【正文】 影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。 PLC 的指令都是針對(duì)元器件狀態(tài)而言的，使用是可以將它們看成是由繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等元件構(gòu)成的組合體。內(nèi)部設(shè)置了編程使用的各種元器件，他們都是軟器件，以程序?qū)崿F(xiàn)各元件之間的連接。 21 第三章 高爐上料自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的 程序 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)程序由 PLC 制造廠商設(shè)計(jì)編寫的，并存入 PLC 的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等 。 軟件開發(fā)平臺(tái)和編程語言的選擇 PLC 的用戶程序是用戶利用 PLC 的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在 PLC 的應(yīng)用中，最重要的是用 PLC 的編程語言來編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于 PLC 是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力， PLC 的主要編程語言采用比計(jì)算機(jī)語言相對(duì)簡(jiǎn)單、易懂、形象的專用語言 [18]。 PLC 軟件系統(tǒng)及常用編程語言 不同的商家的 PLC 有不同的編程語言，但就某個(gè)商家而言， PLC 的編程語言也就那么幾種。下 面，以西門子 PLC 的編程語言為例，說明一下，各種編程語言的異同。 順序功能圖（ SFC－ SEAUENTIAL FUCTION Chart） ： 這是位于其它編程語言之上的圖形語言，用來編程順序控制的程序（如：機(jī)械手控制程序）。編寫時(shí)，工藝過程被劃分為若干個(gè)順序出現(xiàn)的步，每步中包括控制輸出的動(dòng)作，從一步到另一步的轉(zhuǎn)換由轉(zhuǎn)換條件來控制，特別適合于生產(chǎn)制造過程。西門子 STEP7 中的該編程語言是 S7 Graph。 梯形圖（ LAD－ LADDER Diagram） ： 這是使用使用最多的 PLC 編程語言。因與繼電器電路很相 似，具有直觀易懂的特點(diǎn)，很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員所掌握，特別適合于數(shù)字量邏輯控制。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的指令構(gòu)成。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，線圈 代表邏輯運(yùn)算結(jié)果，常用來控制的指示燈，開關(guān)和內(nèi)部的標(biāo)志位等。指令框用來表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算等附加指令。在程序中，最左邊是主信號(hào)流，信號(hào)流總是從左向右流動(dòng)的。不適合于編寫大型控制程序。 語句表（ STL－ STATEMENT List） ： 語句表 是一種類似于微機(jī)匯編語言的一種文本編程語言，由多條語句組成一個(gè)程序段。語言表適合于經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員使用 ，可以實(shí)現(xiàn)某些梯形圖不能實(shí)現(xiàn)的功能。 22 功能塊圖（ FBD－ Function Block Diagram） ： 功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號(hào)來表示控制邏輯，一些復(fù)雜的功能用指令框表示，適合于有數(shù)字電路基礎(chǔ)的編程人員使用。功能塊圖用類似于與門、或門的框圖來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示 “ 非 ” 運(yùn)算，方框用 “ 導(dǎo)線 ” 連在一起，信號(hào)自左向右。 結(jié)構(gòu)化文本（ ST－ Structured Text） ： 結(jié)構(gòu)化文本（ ST）是為 IEC61131－ 3 標(biāo) 準(zhǔn)創(chuàng)建的一種專用的高級(jí)編程語言。與梯形圖相比，它實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，編寫的程序非常簡(jiǎn)潔和緊湊。 STEP7 的 S7 SCL 結(jié)構(gòu)化控制語言，編程結(jié)構(gòu)和 C語言和 Pascal 語言相似，特別適合于習(xí)慣于使用高級(jí)語言編程的人使用 [10]。 軟件開發(fā)平臺(tái) 德國(guó)西門子（ SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（ SIEMENS）公司的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO， S7200，S7300， S7400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)， HMI 人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 西 門子 S7 系列 PLC 體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強(qiáng)，可靠性更高。 S7 系列 PLC 產(chǎn)品可分為微型 PLC（如 S7200），小規(guī)模性能要求的 PLC（如 S7300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7400）等。 SIMATIC S7200 PLC： S7200 PLC 是超小型化的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制等。 S7200 PLC 的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 S7200PLC 可提供 4 個(gè)不同的基本型號(hào)與 8 種 CPU可供選擇使用。 SIMATIC S7300 PLC： S7300 是模塊化小型 PLC 系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與 S7200 PLC 比較， S7300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（ ~ s）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實(shí)現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個(gè)帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在 S7300 操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大減少。SIMATIC 人機(jī)界面（ HMI）從 S7300 中取得數(shù)據(jù)， S7300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。 