【正文】 控制器 (Programmable Logic Controller)，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 。最初， PLC 主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機(jī)械的控制上。 70年代初，日本的 OMRON也推出了他們的 PLC。 70年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型 PLC。加上其是專為工業(yè)控制所設(shè)計，所以具有極好的抗干擾性能 。小型 PLC開始步入諸如塑料注塑機(jī)、包裝機(jī)械、橡膠機(jī)械、紡織機(jī)械等輕工機(jī)械的控制領(lǐng)域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對直接使用微機(jī)作為控制單元的做法構(gòu)成了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。如寶鋼工程應(yīng)用了數(shù)百臺 PLC，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應(yīng)用了美國和西德的 PLC。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽，既可以作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、大型泵類的驅(qū)動透平的動力源，又可作為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥和蒸發(fā)等過程的熱源。為了確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，鍋爐設(shè)備的控制系統(tǒng)就顯得愈加重要。組態(tài)王的強(qiáng)大功能可以方便 地構(gòu)成監(jiān)控畫面并實現(xiàn)控制功能。我國目前運(yùn)行的很多鍋爐控制系統(tǒng)自動化水平不高、安全性低，工作效率和環(huán)境污染普遍低于國家標(biāo)準(zhǔn)，因此實現(xiàn)鍋爐的計算機(jī)自動控制對能源消耗來說很重要。 連 鎖控制的原理 本設(shè)計主要是由鍋爐水溫值和液位開 關(guān)來控制電磁閥的開與關(guān)，以及加熱與否，只要兩個量中的一個超過要求 值，那么就關(guān)閉鍋爐，從而形成爐內(nèi)水溫和液位的 連 鎖控制。 連鎖控制 流程 說明 圖 中 液位 LS101 是防止干燒的液位開關(guān)，控制電路實際是繼電器硬件電路，當(dāng)液位不能到達(dá)防止干燒的最低液位時，則斷開其它控制支路的輸入，而直接輸入關(guān)斷調(diào)壓器的信號，從而防止干燒。 圖中 TE101 測量的是 鍋爐 水溫 為 被調(diào)量，通過測量水溫，如果發(fā)現(xiàn)溫度超過溫度上限溫度，則 DO0 輸出 1，打開 電磁閥 XV102， 注入冷水，如果水溫低于下限溫度，則關(guān)閉 XV102；當(dāng)水位超過 上限 液位開關(guān) LS102 或溫度超過上限溫度 時 ，則讓 AO0 輸出 4 mA或低于 4 mA，從而關(guān)閉加熱管。 圖 鍋爐 連 鎖控制流程圖 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 連鎖控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 由圖 可知 硬件 由溫度調(diào)節(jié)器 TC、溫度傳感器 TE10上限液位開關(guān) LS10調(diào)壓器、 電動調(diào)節(jié)閥 XV10 PLC構(gòu)成。 溫度傳感器的原理 溫度傳感器主要用的是 PT100。 PT 后的 100 即表示它在 0℃時阻值為 100 歐姆，在 100℃時它的阻值約為 歐姆。 利用此原理用來監(jiān)控鍋爐水溫，能很可靠的反映 鍋爐內(nèi)的水溫，減少誤差。從形式上主要分為接觸式和非接觸式。這里采用電子式液位開關(guān)。高低電平的信號通過 PLC 或其它控制電路來讀取，并驅(qū)動水泵等用電器工作 。 電動調(diào)節(jié)閥 的原理 電動調(diào)節(jié)閥采用四線制接線，電源為 220V AC，其信號線分為輸入控制信號和閥位輸出信號（ 4～ 20mA）。反之，沒有電阻值，表示信號線已斷開。系統(tǒng)程序為用戶程序的開發(fā)提供運(yùn)行平臺，同時，還為 PLC程序的可靠運(yùn)行及信號與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)行必要的處理。 PLC的基本工作原理 ： PLC采用 “ 順序掃描，不斷循環(huán) ” 的工作方式 。集中對輸入信號進(jìn)行采樣。 2．輸入刷新過程。 只有程序進(jìn)行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。 