【正文】 定時(shí)時(shí)鐘 有(時(shí)鐘卡) 有(時(shí)鐘卡) 有(內(nèi)置) 有 (內(nèi)置)口令保護(hù) 有 有 有 有通信功能通信口數(shù)量 1(RS485) 1(RS485) 1(RS485)支持協(xié)議0 號(hào)口1 號(hào)口PPI，DP/T自由口N/APPI，DP/T自由口N/A PPI，DP/T自由口N/APPI，DP/T自由口(同 0 號(hào)口 ) 模擬量擴(kuò)展模塊 PLC 對(duì)模擬量信號(hào)的 PID 控制方式用可編程控制器對(duì)模擬量進(jìn)行 PID 控制時(shí)，可采用以下方式：(1) 用 PID 過程控制模塊：這種模塊的 PID 控制程序是可編程控制器生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的，并存放在模塊中，用戶在使用時(shí)只需設(shè)置一些參數(shù)，使用起來(lái)非常方便，一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路，但是，這種模塊價(jià)格昂貴，一般在大型的控制系統(tǒng)能中使用。(2) 用 PID 功能指令：現(xiàn)在很多可編程控制器都有供 PID 控制用的功能指令，如 S7200 的 PID 指令。它們實(shí)際上是用于 PID 控制的子程序，與模擬量輸入/輸出模塊一起使用，可以得到類似于使用 PID 過程控制模塊的效果，但是價(jià)格便宜的多。可以用 STEP7Micro/WIN32 編程軟件中的“指令向?qū)?”簡(jiǎn)單快速的設(shè)置 PID 程序中的各種參數(shù)，設(shè)置完成后，指令向?qū)ё詣?dòng)生成 PID 程序。(3) 用自編的程序?qū)崿F(xiàn) PID 閉環(huán)控制：有的可編程序控制器沒有 PID 過程控制模塊和 PID 控制用的功能指令，有時(shí)雖然可以使用 PID 控制指令，但是希望采用某種改進(jìn)的 PID 控制算法 [15]。在上述情況下都需要用戶自己編制 PID 控制程序。本系統(tǒng)需對(duì)啤酒發(fā)酵過程中溫度、壓力、液位、周期等工藝參數(shù)進(jìn)行全方位檢測(cè)控制，選擇 S7200PLC 主機(jī)，擴(kuò)展模擬量處理模塊，利用 PLC 提供的 PID 編程功能模塊，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模擬量的閉環(huán)控制。在模擬量閉環(huán)過程控制領(lǐng)域內(nèi)，擴(kuò)展模擬量處理模塊，如 EM23EM23EM235，根據(jù) PLC 提供的 PID 編程功能模塊，只需設(shè)定好 PID 參數(shù)， 運(yùn)行 PID 控制指令，就能求得輸出控制值，實(shí)現(xiàn)模擬量閉環(huán)控制。 模擬量擴(kuò)展模塊EM231模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能，優(yōu)點(diǎn)如下：? 最佳適應(yīng)性：可適用于復(fù)雜的控制場(chǎng)合? 直接與傳感器和執(zhí)行器相連，12 位的分辨率和多種輸入 /輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連，例如 EM235 CN 模塊可直接與 PT100 熱電阻相連? 靈活性：當(dāng)實(shí)際應(yīng)用變化時(shí)，PLC 可以相應(yīng)地進(jìn)行擴(kuò)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512R 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512 EM231電源與公共端子圖 控制系統(tǒng)硬件配置 S7200 PLC 的擴(kuò)展模塊S7200 PLC 可以安裝在板上，也可以安裝在標(biāo)準(zhǔn) DIN 導(dǎo)軌上，利用總線連接電纜，可以很容易的把 CPU 模塊和擴(kuò)展模塊連接在一起 [16]。需要連接的擴(kuò)展模塊較多時(shí)，模塊連接起來(lái)會(huì)過長(zhǎng)，兩組模塊之間可使用擴(kuò)展連接電纜，將模塊安裝成兩排。信號(hào)處理模塊主要分為四類：開關(guān)量輸入 DI、開關(guān)量輸出 DO、模擬量輸入 AI、模擬量輸出 AO；擴(kuò)展方擴(kuò)展方法如圖 513 所示。圖 513 S7200 擴(kuò)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(gè)模擬量需要測(cè)量，有些情況需要對(duì)發(fā)酵罐的液位進(jìn)行測(cè)量；上溫、中溫、下溫 3 個(gè)溫度各需要一個(gè)二位式電磁閥進(jìn)行控制，罐內(nèi)壓力需要一個(gè)二位式電磁閥進(jìn)行控制。