【文章內(nèi)容簡介】 器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活、方便的優(yōu)點(diǎn) 而設(shè)計(jì)制造的，這就使 PLC 具有許多其他控制器所無法相比的特點(diǎn)。 歸納如下 :(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) (2)配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) (3)易學(xué)易用，伸手工程技術(shù)人員歡迎 (4)系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，維護(hù)方便，改造容易 (5)體積小，重量輕，能耗低 PLC 的基本工作原理 CPU 中的程序分為操作系統(tǒng)和用戶程序。操作系統(tǒng)用來處理 PLC 的起動(dòng)、刷新輸入 /輸出過程映像區(qū)、調(diào)用用戶程序、處理中斷和錯(cuò)誤、管理存儲區(qū)和通信等任務(wù)。用戶程序由用戶生成，用來實(shí)現(xiàn)用戶要求的自動(dòng)化任務(wù)。 STEP7 將用戶程序和程序所 需的數(shù)據(jù)放置在塊中，功能塊 FB 和功能 FC 相當(dāng)于用戶編寫的子程序，系統(tǒng)功能 SFC 和系統(tǒng)功能塊 SFB 是操作系統(tǒng)提供給用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)子程序，這些塊統(tǒng)稱為邏輯塊。 PLC 采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，這種運(yùn)行方式也稱為掃描工作方式。 OB1 14 是用于循環(huán)處理的組織塊，相當(dāng)于用戶程序中的主程序，它可以調(diào)用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。 PLC 得電或由 STOP 模式切換到 RUN 模式時(shí)， CPU執(zhí)行啟動(dòng)操作，清除沒有保持功能的位存儲器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，清除中斷堆棧和塊堆棧的內(nèi)容，復(fù)位保存的硬件中斷等。此外還要執(zhí)行一次用戶編寫 的“系統(tǒng)啟動(dòng)組織塊” OB100，完成用戶指定的初始化操作。以后進(jìn)入周期性的循環(huán)運(yùn)行。 在啟動(dòng)完成后，不斷地循環(huán)調(diào)用 OB1，在 OB1 中可以調(diào)用其他邏輯塊（ FB、SFB、 FC、 SFC）。循環(huán)程序處理過程可以被某些事件中斷。如果有中斷事件出現(xiàn)，當(dāng)前正在執(zhí)行的塊被暫停執(zhí)行，并調(diào)用分配給該事件的組織塊。該組織塊被執(zhí)行完后，被暫停執(zhí)行的塊將從被中斷的地方開始繼續(xù)執(zhí)行。 S7400 簡介 S7400 是模塊化的中小型 PLC，適用于中等性能的控制要求。品種繁多的CPU 模塊、信號模塊和功能模塊能滿足各種領(lǐng)域的自動(dòng)控 制任務(wù)，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的具體情況選擇合適的模塊，維修時(shí)更換模塊也很方便。 S7400 有很高的電磁兼容性和抗振動(dòng)抗沖擊能力，有 350 多條指令，其編程軟件 STEP 7 功能強(qiáng)大，可以使用多種編程語言。 S7400 采用緊湊的、無槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)，各個(gè)模塊都安裝在導(dǎo)軌上，用螺栓鎖緊即可。 S7400 的構(gòu)成模塊 S7400 模塊式 PLC，主要由機(jī)架、 CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝的機(jī)架上。通過CPU 模塊或通信模塊上的通信接口， PLC 被連接到 通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計(jì)算機(jī)、其它 PLC 或其它設(shè)備通信。 CPU 模塊： CPU 模塊主要由微處理器和存儲器組成， S7400 將 CPU 模塊簡稱為 CPU。在 PLC 控制系統(tǒng)中， CPU 模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，模塊中的存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)。 信號模塊：輸入（ Input）模塊和輸出（ Output）模塊一般簡稱為 I/O 模塊，開關(guān)量輸入 /輸出模塊簡稱為 DI 模塊和 DO 模塊，模擬量輸入 /輸出模塊簡稱為AI 模塊和 AO 模塊，在 S7400 中統(tǒng)稱為信號模塊。輸入模塊用來接收和采集輸入 信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行器。 功能模塊：為了增強(qiáng) PLC 的功能，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)， PLC 15 廠家開發(fā)了各種各樣的功能模塊。主要用于完成某些對實(shí)時(shí)性和存儲容量要求很高的控制任務(wù)。 接口模塊： CPU 模塊所在的機(jī) 架稱為中央機(jī)架，如果一個(gè)機(jī)架不能容納全部模塊，可以增設(shè)一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。接口模塊用來實(shí)現(xiàn)中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴(kuò)展機(jī)架供電。 通信處理器：通信處理器用于 PLC 之間、 PLC 與遠(yuǎn)程 I/O 之間、 PLC 與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC 接入 MPI、 PROFIBUSDP、 ASi和工業(yè)以太網(wǎng)，或者用于點(diǎn)對點(diǎn)通信。 電源模塊： PLC 一般使用 AC 220V 電源或 DC 24V 電源，電源模塊用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為 DC 24V 和背板總線上的 DC 5V 電壓，供其他模塊使用。 