4．元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 （ 1） CPU執(zhí)行指令的速度 。 （ 3）指令條數(shù) 。集中輸出的方式。 模塊式 PLC的基本結(jié)構(gòu) ： S7300屬于模塊式 PLC，主要由機(jī)架、 CPU 模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設(shè)備組成，各種模塊安裝在機(jī)架 上。 2．信號模塊 ： 輸入 (Input)模塊和輸出 (Output)模塊簡稱為 I/O模塊， 開 關(guān)量輸入、輸出模塊簡稱為 DI 模塊和 DO模塊，模擬量輸入、輸出模塊簡稱為 AI模塊和 AO模塊，他們統(tǒng)稱為信號模塊。它們主要用于完成某些對實時性和存儲器量要求很高的控制任務(wù)。 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 5．通信處理器 ： 通信處理器用于 PLC之間、 PLC與遠(yuǎn)程 I/O之間、 PLC與計算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，或者用于實現(xiàn)點對點通信等。 7．編程設(shè)備 ： S7300使用安裝了編程軟件 STEP7的個人計算機(jī)作為編程設(shè)備，在計算機(jī)屏幕上直接生成和編輯各種文本程序或圖形程序，可以實現(xiàn)不同編程語言之問的相互轉(zhuǎn)換。其模塊化和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得 S7300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模塊對 PLC進(jìn)行擴(kuò)展。它具有很強(qiáng)的計算能力和完善的指令集，以及通過 MPI接口和 SINEC LANS聯(lián)網(wǎng)的能力，適用于高速的過程處理需要。 CPU3152DP是 S7300的大腦，其裝載存儲器的基本容量為 48K字節(jié)或 80K字節(jié)，可用存儲卡擴(kuò)充裝載存儲器，最大容量可達(dá)到 512KB。 除此之外，它自帶的 STEP7編程軟件功能強(qiáng)大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷。 硬件具體信息如表 。 圖 硬件構(gòu)成圖 STEP7 軟件簡介 STEP7標(biāo)準(zhǔn)軟件包提供了一系列的應(yīng)用工具： SIMATIC管理器、符號編輯器、 NETPRO通訊組態(tài)、硬件組態(tài)、編程語言 (包括 LAD， FBD， STL)和硬件診斷，使用時無需分別打開各個工具：當(dāng)選擇相應(yīng)功能或打開 一個對象時它們會自動啟動。 2．符號編輯器 ： 使用符號編輯器可以管理所有的共享符號。 3．軟件編程語言 ： 用 于 S7300和 S7400 的編程語言包括梯形邏輯、語句表和功能塊圖，它們是標(biāo)準(zhǔn)軟件包的一個集成部分。 (2)語句表 (STL)是 STEP7 編程語言的文本表達(dá)方式，與機(jī)器碼相似，如果一個程序是用語句表編寫的， CPU執(zhí)行程序時則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 3 連 鎖控制系統(tǒng) PLC 程序設(shè)計 PLC 程序設(shè)計流 程 具體的系統(tǒng)控制流程圖如 圖 。通過編程器在 Windows NT的環(huán)境下對系統(tǒng)進(jìn)行配置、程序編制、調(diào)試和監(jiān)視，用戶界面方便友好。它的指令語法與一個繼電器梯形邏輯圖相似 :當(dāng)電信號通過各個觸點、復(fù)合元件 以及輸出線圈時，梯形圖可以讓你追蹤電信號在電源示意線之間的流動。與機(jī)器碼相似，如果一個程序是用語句表編寫的， CPU執(zhí)行程序時則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。 功能塊圖 (FBD)是 STEP7編程語言的圖形表達(dá)方式，使用與布爾代數(shù)相類似的邏輯框來表達(dá)邏輯。 Step7有三種編程方法 :A:線性編程 ； B:分部式編程 ； C:模塊化編程。廣義的程序塊分為系統(tǒng)程序塊和用戶程序塊。用戶程序塊是提供給用戶用于管理用戶程序代碼和數(shù)據(jù)的區(qū)域。本控制系統(tǒng)用戶程序，主要有四類程序塊 :功能 FC (Function)、功能 塊 FB (Function block)、組織塊 OB (Organization block)和數(shù)據(jù)塊 DB (Data block)。全局?jǐn)?shù)據(jù)塊 :全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中定義的監(jiān)控量 (地址 )可被所有邏輯塊使用，因而在全局?jǐn)?shù)據(jù)塊中定義了包裝傳輸設(shè)備、環(huán)境量、電源等所有監(jiān)控量 (地址 )，根據(jù)此地址，邏輯塊可訪問、調(diào)用所有的監(jiān)控量。 