列 PLC，而且因其具有體積下、運(yùn)行速度高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，所以我在本設(shè)計(jì)中采用了西門子公司的 S7200系列 PLC，再根據(jù)設(shè)計(jì)中可能用到的 I/O數(shù)等參數(shù)分析在本設(shè)計(jì)中最適合的 CPU為 CPU224。 S7200 CPU224的主要技術(shù)指標(biāo)見附錄。 全自動(dòng)煮飯機(jī)的 控制系統(tǒng)圖如圖 。 9 圖 全自動(dòng)煮飯機(jī)控制系統(tǒng)圖 PLC框架配置圖 根據(jù)大概的全自動(dòng)煮飯機(jī) 的外圍設(shè)備數(shù)及控制要求 ,再結(jié)合經(jīng)濟(jì)性來(lái)綜合考慮 ,我認(rèn)為此套設(shè)計(jì)采用散西門子公司的 S7200系列整體式 PLC性價(jià)比優(yōu)勢(shì)最高 .首先 , S7200I/O設(shè)備齊全并豐富 ,無(wú)須再單獨(dú)增加 另外的電源模塊、數(shù)字量輸入和輸出模塊。 PLC框架配置圖如圖 所示。 圖 PLC 框架配置圖 I/O接口 由于 CPU模塊有 14點(diǎn)數(shù)字量輸入，有 10點(diǎn)數(shù)字量輸出，所以不再需要輸入 /輸出模塊。采用 I/O分配采用自動(dòng)分配方式，模塊上的輸入端子對(duì)應(yīng)的輸入地址是 ～ ,輸出端子對(duì)應(yīng)的輸出地址 是 ～ 。 主要 I/O接口有 ： ① I/O擴(kuò)展接口。用于擴(kuò)展 PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，它可將主機(jī)與 I/O擴(kuò)展單元連接起來(lái)。 ② 智能 I/O接口。這種接口具有獨(dú)接口是 PLC主機(jī)與外部設(shè)備之間的連接電路，為提高抗干擾能力，一般輸出接口均有光電隔離電路。 來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)元件信號(hào)及指令元件信號(hào)經(jīng)輸入接口近入 PLC，檢測(cè)元件指?jìng)鞲衅鳌粹o、寄存器的觸點(diǎn)、行程開關(guān)等，由這些元件檢測(cè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的壓力、位置、電流、電壓、溫度等物理量即為檢測(cè)元件信號(hào)，而指令信 號(hào)是指操作者在控制臺(tái)或鍵盤上發(fā)出的信號(hào)，如啟動(dòng)、停止等。這些信號(hào)有的是開關(guān)量，有的是模擬量，有的是直流信號(hào)，有的是交流信號(hào)，所以要根據(jù)輸入信號(hào)的類型選擇合適的輸入接口。 由 PLC發(fā)出的各種控制信號(hào)經(jīng)輸出接口去控制和驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和正反轉(zhuǎn)，控制指示燈的亮和滅，控制電磁閥的開閉、繼電器線圈的通斷電等?？刂曝?fù)載的輸出信號(hào)形式不同，所以也要根據(jù)具體情況選擇和合適的輸出接口。 為了擴(kuò)展 PLC的功能，除了 I/O接口外， PLC還配置了其他一些接口立的微處理和控制軟件，用于適應(yīng)和滿足復(fù)雜控制功能的要求 ，如：位置閉環(huán)控制模塊、 PID調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制模塊、高速計(jì)數(shù)模塊（其計(jì)數(shù)品率可達(dá)計(jì)時(shí)千赫以上）等。 ③ 通信接口。用于將 PLC 與計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等外部設(shè)備相連，也可以構(gòu)成集散型控制系統(tǒng)或局域網(wǎng)。 10 ④ A/D和 D/A接口。由于 CPU只能處理數(shù)字信號(hào)，當(dāng)輸入輸出信號(hào)為模擬量時(shí)，則需要A/D和 D/A接口進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。 PLC各功能模塊的選用，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)控制的需要進(jìn)行合理的配置。 CPU模塊采用西門子的 CPU224（ AC/DC/繼電器 ）模塊，本來(lái) 224型 CPU最大可連接的擴(kuò)展模塊數(shù)量是 7 個(gè)，它控制著整個(gè)系統(tǒng)按照控制要求有條不紊地運(yùn)行，同時(shí)由于該模塊采用交流 220V供電，并且自帶 14個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)和 10個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，完全能滿足全自動(dòng)煮飯機(jī)控制系統(tǒng)的要求，所以不要需要另外的電源模塊、數(shù)字量輸入和輸出模塊，但由于本設(shè)計(jì)中涉及到時(shí)間的定時(shí)開機(jī)。