編程設(shè)備： S7400 使用安裝了編程軟件 STEP7 的個(gè)人計(jì)算機(jī)作為編程設(shè)備，在計(jì)算機(jī)屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到 PLC，也可以將 PLC 中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程。編程軟件還具有對網(wǎng)絡(luò)和硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、監(jiān)控和故障診斷等功能。 S7400 的輸入輸出模塊 （ 1）數(shù)字量輸入模塊 SM 421 數(shù)字量輸入模塊用于連接外部的機(jī)械觸點(diǎn)和電子數(shù)字式傳感器，例如二線式光電開關(guān)和接近開關(guān)等。數(shù)字量輸入模塊將從現(xiàn) 場傳來的外部數(shù)字信號的電平轉(zhuǎn)換為 PLC 內(nèi)部的信號電平。輸入電路中一般設(shè)有 RC 濾波電路，以防止由于輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤輸入信號，輸入電流一般為數(shù)毫安。 （ 2）數(shù)字量輸出模塊 SM 422數(shù)字量輸出模塊將 S7400的內(nèi)部電平信號轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號電平，同時(shí)具有隔離和功率放大的作用。 輸出模塊的功率放大元件有驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的大功率晶體管和場效應(yīng)晶體管、驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載的雙向晶閘管或固態(tài)繼電器，以及既可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載又可以驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載的小型繼電器。輸出電流典型值為 ~2A，負(fù)載電源由外部現(xiàn) 場提供。 （ 3）模擬量輸入模塊 模擬量變送器：生產(chǎn)過程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要用 PLC 來測量或控制。有的是非電量，例如溫度、壓力、流量、液位、物體的成分（例如氣體中的含氧量）和頻率等。有的是強(qiáng)電電量，例如發(fā)電機(jī)組的電流、電壓、有功功率和無功功率、功率因素等。變送器用于將傳感器提供的電量或非電量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的直流電流或直流電壓信號，例如 DC0~10V 和 4~20mA。 16 SM 431 模擬量輸入模塊的基本結(jié)構(gòu)：模擬量輸入模塊用于將模擬量信號轉(zhuǎn)換為 CPU 內(nèi)部處理用的數(shù)字信號，其主要組成部分是 A/D（ Analog/Digit）轉(zhuǎn)換器。 SM 431 也可以直接連接不帶附加放大器的溫度傳感器（熱電偶或熱電阻），這樣可以省去溫度變送器，不但節(jié)約了硬件成本，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也更加緊湊。 （ 4）模擬量輸出模塊 模擬量輸出模塊的基本結(jié)構(gòu)： S7400 的模擬量輸出模塊 SM 432 用于將 CPU送給的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為成比例的電流信號或電壓信號，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制，其主要組成部分是 D/A 轉(zhuǎn)換器。 模擬量輸出模塊的技術(shù)參數(shù)： SM 432 的 4 種模擬量輸出參數(shù)均有診斷功能，用紅色 LED 指示故障，可以讀取診斷信息。額定負(fù)載電壓均為 DC24V。模 塊與背板總線有光隔離，使用屏蔽電纜時(shí)最大距離為 200m。都有短路保護(hù)，短路電流最大 25mA,最大開路電壓 18V。 其它器件介紹 調(diào)節(jié)閥： 采用 SIEMENS 帶 PROFIBUSPA 通訊協(xié)議的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié)。它具有精度高、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。由 CPU 直接發(fā)送的數(shù)字信號控制閥門的開度 ， 本氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)校正， 使用和校正 都 非常方便。 電磁閥： 在本裝置中作為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥型號為： ZS15； 工作壓力：最小壓 力為 0Kg/㎝ 2，最大壓力為 10Kg/㎝ 2 ； 工作溫度：－ 5～ 80℃ 。 水泵： 本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號為 16CQ8P，流量為 32 升 /分，揚(yáng)程為8 米，功率為 180W。 泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長， 為三相 380V 恒壓驅(qū)動(dòng)。 三相移相 調(diào)壓裝置： 采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號為 4～ 20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號。輸出電壓用來控制加熱器加熱，從而控制鍋爐的溫度。 控制器：采用 SIEMENS 公司的 S7400 CPU，型號為 4123H，本 CPU 既具有能進(jìn)行多點(diǎn)通訊功能的 MPI 接口，又具有 PROFIBUSDP 通訊功能的 DP 通訊接口。 流量傳感器、轉(zhuǎn)換器： 流量傳感器用來對調(diào)節(jié)閥支路的流量進(jìn)行測量。