功能塊 (FB):有相連存儲器區(qū)的邏輯塊。 功能 (FC):無相關(guān)聯(lián)的存儲器區(qū)的邏輯塊， FC塊定義為“可再調(diào)用”塊，用戶程序?qū)γ看?FC調(diào)用提供新參數(shù)，由于 FC塊處理數(shù)據(jù)的不同方法，一個 FC比 FB需要 CPU處理開銷較少。選中右邊的工程名， Insert Station SIMATIC 300。 如圖 。 OptionInsert NEW GSE 文件。插入 RAC300機(jī)架。 默認(rèn)地址 2。選擇 NEW，選擇 ，如果出現(xiàn)警告，可以選擇 187kpbs。 圖 插入 ADAM8000 選中 DP 線上的 ADAM(CPU821x)，然后選擇 SLOT0 MODEL 0 位置，再到右邊雙擊ADAM8000 CPU82142BM01。 0 82142BM01 CPU 8214DPM 8DI 82211BF00 DI8Xdc24V 8DO 82221HD10 DO4xRelay 113 82341BD50 AI2/AO2x12Bit 雙擊最后一個模塊，可以設(shè)置為起始地址 128。模塊測量參數(shù)如 下圖 。 0毫安 6912。 圖 插入 ET200S 選擇， 依次在 SLOT 1,2,3位置插入其他模塊。 雙擊 Symbols 編輯，打開符號表圖 ， 編輯全部輸入輸出相關(guān)的全局變量。 圖 。 FB41稱為連續(xù)控制的 PID用于控制連續(xù)變化的模擬量， 可以通過參數(shù)設(shè)置來激活或取消激活 PID控制的某些子功能來設(shè)計適應(yīng)過程需要的控制器。 給定點分支 ： 給定點的值以浮點形式在 SP_INT處輸入。為了抑制由于控制量量化而引起 的小擾動 ， 可將死區(qū)功能 DEADBAND運(yùn)用在誤差信號上。 PID算法 ： 此處 PID算法是位置式的，比例、積分和微分作用并聯(lián)并且可以分別激活或取消激活。 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 手動值 ： 可以在手動和自動模式之間切換，在手動模式下，操作值可以由一個手動選擇值來設(shè)定，積分器在內(nèi)部設(shè)定為 LMN（操作值） LMN_P（比例操作值） DISV（擾動），微分器設(shè)定為 0并且在內(nèi)部進(jìn)行同步，這意味著當(dāng)轉(zhuǎn)換到自動模式后 ，不會引起操作值的突然改變。LMNLIMIT的輸出 LMN=LMNLIMIT的輸出 LMN_FAC+LMN_OFFLMN_FAC和 LMN_OFF的默認(rèn)值分別為 1和 0操作值也可以直接輸出到外設(shè)，功能 CRP_OUT將浮點形式的值 LMN根據(jù)下面的公式轉(zhuǎn)化成能輸出到外設(shè)式的值： LMN_PER = LMN 100/27648 前饋控制： 擾動可以作為前饋信號從 DISV處輸入。在菜單 View中選擇 LAD，在一個網(wǎng)絡(luò)中，插入EMPTY BOX，輸入“ CONT_C”。如圖所示。 由于 CONT_C模塊中的 PVPER_ON端要置 1，所以要在兩個 PID功能塊前加一條置 1的命令。 表 1 輸入?yún)?shù) 參數(shù) 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)范圍 默認(rèn)值 描述 MAN_ON BOOL TRUE 手動操作，若為真，控制環(huán)中斷，操作值手動設(shè)定 PVPER_ON BOOL FALSE 過程變量直接從外設(shè)輸入 SP_INT REAL 100～ 100%或者物理量 內(nèi)部的給定點的輸入值 PV_IN REAL 100～ 100%或者物理量 過程變量以浮點形式輸入的值 PV_PER WORD W160000 過程 變量從外設(shè)直接輸入的值 MAN REAL 100～ 100%或者物理量 通過這個參數(shù)設(shè)定手動操作的值 表 2 輸出參數(shù) 參數(shù) 數(shù)據(jù)類型 默認(rèn)值 描述 LMN REAL 以浮點形式輸出的有效操作值 LMN_PER WORD W160000 直接輸出到外設(shè)的操作值 PV REAL 輸出的有效過程變量 廣西工學(xué)院鹿山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 鍋爐內(nèi)的水位到達(dá)了高限或者水溫到達(dá)設(shè)定值都停止加熱，輸出 4mA。其中，由北京亞控自動化軟件科技有限公司開發(fā)的“組態(tài)王” ，是優(yōu)秀國產(chǎn)組態(tài)軟件的代表。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。它 使采用 PC機(jī)比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用