【導讀】的特殊要求，在了解了燒堿的生產工藝后，設計了離心機的PLC控制系統(tǒng)。個電磁閥的操作均由PLC控制，可以根據工藝要求可以實現電磁閥的動作。有效控制母液含鹽量及析出鹽含堿量?？朔穗x心機工作轉速調節(jié)單一、故障率高等缺。PLC邏輯控制程序的設計方法及實現過程、控制系統(tǒng)的優(yōu)點及實現方法做了說明。系統(tǒng)離心機控制系統(tǒng)所沒有的若干優(yōu)點，且經濟實用，具有廣闊的應用前景。

　　

【正文】 輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。 從響應速度上看，晶體管響應最快，繼電器響應最慢；從安全隔離效果及應用靈活性角度來看，以繼電器觸點輸出型最佳。 數字量 I/O 模塊 SM323 SM323 模塊有兩種類型，一種是帶有 8 個共地輸入端和 8 個共地輸出端，另一種是帶有 16 個共地輸入端和 16 個共地輸出端，兩種特性相同。 I/O 額定負載電壓 24 V DC，輸入電壓“ 1”信號電平為 11～ 30V，“ 0”信號電平為 － 3～＋ 5V， I/O 通過光耦與背板總線隔離。在額定輸入電壓下 ，輸入延遲為 ～ 。輸出具有電子短路保護功能。 控制系統(tǒng)的現狀及發(fā)展 工業(yè)控制系統(tǒng)的現狀 隨著計算機技術、通信技術和控制技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制領域正經歷著一場前所未有的變革，開始向網絡化方向發(fā)展。控制系統(tǒng)的結構從最初的 CCS（計算機集中控制系統(tǒng)） ， 到第二代的 DCS（分散控制系統(tǒng)），發(fā)展到現在流行的 FCS（現場總線控制系統(tǒng)）。對諸如圖像、語音信號等大數據量、高速率傳輸的要求，又催生了當前在商業(yè)北華大學畢業(yè)設計（論文） 20 領域風靡的以太網與控制網絡的結合。這股工業(yè)控制系統(tǒng)網絡化浪潮又將諸如嵌入式技術、多標準工業(yè)控制網絡互聯(lián)、無 線技術等多種當今流行技術融合進來，從而拓展了工業(yè)控制領域的發(fā)展空間，帶來新的發(fā)展機遇。 工業(yè)現場的控制系統(tǒng)的發(fā)展 計算機及網絡技術與控制系統(tǒng)的發(fā)展有著緊密的聯(lián)系。最早在 50 年代中后期，計算機就已經被應用到控制系統(tǒng)中 。 60 年代初，出現了由計算機完全替代模擬控制的控制系統(tǒng)，被稱為直接數字控制（ Direct Digital Control, DDC） 。 70 年代中期，隨著微處理器的出現，計算機控制系統(tǒng)進入一個新的快速發(fā)展的時期， 1975 年世界上第一套以微處理為基礎的分散式計算機控制系統(tǒng)問世，它以多臺微處理器共同分散 控制，并通過數據通信網絡實現集中管理，被稱為集散控制系統(tǒng)（ Distributed Control System, DCS）。 進入 80 年代以后，人們利用微處理器和一些外圍電路構成了數字式儀表以取代模擬儀表，這種 DDC 的控制方式提高了系統(tǒng)的控制精度和控制的靈活性，而且在多回路的巡回采樣及控制中具有傳統(tǒng)模擬儀表無法比擬的性能價格比。 80 年代中后期，隨著工業(yè)系統(tǒng)的日益復雜，控制回路的進一步增多，單一的 DDC控制系統(tǒng)已經不能滿足現場的生產控制要求和生產工作的管理要求，同時中小型計算機和微機的性能價格比有了很大提高 。于是，由中小型計算機和微機共同作用的分層控制系統(tǒng)得到大量應用。 進入 90 年代以后，由于計算機網絡技術的迅猛發(fā)展，使得 DCS 系統(tǒng)得到進一步發(fā)展，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性，在今天的工業(yè)控制領域 DCS 仍然占據著主導地位，但是 DCS 不具備開放性，布線復雜，費用較高，不同廠家產品的集成存在很大困難。 從八十年代后期開始，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，許多傳感器、執(zhí)行機構、驅動裝置等現場設備智能化，人們便開始尋求用一根通信電纜將具有統(tǒng)一的通信協(xié)議通信接口的現場設備連接起來，在設備層傳遞的不再是 I/O（ 4～ 20mA/24VDC）信號，而是數字信號，這就是現場總線。由于它解決了網絡控制系統(tǒng)的自身可靠性和開放性問題，現場總線技術逐漸成為了計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 21 2 離心機控制要求 燒堿系統(tǒng)中的鹽堿分離離心機的分離過程是一個順序循環(huán)的工作過程，根據其工藝流程共分加料、母液、水洗、熔鹽、刮刀、稀母液、大洗等 7 個工步，依靠加料閥、母液閥、水洗閥、稀母液閥、熔鹽閥，刮刀閥，大洗閥等 7 個電磁閥的通斷電來配合完成上述工步過程。