所以每只發(fā)酵罐的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 5 個(gè)模擬量、36 個(gè)開關(guān)量考慮到 CPU226 主機(jī)上的 I/O 口不夠多必須對(duì)它進(jìn)行擴(kuò)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(kuò)展模塊 EM231CNAI4X12 位。其擴(kuò)展圖如圖 514。圖 514 模塊擴(kuò)展連接圖 其他資源配置 除了 PLC 必需的 I/O 擴(kuò)展模塊之外，另外涉及的設(shè)備儀表有測(cè)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(diǎn)，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 。 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(shí)際需求，確定整個(gè)系統(tǒng)共有 26 個(gè)輸入點(diǎn)，其中 5 個(gè)模擬量；16 個(gè)輸出點(diǎn)，考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展留有少量冗余，因此選用西門子 S7226PLC CPU 模塊 1 塊、EM221 擴(kuò)展模塊 1 塊、EM222 擴(kuò)展模塊 2 塊、EM231 模擬量擴(kuò)展模塊 2 塊。本機(jī)及擴(kuò)展模塊 I/O 地址分配見表 52。中央處理單元CPU226EM221DI8DC24VEM222DO8DC24VEM222DO8DC24VEM231AO4DC24VEM231AO4DC24V表 52 本機(jī)及擴(kuò)展模塊 I/O 地址分配輸入信號(hào) 輸出信號(hào)符號(hào) 地址 注解 符號(hào) 地址 注解s1 手動(dòng)方式 bengyx 麥汁進(jìn)罐泵運(yùn)行s2 自動(dòng)方式 mgwdbczs 滿罐溫度保持指示qdmzjg 啟動(dòng)麥汁進(jìn)罐 zjzrswdzs 主酵自然升溫段指示gbmxjg 關(guān)閉麥汁進(jìn)罐 sythydzs 雙乙酰還原階段指示mgwdbc 滿罐溫度保持 jwbwdzs 降溫保溫階段指示zjzrswd 主酵自然升溫段 hjbwjdzs 后酵保溫階段指示sythyd 雙乙酰還原階段 dejwjdzs 第二降溫階段指示jwbwd 降溫保溫階段 cjbwjdzs 貯酒保溫階段指示hjbwjd 后酵保溫階段 shanglkf 上冷媒開關(guān)電磁閥dejwjd 第二降溫階段 zhonglkf 中冷媒開關(guān)電磁閥cjbwjd 貯酒保溫階段 xialkf 下冷媒開關(guān)電磁閥kshang 開上冷媒開關(guān)電磁閥 ylpqfyx 發(fā)酵罐排氣閥kzhong 開中冷媒開關(guān)電磁閥 yalicxbj 壓力超限報(bào)警kxia 開下冷媒開關(guān)電磁閥 wdcxbj 溫度超限報(bào)警gshang 關(guān)上冷媒開關(guān)電磁閥 zdyxzt 自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)gzhong 關(guān)中冷媒開關(guān)電磁閥gxia 關(guān)下冷媒開關(guān)電磁閥kylpqf 開發(fā)酵罐排氣閥gylpqf 關(guān)發(fā)酵罐排氣閥shangwd AIW6 發(fā)酵罐上部溫度zhongwd AIW8 發(fā)酵罐中部溫度xiawd AIW10 發(fā)酵罐下部溫度f(wàn)jgyali AIW12 發(fā)酵罐壓力fjgyewei AIW16 發(fā)酵罐液位k1 系統(tǒng)啟動(dòng) k2 系統(tǒng)急停 PLC外部接線圖示意圖如圖521。S7200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(dòng)方式自動(dòng)方式啟動(dòng)麥汁進(jìn)罐關(guān)閉麥汁進(jìn)罐開上冷媒開關(guān)電磁閥開中冷媒開關(guān)電磁閥開下冷媒開關(guān)電磁閥關(guān)上冷媒開關(guān)電磁閥關(guān)中冷媒開關(guān)電磁閥關(guān)下冷媒開關(guān)電磁閥開發(fā)酵罐排氣閥關(guān)發(fā)酵罐排氣閥系統(tǒng)啟動(dòng)系統(tǒng)急停上冷媒開關(guān)電磁閥中冷媒開關(guān)電磁閥下冷媒開關(guān)電磁閥發(fā)酵罐排氣閥壓力超限報(bào)警溫度超限報(bào)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(jìn)罐泵運(yùn)行自動(dòng)運(yùn)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 521 PLC 外部接線示意圖6 PLC 實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵溫度控制的程序設(shè)計(jì) 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，就稱為它為指令系統(tǒng)。