【正文】 可見用語句表編程實(shí)現(xiàn)的功能多。③用這種語言可以編寫出梯形圖和功能圖無法實(shí)現(xiàn)的程序。一般來說，語句表語言在選用時(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。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(xí)慣在圖形化環(huán)境或匯編語言環(huán)境下進(jìn)行編程。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。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 三種編程語言。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。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。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)。本機(jī)及擴(kuò)展模塊 I/O 地址分配見表 52。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 。其擴(kuò)展圖如圖 514。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)模擬量需要測量，有些情況需要對發(fā)酵罐的液位進(jìn)行測量；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。需要連接的擴(kuò)展模塊較多時(shí)，模塊連接起來會(huì)過長，兩組模塊之間可使用擴(kuò)展連接電纜，將模塊安裝成兩排。 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。本系統(tǒng)需對啤酒發(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。(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]。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。表 51 S7200CPU 主要的性能指標(biāo)特性 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226外形尺寸 80*80*62 90*80*62 *80*62 190*8.*62存儲(chǔ)器用戶程序 2048 字 2048 字 4096 字 4096 字用戶數(shù)據(jù) 1024 字 1024 字 2560 字 2560 字用戶存儲(chǔ)器類型 EEPROM EEPROM EEPROM EEPROM數(shù)據(jù)后備(超級電容)典型值 50 小時(shí) 50 小時(shí) 50 小時(shí) 50 小時(shí)輸入輸出本機(jī) I/O 6 入 4 出 8 入/6 出 14 入/10 出 24 入/16 出擴(kuò)展模塊數(shù)量 無 2 個(gè)模塊 7 個(gè)模塊 72 個(gè)模塊數(shù)字量 I/O 映像區(qū)大小 256 256 256 256模擬量 I/O 映像區(qū)大小 無 16 如/16 出 32 入/32 出 32 入/32 出指令系統(tǒng)33MHZ 下布爾指令執(zhí)行速度 FOR/NEXT 循環(huán) 有 有 有 有實(shí)數(shù)指令 有 有 有 有整數(shù)指令 有 有 有 有主要內(nèi)部繼電器I/O 映像寄存器 128I 和 128Q 128I 和 128Q 128I 和 128Q 128I 和 128Q內(nèi)部通用繼電器 256 256 256 256計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 256/256 256/256 256/256 256/256寫入/寫出 無 16/16 32/32 32/32順序控制繼電器 256 256 256 256附加功能內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器 4H/W(20KHZ) 4H/W(20KHZ) 6H/W(20KHZ) 6H/W(20KHZ)模塊量調(diào)節(jié)電位器 1 1 2 2脈沖輸出 2(20KHZ，DC) 2(20KHZ，DC) 2(20KHZ，DC) 2(20KHZ，DC)通信中斷 1 發(fā)送/2 接收 1 發(fā)送/2 接收 1 發(fā)送/2 接收 1 發(fā)送/4 接收硬件輸入中斷 4，輸入濾波器 4，輸入濾波器 4，輸入濾波器 4，輸入濾波器定時(shí)中斷 2(1~255ms) 2(1~255ms) 2(1~255ms) 2(1~255ms)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 號口1 號口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 號口 ) 模擬量擴(kuò)展模塊 PLC 對模擬量信號的 PID 控制方式用可編程控制器對模擬量進(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。通過比較 S7200 四種 CPU 的各種技術(shù)指標(biāo)，選定 CPU226 為啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制的控制器。(4) CPU226 這種模塊在 CPU224 的基礎(chǔ)上功能又進(jìn)一步增強(qiáng)，主機(jī)輸入輸出點(diǎn)數(shù)增為 40 點(diǎn)，具有擴(kuò)展能力，最大擴(kuò)展為 248 點(diǎn)數(shù)字量或 35 點(diǎn)模擬量，增加了通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)，它可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。