【正文】 際應用變化時，PLC 可以相應地進行擴展，并可非常容易的調(diào)整用戶程序。其電源與公共端子圖如圖 42。R A A + A R B B + B R C C + C R D D + D E M 2 3 1A I 4M L +C o n f i g r a t i o nG a i n+電壓變送器未用輸入端電流變送器2 4 V+N o t u s e d2 4 V D C 電源和公共端子圖42 EM231電源與公共端子圖 控制系統(tǒng)硬件配置 S7200 PLC 的擴展模塊S7200 PLC 可以安裝在板上，也可以安裝在標準 DIN 導軌上，利用總線連接電纜，可以很容易的把 CPU 模塊和擴展模塊連接在一起 [16]。需要連接的擴展模塊較多時，模塊連接起來會過長，兩組模塊之間可使用擴展連接電纜，將模塊安裝成兩排。信號處理模塊主要分為四類：開關量輸入 DI、開關量輸出 DO、模擬量輸入 AI、模擬量輸出 AO；東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）23擴展方擴展方法如圖 43 所示。圖 43 S7200 擴展圖啤酒發(fā)酵控制原理可以得出：每只發(fā)酵罐需要有上溫、中溫、下溫、壓力四個模擬量需要測量，有些情況需要對發(fā)酵罐的液位進行測量；上溫、中溫、下溫 3 個溫度各需要一個二位式電磁閥進行控制，罐內(nèi)壓力需要一個二位式電磁閥進行控制。所以每只發(fā)酵罐的 I/O 點數(shù)為 5 個模擬量、36 個開關量考慮到 CPU226 主機上的 I/O 口不夠多必須對它進行擴展，在這選用 EM 221 CN 數(shù)字量輸入模塊（6ES7 211～1BF22～0XA8） 、EM 222 CN 數(shù)字量輸出模塊（ 6ES7 222～1HF220XA8） 、模擬量擴展模塊 EM231CNAI4X12位。其擴展圖如圖 44。圖 44 模塊擴展連接圖 其他資源配置除了 PLC 必需的 I/O 擴展模塊之外，另外涉及的設備儀表有測溫用 Pt100 鉑電阻溫度變送器、壓力變送器、液位變送器等。根據(jù)啤酒發(fā)酵的特點，啤酒發(fā)酵過程的溫度范圍最低可以到1 攝氏度以下，最高到12 攝氏度以上，一般可以選擇的量程為10～90 攝氏度的溫度變送器；壓力變送器可以選擇量程為 0～200Kpa 或者 0～400Kpa 。中央處理單元CPU226EM221DI8DC24VEM222DO8DC24VEM222DO8DC24VEM231AO4DC24VEM231AO4DC24V東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）24 啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 分配 I/O 地址分配根據(jù)啤酒發(fā)酵溫度控制的工藝流程及實際需求，確定整個系統(tǒng)共有 26 個輸入點，其中 5 個模擬量；16 個輸出點，考慮到系統(tǒng)的擴展留有少量冗余，因此選用西門子 S7226PLC CPU 模塊 1 塊、 EM221 擴展模塊 1 塊、EM222 擴展模塊 2 塊、EM231 模擬量擴展模塊 2 塊。本機及擴展模塊 I/O 地址分配見表 44。表 44 本機及擴展模塊 I/O 地址分配輸入信號 輸出信號符號 地址 注解 符號 地址 注解k1 系統(tǒng)啟動 bengyx 麥汁進罐泵運行k2 系統(tǒng)急停 mgwdbczs 滿罐溫度保持指示s1 手動方式 zjzrswdzs 主酵自然升溫段指示s2 自動方式 sythydzs 雙乙酰還原階段指示qdmzjg 啟動麥汁進罐 jwbwdzs 降溫保溫階段指示gbmxjg 關閉麥汁進罐 hjbwjdzs 后酵保溫階段指示mgwdbc 滿罐溫度保持 dejwjdzs 第二降溫階段指示zjzrswd 主酵自然升溫段 cjbwjdzs 貯酒保溫階段指示sythyd 雙乙酰還原階段 shanglkf 上冷媒開關電磁閥jwbwd 降溫保溫階段 zhonglkf 中冷媒開關電磁閥hjbwjd 后酵保溫階段 xialkf 下冷媒開關電磁閥dejwjd 第二降溫階段 ylpqfyx 發(fā)酵罐排氣閥cjbwjd 貯酒保溫階段 yalicxbj 壓力超限報警kshang 開上冷媒開關電磁閥 wdcxbj 溫度超限報警kzhong 開中冷媒開關電磁閥 zdyxzt 自動運行狀態(tài)kxia 開下冷媒開關電磁閥 shangwd AIW6 發(fā)酵罐上部溫度gshang 關上冷媒開關電磁閥 zhongwd AIW8 發(fā)酵罐中部溫度gzhong 關中冷媒開關電磁閥 xiawd AIW10 發(fā)酵罐下部溫度gxia 關下冷媒開關電磁閥 fjgyali AIW12 發(fā)酵罐壓力kylpqf 開發(fā)酵罐排氣閥 fjgyewei AIW16 發(fā)酵罐液位gylpqf 關發(fā)酵罐排氣閥PLC外部接線圖示意圖如圖45。