指令系統(tǒng)是表征 PLC 性能的重要指標(biāo)，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(jī)器系統(tǒng)的應(yīng)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(guó)際組織，如 IEC(國(guó)際電工委員會(huì))制定的 PLC 輪廓性標(biāo)準(zhǔn)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(dú)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(jī)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(dòng)化任務(wù)。SIMATIC 指令集：是為 S7200 系列 PLC 設(shè)計(jì)的，本指令通常執(zhí)行時(shí)間短，而且可以用 LAD、STL 和 FBD 三種編程語(yǔ)言。IEC 11313 指令集是不同 PLC 廠家的指令標(biāo)準(zhǔn)，他不能使用 STL 編程語(yǔ)言。SIMATIC 指令集中的部分指令不屬于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，良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(jìn)行類型聲明，執(zhí)行時(shí)自動(dòng)檢查指令參數(shù)并選擇合適的數(shù)據(jù)格式。利用計(jì)算機(jī)編程軟件 STEP 7 MicroWIN /WIN32 提供的不同的編程語(yǔ)言(編輯器)，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(yǔ)言的可能組合如表 61 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(jí)語(yǔ)言和圖形語(yǔ)言等多種方便的編程工具，工程人員可以根據(jù)自己的習(xí)慣在圖形化環(huán)境或匯編語(yǔ)言環(huán)境下進(jìn)行編程。表 61 指令集和編程語(yǔ)言(SIMATIC IEC 11313 指令沒有梯形圖（LAD ）語(yǔ)言功能塊圖（FBD）語(yǔ)言語(yǔ)句表（STL）語(yǔ)言梯形圖（LAD ）語(yǔ)言功能塊圖（FBD）語(yǔ)言1) 語(yǔ)句表 語(yǔ)句表(STL) 語(yǔ)言類似與計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別適合與來(lái)來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言。一般來(lái)說(shuō)，語(yǔ)句表語(yǔ)言在選用時(shí)主要應(yīng)作如下考慮：①它更適合與熟悉可編程序控制器結(jié)構(gòu)原理及邏輯編程的有經(jīng)驗(yàn)的程序員。②由于助記符是二進(jìn)制機(jī)器代碼的翻譯，兩者存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，翻譯后的機(jī)器代碼被 CPU 直接執(zhí)行，用語(yǔ)句表編寫的控制程序在 PLC 主機(jī)中生成的源機(jī)器代碼最短，因而執(zhí)行速度最快。③用這種語(yǔ)言可以編寫出梯形圖和功能圖無(wú)法實(shí)現(xiàn)的程序。用 STEP 7 MicroWIN /WIN32 進(jìn)行編程時(shí)，可以利用語(yǔ)句表編輯器查看用梯形圖或功能塊圖編寫的程序，反過來(lái)，不一定能夠全部用語(yǔ)句表現(xiàn)實(shí)出來(lái)。可見用語(yǔ)句表編程實(shí)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(yīng)用最多的一種編程語(yǔ)言。與計(jì)算機(jī)的語(yǔ)言相比，梯形圖可以看作是 PLC 的高級(jí)語(yǔ)言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