調(diào)節(jié)閥支路的流量檢測采用 SIEMENS 帶 PROFIBUSPA 通訊接口的檢測和變送一體的電磁式流量計(jì)。 溫度傳感器： 本系統(tǒng)采用 2 個(gè) Pt100 傳感器，分別用來檢測鍋爐 內(nèi)膽、鍋爐夾套 。 2 個(gè) Pt100 傳感器 的檢測信號中檢測鍋爐內(nèi)膽溫度的到 SIEMENS 帶PROFIBUSPA 通訊協(xié)議的 溫度變送器 ，直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。 Pt100 傳感器精 17 度高，熱補(bǔ)償性能較好 。 模擬鍋爐： 此鍋爐采用不銹鋼制成，由加熱層（內(nèi)膽）和冷卻層（夾套 ）組成。做溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測其溫度。 管道： 整個(gè)系統(tǒng)管道采用敷塑不銹鋼管組成，所有的水閥采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實(shí)驗(yàn)裝置的使用年限。其中儲水箱底有一個(gè)出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，將球閥打開讓水直接排出。 靜音式空氣壓縮機(jī)：用于給氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥提供氣源，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過三角膠帶傳帶動(dòng)空壓機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)連桿帶動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使汽缸、活塞、閥組所組成的密閉空間容積產(chǎn)生周期變化，完成吸氣、壓縮 、排氣的空氣壓縮過程，壓縮空氣經(jīng)繞有冷卻翅片的排氣銅管、單向閥進(jìn)入儲氣罐?？諌簷C(jī)設(shè)有氣量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)儲氣罐內(nèi)的氣壓超過額定排氣壓力時(shí)，壓力開關(guān)會(huì)自動(dòng)切斷電源使空壓機(jī)自動(dòng)停止工作，當(dāng)儲氣罐內(nèi)的氣體壓力因外部設(shè)備的使用而下降到額定排壓以下 時(shí)，氣壓開關(guān)自動(dòng)復(fù)位，空壓機(jī)又重新工作，使儲氣罐內(nèi)壓縮空氣壓力保持在一定范圍內(nèi)。 18 4 STEP 7 簡介及組態(tài)硬件、程序編寫 STEP 7 簡介 STEP 7 編程軟件用于 SIMATIC S M C7 和基于 PC 的 WinAC，是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。 STEP 7 具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。在STEP 7 中，用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。 STEP 7 用 SIMATIC管理器對項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽 SIMATIC S M C7 和 WinAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn) STEP 7 各種功能所需的 SIMATIC 軟件工具都集成在 STEP 7 中。 STEP 7 的硬件接口 PC/MPI適配器用于連接安裝了 STEP 7的計(jì)算機(jī)的 RS232C接口和 PLC的 MPI接口。計(jì)算機(jī)一側(cè)的通信速率為 kbit/s 或 kbit/s， PLC 一側(cè)的通信速率為 kbit/s~。除了 PC 適配器，還需要一根標(biāo)準(zhǔn)的 RS232C通信電纜。使用計(jì)算機(jī)的通信卡 CP 561 CP 5511 或 CP 5512，可以將計(jì)算機(jī)連接到 MPI 或 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與 PLC 的通信。也可以使用計(jì)算機(jī)的工業(yè)以太網(wǎng)通信卡 CP 1512 或 CP 1612，通過工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與PLC 通信。在計(jì)算機(jī)上安裝好 STEP7 后， 在管理器中執(zhí)行菜單命令“ Option”→“ Setting the PG/PC Interface”，打開如圖 所示對話框，在中間的選擇框中，選擇實(shí)際使用的硬件接口。點(diǎn)擊“選擇”按鈕，打開“ Install/Remove Interfaces”對話框，可以安裝選擇框中沒有列出的硬件接口的驅(qū)動(dòng)程序。點(diǎn)擊“屬性”按鈕，可以設(shè)置計(jì)算機(jī)與 PLC 通信的參數(shù)。 19 圖 硬件接口選擇 STEP 7 的編程功能 STEP 7 的標(biāo)準(zhǔn)版只配置了 3 種基本的編程語言，梯形圖（ LAD）、功能塊圖（ FDB）和語句表（ STL），有鼠標(biāo)拖放、復(fù)制和粘貼功能。語句表是一種文本編程語言，使用戶能節(jié)省輸入時(shí)間和存儲區(qū)域，并且“更接近硬件”。 STEP 7 專業(yè)版的編程語言包括 S7SCL（結(jié)構(gòu)化控制語言）、 S7GRAPH（順序功能圖語言）、S7 HiGraph 和 CFC，這四種語言對于標(biāo)準(zhǔn)版是可選的。 STEP 7 用符號表編輯器工具管理所有的全局變量，用于定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注釋。使用這一工具生成的符號表可供所有應(yīng)用程序使用，所有工具自動(dòng)識別系統(tǒng)參數(shù)的變化。 測試功能和服務(wù)功能包括設(shè)置斷點(diǎn)、強(qiáng)制輸入和輸 出、重新布線、顯示交叉參考表、狀態(tài)功能、直接下載和調(diào)試塊、同時(shí)監(jiān)測幾個(gè)塊的狀態(tài)等。程序中的特殊點(diǎn)可以通過輸入符號名或地址快速查找 STEP 7 的幫助功能：選定想要得到的在線幫助的菜單目錄，或打開對話框，按 F1 鍵便可得到與它們有關(guān)的在線幫助。執(zhí)行