東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）25S7200可編程控制器 CPU226EM231I 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 1I 1 . 2I 1 . 3I 1 . 4I 1 . 5I 1 . 6I 1 . 7I 2 . 0I 2 . 7ML +Q 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 6Q 0 . 7Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2Q 1 . 3Q 1 . 4Q 1 . 5Q 1 . 6Q 1 . 7NL 1R A +R B +R C +I OL +MR B +R C +I OL +MEM231R A +手動方式自動方式啟動麥汁進罐關閉麥汁進罐開上冷媒開關電磁閥開中冷媒開關電磁閥開下冷媒開關電磁閥關上冷媒開關電磁閥關中冷媒開關電磁閥關下冷媒開關電磁閥開發(fā)酵罐排氣閥關發(fā)酵罐排氣閥系統(tǒng)啟動系統(tǒng)急停上冷媒開關電磁閥中冷媒開關電磁閥下冷媒開關電磁閥發(fā)酵罐排氣閥壓力超限報警溫度超限報警交流電流A C 2 2 0 V發(fā)酵罐上部溫度變送器發(fā)酵罐中部溫度變送器發(fā)酵罐下部溫度變送器發(fā)酵罐壓力變送器發(fā)酵罐液位變送器D C 2 4 V 端子排0 V 端子排D C 2 4 V 端子排0 V 端子排D C 2 4 V 端子排0 V 端子排D C 2 4 V 端子排T D 2 0 0 顯示器I 3 . 0I 3 . 7I 4 . 0I 4 . 1I 4 . 2I 4 . 3I 4 . 4I 4 . 5I 4 . 6I 4 . 7ML +EM221EM222EM222Q 2 . 0Q 2 . 7Q 3 . 0Q 3 . 1Q 3 . 2Q 3 . 3Q 3 . 4Q 3 . 5Q 3 . 6Q 3 . 7ML +Q 4 . 0Q 4 . 1Q 4 . 2Q 4 . 3Q 4 . 4Q 4 . 7ML +滿罐溫度保持主酵自然升溫段雙乙酰還原階段降溫保溫階段后酵保溫階段第二降溫階段貯酒保溫階段麥汁進罐泵運行自動運行狀態(tài)滿罐溫度保持指示主酵自然升溫段指示雙乙酰還原階段指示降溫保溫階段指示后酵保溫階段指示第二降溫階段指示貯酒保溫階段指示D C 2 4 V 端子排0 V 端子排D C 2 4 V 端子排0 V 端子排D C 2 4 V 端子排0 V 端子排圖 45 PLC 外部接線示意圖東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）26 本章小結(jié)本章將 PLC 引入啤酒發(fā)酵控制方案，對各個階段溫度要求做了研究，對方案中 PLC輸入/ 輸出節(jié)點、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)組成等做了詳細的論述，確定了 CPU 選型以及硬件配置，進而對 I/O 分配和 PLC 外部接線做了設計。東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）27第 5 章 PLC 實現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度控制的程序設計 編程軟件的介紹 指令系統(tǒng)可編程序控制器中所有指令的集合，就稱它為指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)是表征 PLC 性能的重要指標，他的格式與功能硬件緊密聯(lián)系，而且直接影響程序的編制，從而影響機器系統(tǒng)的應用范圍。目前，生產(chǎn)可編程序控制器的廠家非常多，各廠家都在不斷地開發(fā)和發(fā)展自己的產(chǎn)品。在一些國際組織，如 IEC（國際電工委員會）制定的 PLC 輪廓性標準的限制下，雖然大部分 PLC 提供可相似的基本指令，但不同廠家的獨立性造成各種 PLC 指令在表示和操作上有一些差別 [17]。S7200 系列 PLC 主機中有兩類基本指令集： SIMATIC 指令集和 IEC 11313 指令集，程序員可以任選一種。提供了許多類型的指令完成廣泛的自動化任務。SIMATIC 指令集：是為 S7200 系列 PLC 設計的，本指令通常執(zhí)行時間短，而且可以用 LAD、STL 和 FBD 三種編程語言 [18]。