而編程軟件不能大度實(shí)現(xiàn)控制要求，所以我在控制系統(tǒng)中加入了一個(gè)時(shí)鐘模塊。 3 全自動(dòng)煮飯機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)和調(diào)試 在本章中主要介紹全自動(dòng)煮飯機(jī)的工作流程 ,這是下一節(jié)軟件實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ) .并介紹了西門子公司專為 S7200設(shè)計(jì)的編程軟件 STEP7MICRO/WIN32。 編程軟件 編程軟件采用西門子公司為其生產(chǎn)的 PLC而設(shè)計(jì)的編程軟件 STEP7MICRO/WIN32， 它是 11 基于 Windows 的應(yīng)用軟件， 它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)?，F(xiàn)在加上全中文化程序后，可在去中文的界面下進(jìn)行操作，用戶使用起來(lái)更加方便。其操作界面見圖 。 圖 STEP7Micro/WIN32編程軟件界面 STEP7Micro/WIN32 編程軟件的基本功能是協(xié)助用戶完成應(yīng)用軟件的開發(fā) ， 其主要實(shí)現(xiàn)以下功能。 ① 在脫機(jī)（離線）方式下創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序。在脫機(jī)方式時(shí)，計(jì)算機(jī)與 PLC斷開連接，此時(shí)能完成大部分的基本功能，如編程、編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)等，但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計(jì)算機(jī)的磁盤上。 ② 在聯(lián)機(jī)（在線）方式下可以對(duì)與計(jì)算機(jī)建立通信關(guān)系的 PLC直接進(jìn)行各種操作，如上載、下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等。 ③ 在編輯程序的過(guò)程中進(jìn)行語(yǔ)法檢查，可以避免一些語(yǔ)法錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤。經(jīng)語(yǔ)法檢查后，梯形圖中錯(cuò)誤處的下方自動(dòng)加紅色波浪線，語(yǔ)句表的錯(cuò)誤行前自動(dòng)畫上紅色叉，且在錯(cuò)誤處加上紅色波浪線。 ④ 對(duì)用戶程序進(jìn)行文檔管理，加密處理等。 ⑤ 設(shè)置 PLC 的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。 PLC與計(jì)算機(jī)間的連接見圖 圖 PLC 與計(jì)算機(jī)間的連接 有關(guān) STEP7MICRO/WIN32 的詳細(xì)介紹請(qǐng)參照 由 于慶廣編著清華大學(xué)出版社出版的《可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》。第六章編程軟件部分。 程序的流程圖、構(gòu)成和相關(guān)設(shè)置 流程圖 流程圖通常被稱為邏輯流程圖，這是種用邏輯框圖表示 PLC 程序的執(zhí)行過(guò)程，反映輸入與輸出的關(guān)系。邏輯流程圖會(huì)使整個(gè)程序脈絡(luò)清楚，便于分析控制程序，查找故障點(diǎn)及調(diào)試 12 程序和維修程序。有時(shí)對(duì)一個(gè)復(fù)雜的程序，直接用語(yǔ)句表和梯形圖編程可能覺得難以下手，則可以先畫出邏輯流程圖，再為邏輯流程圖的各個(gè)部分用語(yǔ)句表和梯形圖編制 PLC程序。 在這個(gè)控制系統(tǒng)中我主要做了正常運(yùn)行，和強(qiáng)制停止兩 個(gè)運(yùn)行過(guò)程，所以在這之前就要畫出這兩個(gè)運(yùn)行狀況的工作流程圖，以便下一章的軟件設(shè)計(jì)。 ① 正常運(yùn)行流程圖 正常運(yùn)行過(guò)程： 1) 將進(jìn)米量通過(guò)人數(shù)選擇按鈕設(shè)定 儲(chǔ)米倉(cāng)進(jìn)米電磁閥開通時(shí)間 ，按下“啟動(dòng)”按鈕，開始進(jìn)米，達(dá)到設(shè)定時(shí)間，停止進(jìn)米； 2) 進(jìn)米停止兩 s后開始進(jìn)水；當(dāng)進(jìn)水達(dá)到設(shè)定高度時(shí)停止進(jìn)水 。 3) 進(jìn)水停止兩 s后開始攪拌大米洗凈； 4) 攪拌達(dá)到 60s后停止攪拌 ,停止 2s后開始排水； 5) 排水計(jì)時(shí) 60s后停止排水，停止 2s； 6) 然后再進(jìn)水，重復(fù) (2)～ (4)步，如此循 環(huán) 3次； 7) 當(dāng)完成攪拌過(guò)程后大米就通過(guò)洗米倉(cāng)的排米電磁閥將大米送入煮米倉(cāng)，等待 10s后煮米