S7300 操作系統(tǒng)自動(dòng)地處理數(shù)據(jù)的傳送； CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時(shí)，模塊更換，等等）；多級(jí)口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改； S7300 PLC 設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)鑰匙拔出時(shí)，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強(qiáng)大的通信功能， S7300 PLC 可通過編程軟件 Step 7 的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組 態(tài)非常容易、簡(jiǎn)單。 S7300 PLC 具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接 ASI 總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（ MPI）集成在 CPU中，用于同時(shí)連接編程器、 PC 機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他 SIMATIC S7/M7/C7 等自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 23 SIMATIC S7400 PLC： S7400 PLC 是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7400 PLC 采用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，可靠耐用，同時(shí)可以選用多種級(jí)別（功能逐步升級(jí)）的 CPU，并配有多種通用功 能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級(jí)時(shí)，只要 適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級(jí)和充分滿足需要 [11]。 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò) ： 通訊網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供了從控制級(jí)一直到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的一致性通訊，“ SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動(dòng)化站以及通過不同的級(jí)交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相互之間完全兼容。 人機(jī)界面（ HMI）硬件 ： HMI 硬件配合 PLC 使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板 TD200（可顯示中文）， OP3， OP7， OP17 等；圖形 /文本操作面板 OP27，OP37 等，觸摸屏操作面板 TP7， TP27/37， TP170A/B 等； SIMATIC 面板型 PC670 等。個(gè)人計(jì)算機(jī)（ PC）也可以作為 HMI 硬件使用。 HMI 硬件需要經(jīng)過軟件（如 PROTEL）組態(tài)才能配合 PLC 使用 [12]。 高爐上料自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng) 的流程圖 設(shè)計(jì) 當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕且小車在下限位置時(shí)，合上秤斗閘門開動(dòng)合觸點(diǎn)，閘門開啟電機(jī)啟動(dòng)。 秤斗閘門關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)閘門閉合電機(jī)啟動(dòng)，鐵礦皮帶開動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)鐵礦皮帶開啟電機(jī)啟動(dòng)。同 時(shí)計(jì)時(shí)器 T45 開始計(jì)時(shí)，時(shí)限 3S。 3S 后鐵礦料斗開動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，鐵礦料斗開啟電機(jī)啟動(dòng)。計(jì)時(shí)器 T37 開始計(jì)時(shí)，時(shí)限 5S。 在過 5S 后，當(dāng)焦炭皮帶開動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，鐵礦料斗關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器 T38 開始計(jì)時(shí)。 5S 過 后，當(dāng)鐵礦皮帶關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，鐵礦皮帶關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)。 當(dāng)焦炭皮帶開動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，焦炭皮帶開啟電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器 T46 開始計(jì)時(shí) 3S 過 后，當(dāng)焦炭料斗開動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，焦炭料斗開啟電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器 T39 開始計(jì)時(shí)。 5S 過 后，當(dāng)焦炭料斗關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，焦炭料斗關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器 T40 開始計(jì)時(shí)。 5S 過 后，當(dāng)焦炭皮帶關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，焦炭皮帶關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)。 當(dāng)小車到達(dá)下限位置時(shí)，鐵礦皮帶開啟電機(jī)啟動(dòng)。 當(dāng)小車到達(dá)上限位置時(shí)，且小盅開動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，小盅開啟電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器 T41開始計(jì)時(shí)。 10S 后，且小盅關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，小盅關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)。 布料器開動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，布料器啟動(dòng)。 T42 開始計(jì)時(shí)。 10S 后，且大盅開動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，大盅開啟電機(jī)啟動(dòng)， T43 開始計(jì)時(shí)。 24 10S 后，且大盅關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，大盅關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)， T44 開始計(jì)時(shí)。 