它的適應(yīng)范圍更廣。(1) CPU 221CPU221，輸入輸出點(diǎn)數(shù)只有 10 點(diǎn)，而且無擴(kuò)展能力，具有高速計(jì)數(shù)器和高速脈沖輸出端，CPU221 多用于點(diǎn)數(shù)較少的開關(guān)量控制系統(tǒng)中。第二代產(chǎn)品其 CPU 模塊為 CPU22X，是 21 世紀(jì)初投放市場的，速度快，具有較強(qiáng)的通信能力。顯示器 鍵盤上位計(jì)算機(jī)C P U D OD M A I A I A I D O現(xiàn)場傳感器 執(zhí)行裝置打印機(jī)圖 411 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖5 啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件配置 CPU 的選型SIMATIC S7200 系列是西門子公司生產(chǎn)的小型可編程程序控制器 [14]，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行速度快，有極豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，配有功能豐富的擴(kuò)展模塊，性能價(jià)格比非常高，在各行各業(yè)中的應(yīng)用迅速推廣，在規(guī)模不太大的控制領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。系統(tǒng)采用上下位機(jī)兩級遞階結(jié)構(gòu)。此外，為確保系統(tǒng)工作安全，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了手動(dòng)裝置。同時(shí)，相關(guān)數(shù)據(jù)通過 PLC 的通信接口單元和上位機(jī)通信鏈路傳至上位機(jī)和模擬屏。 表 42 輸入/輸出節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表輸入信號 輸出信號啟動(dòng)麥汁進(jìn)罐 手動(dòng)方式 麥汁進(jìn)罐泵運(yùn)行關(guān)閉麥汁進(jìn)罐 自動(dòng)方式 滿罐溫度保持指示滿罐溫度保持 開上冷媒開關(guān)電磁閥 主酵自然升溫段指示主酵自然升溫段 開中冷媒開關(guān)電磁閥 雙乙酞還原階段指示雙乙酞還原階段 開下冷媒開關(guān)電磁閥 降溫保溫階段指示降溫保溫階段 關(guān)上冷媒開關(guān)電磁閥 后酵保溫階段指示后酵保溫階段 關(guān)中冷媒開關(guān)電磁閥 第二降溫階段指示第二降溫階段 關(guān)下冷媒開關(guān)電磁閥 貯酒保溫階段指示貯酒保溫階段 開發(fā)酵罐排氣閥 上冷媒開關(guān)電磁閥發(fā)酵罐上部溫度 關(guān)發(fā)酵罐排氣閥 中冷媒開關(guān)電磁閥發(fā)酵罐中部溫度 系統(tǒng)啟動(dòng) SB1 下冷媒開關(guān)電磁閥發(fā)酵罐下部溫度 系統(tǒng)急停 SB2 發(fā)酵罐排氣閥發(fā)酵罐壓力 壓力超限報(bào)警發(fā)酵罐液位 溫度超限報(bào)警自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)首先，發(fā)酵工藝過程模擬量加溫度、壓力、液位以及各種閥門的狀態(tài)，進(jìn)人PLC。通過對系統(tǒng)的整體分析，可以分析出來系統(tǒng)要提供 21 個(gè)開關(guān)量輸入，16 個(gè)開關(guān)量輸出，五路模擬量的輸入，實(shí)現(xiàn)啤酒發(fā)酵各階段溫度控制。 能監(jiān)視每個(gè)發(fā)酵罐的溫度、壓力周期曲線，當(dāng)累積酒齡達(dá)到時(shí)，自動(dòng)出信號，以便人工確定是否執(zhí)行下步操作。程序中有人工階段選擇開關(guān)，可以在任意階段間跳轉(zhuǎn)，從而避免了因操作人員操作偶爾失誤而無法實(shí)現(xiàn)后續(xù)程序正常運(yùn)行的情況。每個(gè)罐設(shè)有液位指示，可以作為裝酒和成品計(jì)量用，還可以了解整個(gè)發(fā)酵過程的液位變化。整個(gè)發(fā)酵過程的溫度控制在不同發(fā)酵時(shí)期是不同的，根據(jù)主酵→雙己酰還原→冷卻→酵母回收→后貯的階段，分別設(shè)定曲線進(jìn)行控制，并采用 PI、PID 等控制方法，使系統(tǒng)控制精度符合工藝要求按啤酒發(fā)酵工藝要求，其中從 12℃保溫向 3℃下降的轉(zhuǎn)折點(diǎn)取決于酒液殘?zhí)橇慷蝗Q于發(fā)酵時(shí)間。為了使罐內(nèi)酒液循環(huán)并有利于不同發(fā)酵期的酵母沉淀，一般采用分三段間冷方式，控制罐內(nèi)酒液溫度，使之形成自上而下的溫度梯度。其各階段轉(zhuǎn)換條件及控制要求見表 41 所示。4 啤酒發(fā)酵溫度 PLC 控制方案 系統(tǒng)控制要求及功能 啤酒發(fā)酵溫度要求啤酒發(fā)酵期間，發(fā)酵溫度分為起始溫度(即麥汁冷卻溫度、滿罐溫度)、最高溫度(稱發(fā)酵溫度) 、還原雙乙酰溫度和貯酒溫度。正是由于 PLC 具有多種功能，集三電于一體，PLC 網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)良的性能價(jià)格比和PLC 具有高可靠性等等，使得 PLC 在工廠中倍受歡迎，用量高居首位，成為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的支柱。此外，PLC 配置著大量內(nèi)含 CPU 的智能模板，有些專用于 PID 控制，有些用于運(yùn)動(dòng)控制，有些用于高速計(jì)數(shù)器，有些用于連網(wǎng)通信，它們采用模塊結(jié)構(gòu)，通過背板并行總線連成有機(jī)的整體。這些高性能處理器本身有很大的潛能，只要處理好不同性質(zhì)的實(shí)時(shí)多任務(wù)的調(diào)度，在 PLC 中加入針對慢連續(xù)量的過程控制并不困難。因此，PL