IEC 11313 指令集是不同 PLC 廠家的指令標準，他不能使用 STL 編程語言。SIMATIC 指令集中的部分指令不屬于這個標準，兩種指令集在使用和執(zhí)行上也存在一定的區(qū)別，如 IEC 11311 指令中變量必須進行類型聲明，執(zhí)行時自動檢查指令參數(shù)并選擇合適的數(shù)據(jù)格式。利用計算機編程軟件 STEP 7 MicroWIN /WIN32 提供的不同的編程語言，可以利用這些指令創(chuàng)建控制程序，兩種指令集和所選用編程語言的可能組合如表 51 所示。此外工業(yè)軟件中的工程工具還提供程序員用的高級語言和圖形語言等多種方便的編程工具，工程人員可以根據(jù)自己的習慣在圖形化環(huán)境或匯編語言環(huán)境下進行編程。表 51 指令集和編程語言SIMATIC IEC 11313 指令語句表（STL）語言 沒有梯形圖（LAD）語言 梯形圖（LAD）語言功能塊圖（FBD）語言 功能塊圖（FBD）語言東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）28（1）語句表語句表（STL）語言類似于計算機的匯編語言，特別適合于來自計算機領域的工程人員，用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機器硬件的語言。一般來說，語句表語言在選用時主要應作如下考慮：① 它更適合與熟悉可編程序控制器結(jié)構原理及邏輯編程的有經(jīng)驗的程序員。② 由于助記符是二進制機器代碼的翻譯，兩者存在一一對應的關系，翻譯后的機器代碼被 CPU 直接執(zhí)行，用語句表編寫的控制程序在 PLC 主機中生成的源機器代碼最短，因而執(zhí)行速度最快。③ 用這種語言可以編寫出梯形圖和功能圖無法實現(xiàn)的程序。用 STEP 7 MicroWIN /WIN32 進行編程時，可以利用語句表編輯器查看用梯形圖或功能塊圖編寫的程序，反過來，不一定能夠全部用語句表現(xiàn)實出來。可見用語句表編程實現(xiàn)的功能多。（2）梯形圖梯形圖（LAD）最接近于繼電器接觸控制系統(tǒng)中的電器控制原理圖，是應用最多的一種編程語言。與計算機的語言相比，梯形圖可以看作是 PLC 的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構原理和硬件邏輯。因此，它很容易被一般的電氣工程設計人員和運行維護人員接受，是初學者理想的編程工具，所有廠商的可編程序控制器都支持梯形圖語言。（3）功能塊圖功能塊圖（FBD）的圖形結(jié)構與數(shù)字電子電路的結(jié)構極為相似。功能塊圖中每個模塊都有輸入和輸出端，輸入和輸出端的函數(shù)關系也是與、或、非、異或等邏輯，模塊之間的連接方式與電路的連接方式也基本相同。熟悉電路工作的編程人員習慣使用這種語言。比較三種語言的各自的特點最終選用梯形圖為主要的編程語言。 PLC 程序設計流程及原則PLC 程序設計一般應包括以下幾個步驟：（1）程序設計前的準備工作了解系統(tǒng)概況，形成整體概念。這一步工作主要是通過系統(tǒng)設計方案了解控制系統(tǒng)的全部功能、控制方式、輸入/輸出信號數(shù)量等。熟悉被控對象、編制出高質(zhì)量的程序。通過熟悉生產(chǎn)工藝，深入細致地了解設備間的關系及以后可能出現(xiàn)的問題，使程序設計有的放矢。充分利用手頭的硬件和軟件工具。例如，硬件工具：編程器、FIT（工廠智能終端） 。編程軟件：西門子 STEP 7 MicroWIN /WIN32（2）程序框圖設計這步的主要工作是根據(jù)控制系統(tǒng)具體情況，確定應用程序的基本結(jié)構、按程序設計標準繪制出程序結(jié)構框圖，然后再根據(jù)工藝要求，繪制出各功能單元的詳細功能框圖。（3）編寫程序東北石油大學本科生畢業(yè)設計（論文）29編寫程序就是根據(jù)設計出的框圖逐條地編寫控制程序，這是整個程序設計工作的核心部分。本次畢業(yè)設計使用 STEP7 編程工具。另外，編寫程序過程中要及時地對編出的程序進行注釋，以免忘記其間的關系，要隨編隨注。（4）程序測試程序測試是整個程序設計工作中一項很重要的內(nèi)容，可以初步檢查程序的實際效果。（5）程序調(diào)試程序調(diào)試的任務是進一步診斷和改正軟件中的錯誤。（6）編寫程序說明書程序說明書是對程序的綜合說明，是整個程序設計工作的總結(jié)。PLC 系統(tǒng)控制程序的原則：控制軟件采用全符號化的梯形圖編寫。設計程序時應充分考慮系統(tǒng)的資源，盡量減少程序邏輯掃描時間，提高控制的實時性。