5S 后，且布料器關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，布料器關(guān)閉，小車下行。 系統(tǒng)的流程圖如圖 所示。 25 26 圖 系統(tǒng)流程圖 Flow chart of system 27 高爐上料自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的梯形圖 設(shè)計(jì) 梯形圖是使用最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號(hào)和表達(dá)式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電器技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級(jí)語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后在去執(zhí)行。 系統(tǒng)的梯形圖如圖 所示。 當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕且小車在下限位置時(shí)，合上 秤斗 閘門 開動(dòng)合觸點(diǎn) ，閘門開啟電機(jī)啟動(dòng)。 秤斗閘門關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn) 閉合時(shí)閘門閉合電機(jī)啟動(dòng)， 鐵礦皮帶開動(dòng)合觸點(diǎn) 閉合時(shí) 鐵礦皮帶開啟 電機(jī)啟動(dòng)。同時(shí)計(jì)時(shí)器 T45 開始計(jì)時(shí)，時(shí)限 3S。 3S 后 鐵礦料斗開動(dòng)合觸點(diǎn) 閉合， 鐵礦料斗開啟 電機(jī)啟動(dòng)。計(jì)時(shí)器 T37 開始計(jì)時(shí)，時(shí)限 5S。 5S 后，當(dāng) 焦炭皮帶開動(dòng)合觸點(diǎn) 閉合， 鐵礦料斗關(guān)閉 電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器 T38 開始計(jì)時(shí)。 5S 后， 當(dāng) 鐵礦皮帶關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn) 閉合， 鐵礦皮帶關(guān)閉 電機(jī)啟動(dòng)。 當(dāng) 焦炭皮帶開動(dòng)合觸點(diǎn) 閉合時(shí)， 焦炭皮帶開啟 電機(jī)啟動(dòng)， 同時(shí)計(jì)時(shí)器 T46 開始 計(jì)時(shí)。 3S 后，當(dāng) 焦炭料斗開動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，焦炭料斗開啟電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器 T39 開始計(jì)時(shí)。 5S 后，當(dāng)焦炭料斗關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，焦炭料斗關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器 T40 開始計(jì)時(shí)。 5S 后，當(dāng)焦炭皮帶關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，焦炭皮帶關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)。 當(dāng)小車到達(dá)下限位置時(shí)，鐵礦皮帶開啟電機(jī)啟動(dòng)。 當(dāng)小車到達(dá)上限位置時(shí)， 且 小盅開動(dòng)合觸點(diǎn) 閉合時(shí)， 小盅開啟 電機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)計(jì)時(shí)器 T41開始計(jì)時(shí)。 10S 后，且小盅關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)，小盅關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)。 布料器開動(dòng)合觸點(diǎn)閉合時(shí)， 布料器 啟動(dòng)。 T42 開始計(jì)時(shí)。 10S 后，且 大盅開動(dòng) 合觸點(diǎn) 閉合時(shí)， 大盅開啟 電機(jī)啟動(dòng)， T43開始計(jì)時(shí)。 10S 后，且 大盅關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn) 閉合時(shí)， 大盅 關(guān)閉電機(jī)啟動(dòng)， T44開始計(jì)時(shí)。 5S 后，且 布料器關(guān)動(dòng)合觸點(diǎn) 閉合時(shí)，布料器關(guān)閉，小車下行。 28 29 30 圖 系統(tǒng)梯形圖 Trapezoidal chart of system 小 結(jié) 本章主要介紹了軟件開發(fā)平臺(tái)和編程語言的選擇，畫出了系統(tǒng)的流程圖，并根據(jù)流程圖編出了系統(tǒng)的編程語言，由于梯形圖語言易學(xué)易懂，所以系統(tǒng)的編程語言選擇了梯形圖編程語言。 程序設(shè)計(jì)的方法有多種：根據(jù)繼電器的電 路原理圖設(shè)計(jì) PLC 的梯形圖程序；用功能流程圖法設(shè)計(jì) PLC 的梯形圖。 流程圖是流經(jīng)一個(gè)系統(tǒng)的信息流、觀點(diǎn)流或部件流的圖形代表。使用圖形表示算法的思路是一種極好的方法 ,因?yàn)榍а匀f語不如一張圖。 PLC 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處理分支、中斷、自診斷能力。 PLC 技術(shù)的邏輯控制功能通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，柔性強(qiáng)，控制功能多，控制線路大大簡(jiǎn)化。 S7— 200 PLC 的編程軟件為 STEP7 Micro／ wIN32，是一種基于 windows 平臺(tái)的應(yīng)用軟件，它可以使用通 用的個(gè)人計(jì)算機(jī)作為圖形編輯器，用于在線或離線開發(fā)用戶程序，用于在線對(duì) PLC 進(jìn)行各種操作，并且可以在線實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 本文的各種控制器均采用梯形圖 LAD 語言 [7]編制，邏輯關(guān)系反映得形象、直觀，操作更簡(jiǎn)便、可靠，指示更清晰。 PLC 軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語言翻譯成機(jī)器語言，診斷機(jī)器故障 [5]。系統(tǒng)軟件由 PLC 廠家提供并已固化在 EPROM 中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制要求，用 PLC 的程序語言編 制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實(shí)現(xiàn)各種控制。 STEP7 是用于 SIMATIC 可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7 來進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。 31 第四章 高爐上料自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)