由圖 可知，只有前 6 步工作做連續(xù)循環(huán) 12 次后方可進入大洗工步，待大洗完畢后再進入下一次大循環(huán)。如此往 復循環(huán)，直到按下復位按鈕后，整個系統(tǒng)才停止運行。 表 各電磁閥的狀態(tài)表 注：“ +”表示電磁閥通電，“ ”表示電磁閥斷電 加料 母液 水洗 稀母液 熔鹽 刮刀 大洗 1 加料閥 + 2 母液閥 + 3 水洗閥 + + 4 稀母液 閥 + + + + 5 熔鹽閥 + + + 6 刮刀閥 + + + 7 大洗閥 + 步驟 驟 開 關 狀 態(tài) 閥 門 北華大學畢業(yè)設計（論文） 22 初 始 化水 洗加 料母 液加 料 6 次稀 母 液熔 鹽刮 刀循 環(huán) 1 2 次大 洗加 料加 料5 、 6 通 電1 通 電2 通 電3 、 4 通 電4 、 5 、 6 通 電3 、 7 通 電4 、 5 、 6 通 電4 、 5 、 6 通 電起 動是否是否延 時 7 S延 時 1 0 S延 時 5 S延 時 1 0 S延 時 3 0 S延 時 2 4 S延 時 3 0 S 圖 鹽堿分離離心機的工藝流程 北華大學畢業(yè)設計（論文） 23 3 PLC控制系統(tǒng)的硬件設計 PLC的選型 PLC 機型的選擇應是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護使用方便以及最佳的性能價格比。具體應考慮以下幾方面： （ 1）性能與任務相適應 對于小型單臺、僅需要數字量控制的設備，一般的小型PLC（如西門子公司的 S7200 系列、 OMRON 公司的 CPM1/CPM2 系列、三菱的 FX 系列等）都可以滿足要求。 對于以數字量控制為主，帶少量模擬量控制的應用系統(tǒng)，如工業(yè)生產中常遇到的溫度、壓力 、流量等連續(xù)量的控制，應選用帶有 A/D 轉換的模擬量輸入模塊和帶 D/A 轉換的模擬量輸出模塊，配接相應的傳感器、變送器（對溫度控制系統(tǒng)可選用溫度傳感器直接輸入的溫度模塊）和驅動裝置，并選擇運算、數據處理功能較強的小型 PLC（如西門子公司的 S7200 或 S7300 系列、 OMRON 的公司的 CQM1/CQM1H 系列等）。 對于控制比較復雜，控制功能要求更高的工程項目，例如要求實現 PID 運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網等功能時，可視控制規(guī)模及復雜程度，選用中檔或高檔機（如西門子公司的 S7300 或 S7400 系列、 OMRON 的公司的 C200H 或 CV/CVM1 系列、 AB 公司的Control Logix 系列等）。 （ 2）結構上合理、安裝要方便、機型上應統(tǒng)一按照物理結構， PLC 分為整體式和模塊式。整體式每一 I/O 點的平均價格比模塊式的便宜，所以人們一般傾向于在小型控制系統(tǒng)中采用整體式 PLC。但是模塊式 PLC 的功能擴展方便靈活， I/O 點數的多少、輸入點數與輸出點數的比例、 I/O 模塊的種類和塊數、特殊 I/O 模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式 PLC 大得多，維修時更換模塊、判斷故障范圍也很方便。因此，對于較復雜的和要求較高的系統(tǒng)一般應選 用模塊式 PLC。 根據 I/O 設備距 PLC 之間的距離和分布范圍確定 PLC 的安裝方式為集中式、遠程I/O 式還是多臺 PLC 聯(lián)網的分布式。 對于一個企業(yè)，控制系統(tǒng)設計中應盡量做到機型統(tǒng)一。因為同一機型的 PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購與管理；其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術力量的培訓、技術水平的提高和功能的開發(fā)；其外部設備通用，資源可共享。同一機型 PLC的另一個好處是，在使用上位計算機對 PLC 進行管理和控制時，通信程序的編制比較方便。這樣，容易把控制各獨立的多臺 PLC 聯(lián)成一個多級分布式系統(tǒng)，相互通信，集中管理，充分發(fā)揮網絡通信的優(yōu)勢。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 24 （ 3）是否滿足響應時間的要求 由于現代 PLC 有足夠高的速度處理大量的 I/O 數據和解算梯形圖邏輯，因此對于大多數應用場合來說， PLC 的響應時間并不是主要的問題。然而，對于某些個別的場合，則要求考慮 PLC 的響應時間。為了減少 PLC 的 I/O響應延遲時間，可以選用掃描速度高的 PLC，使用高速 I/O 處理這一類功能指令，或選用快速響應模塊和中斷輸入模塊。 （ 4） 對聯(lián)網通信功能的要求 近年來，隨著工廠自動化的迅速發(fā)展，企業(yè)內小到一塊溫度控制儀表的 RS485 串行通信、大到一套制造系統(tǒng)的以 太網管理層的通信，應該說一般的電氣控制產品都有了通信功能。 PLC 作為工廠自動化的主要控制器件，大多數產品都具有通信聯(lián)網能力。選擇時應根據需要選擇通信方式。 （ 5）其他特殊要求 考慮被控對象對于模擬量的閉環(huán)控制、高速計數、運動控制和人機界面（ HMI）等方面的特殊要求，可以選用有相應特殊 I/O 模塊的 PLC。對可靠性要求極高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備份系統(tǒng)。 因為 103 廠采用西門子系列 PLC 產品，因此為了保持機型統(tǒng)一，選用西門子 S7300 系列 PLC。 PLC容量估算 I/O 點數的估算 PLC 的 I/O 點數的確定以系統(tǒng)實際的輸入輸出點數為基礎確定。在 I/O 點數的確定時，應留有適當余量。通常 I/O 點數可按實際需要的 10～ 15%考慮余量；當 I/O 模塊較多時，一般按上述比例留出備用模塊。 本系統(tǒng)中有手動控制按鈕 13 個，因此有輸入 13 點；輸出控制信號 9 個，指示信號9 個，因此共有輸出 18 點?？紤]到今后的調整和擴充，選定 PLC 的 I/O 能力應最小為40 點。 PLC 存儲器容量估算 用戶程序占用多少存儲容量與許多因素有關，如 I/O 點數、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此在程序編制前只能粗略的估算。 根據經驗，每個 I/O 點及有關功能器件大概占用的內存大致如下： 開關量輸入所需存儲器字數為：輸入點 數 10 開關量輸出所需存儲器字數為：輸出點數 8 定時器 /計數器所需存儲器字數為：定時 /計數器數量 2 模擬量所需存儲器字節(jié)數為：模擬量通道數 100 北華大學畢業(yè)設計（論文） 25 通信接口所需存儲器字節(jié)數為：接口數量 300 存儲器的總字數再加上一個備用容量即為存儲器容量。例如，作為一般應用下的經驗公式是： 所需存儲器容量 （ KB） =（ 1~） （ DI 10+DO 8+T/C 2+AI/AO 100+CP 300)/1024 其中： DI 為數字量輸 入點總數； DO 為數字量輸出總點數； T/C 為定時器 /計數器總數；AI/AO 為模擬量 I/O 通道總數； CP 為通信接口總數。 根據上面的經驗公式得到的存儲器的容量估算值為： I/O 模塊的選擇 在 PLC 控制系統(tǒng)中，為了實現對生產過程的控制，要將對象的各種測量參數，按要求的方式送入 PLC。 PLC 經過運算、處理后，再將結果以數字量的形式輸出，此時也要把該輸出變換為適合于對生產過程進行控制的量。所以，在 PLC 和生產過程之間，必須設置信息的傳遞和變換裝置。這個裝置就是輸入 /輸出（ I/O）模塊。不同的信號形式，需要不 同類型的 I/O 模塊。對 PLC 來講，信號形式可分為四類。 （ 1） 數字量輸入信號 生產設備或控制系統(tǒng)的許多狀態(tài)信息，如開關、按鈕、繼電器的觸點等，它們只有兩種狀態(tài)：通或斷，對這類信號的拾取需要通過數字量輸入模塊來實現。輸入模塊最常見的為 24V 直流輸入，還有直流 5V、 12V、 48V，交流 115V/220V 等。按公共端接入正負電位不同分為漏型和源型。 有的 PLC 即可以源型接線，也可以漏型接線，比如 S7200。當公共端接入負電位時，就是源型接線；接入正電位時，就是漏型接線。 有的PLC 只能接成其中一種 。 （ 2） 數字量輸出信號 還有許多控制對象，如指示燈的亮和滅、電機的啟動和停止、晶閘管的通和斷、閥門的打開和關閉等，對它們的控制只需通過二值邏輯“ 1”和“ 0”來實現。這種信號通過數字量輸出模塊去驅動。數字量輸出模塊按輸出方式不同分為繼電器輸出型、晶體管輸出型、晶閘管輸出型等。此外，輸出電壓值和輸出電流值也各有不同。 （ 3） 模擬量輸入信號 北華大學畢業(yè)設計（論文） 26 生產過程的許多參數，如溫度、壓力、液位、流量都可以通過不同的檢測裝置轉換為相應的模擬量信號，然后再將其轉換為數字信號輸入 PLC。完成這一任務的就是模擬量輸入模塊。 （ 4） 模擬量輸出信號 生產設備或過程的許多執(zhí) 行機構，往往要求用模擬信號來控制，而 PLC 輸出的控制信號是數字量，這就要求有相應的模塊將其轉換為模擬量。這種模塊就是模擬量輸出模塊。 典型模擬量模塊的量程為 10V～ +10V、 0～ +10V、 4～ 20mA 等，可根據實際需要選用，同時還應考慮其分辨率和轉換精度等因素。一些 PLC 制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如熱電阻 RTD、熱電偶等信號） 此外，有些傳感器如旋轉編碼器輸出的是一連串的脈沖，并且輸出的頻率較高（ 20kHz 以上），盡管這些脈沖信號也可算作數字量，但普通數字量