【正文】 6 程序設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備 26 程序設(shè)計(jì) 29 人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 35 38參考文獻(xiàn) 39致 謝 40 重慶大學(xué)本科學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1緒論 1． 緒 論 課題概述 課題來(lái)源該論文課題來(lái)源于與重慶鍵英液壓機(jī)電有限公司的項(xiàng)目合作。雖然單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)價(jià)格更廉價(jià)些，但是由于其運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性、控制精度、以及運(yùn)行速度都不是很理想。 課題背景及意義 目前國(guó)內(nèi)隨主機(jī)配套的油站的配套電控產(chǎn)品大多還停留在過(guò)去的傳統(tǒng)控制方式上，與當(dāng)前的生產(chǎn)管理方式和控制水平不相適應(yīng)。尤其對(duì)于需要在惡劣外界條件下工作的主機(jī)而言，其油站一般都放在主機(jī)旁供油，由于粉塵、振動(dòng)等原因經(jīng)常使油站的控制和保護(hù)功能失靈。針對(duì)這些情況，重慶鍵英液壓機(jī)電有限公司決定采取自主設(shè)計(jì)的油站自動(dòng)控制系統(tǒng)。 PLC 的特點(diǎn)介紹。PLC本身平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)。：1）從硬件設(shè)計(jì)、元器件的選擇到工藝制作都極為嚴(yán)格。3）采用了冗余技術(shù)（可以根據(jù)需要采用多CPU）。：1）對(duì)所有的I/O接口電路都采用光電隔離。3）內(nèi)部采用電磁屏蔽措施，防止輻射干擾。5）完善的接地。7）PLC采用了周期循環(huán)掃描工作方式。因?yàn)檫@種方式對(duì)輸入輸出操作是集中進(jìn)行的。因?yàn)楦蓴_就是在輸入采樣時(shí)間內(nèi)進(jìn)入PLC內(nèi)部的，因此PLC在運(yùn)行時(shí)，大部分干擾都被阻擋在PLC之外。（三）功能齊全、通用性強(qiáng)、靈活性好除了PLC的常規(guī)功能外，大量的特殊功能模塊使PLC功能大大增強(qiáng)。 PLC簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)（四）設(shè)計(jì)、安裝容易、維護(hù)工作量小如上圖所示我們只需要編程設(shè)置內(nèi)部的I/O關(guān)系就夠了，而不需要過(guò)多的改動(dòng)虛線框外面的接線設(shè)備。 （六）聯(lián)網(wǎng)方便，便于系統(tǒng)集成，性價(jià)比高 PLC配置了各種通訊接口例如RS485，以及通訊模塊，這便于實(shí)現(xiàn)“管、控一體化”?？紤]到該系統(tǒng)用戶方的要求穩(wěn)定性能較高，且運(yùn)用環(huán)境惡劣，因此決定選擇性能較好的國(guó)外PLC，由于第一次做工控，通過(guò)各種渠道了解了下國(guó)外一些PLC的相關(guān)情況，基本上各有優(yōu)劣，通過(guò)了解之前一些工程師對(duì)西門(mén)子PLC的應(yīng)用經(jīng)歷得知西門(mén)子系列產(chǎn)品的性能不錯(cuò)，且價(jià)格比較合理，售后等服務(wù)也較好，各種學(xué)習(xí)資料也齊全，這也為以后各種技術(shù)難題提供了幫助，多方考慮決定采用西門(mén)子PLC。 西門(mén)子S7300 PLC的組成 S7300簡(jiǎn)介 S7300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求，具有品種繁多的CPU模塊、信號(hào)模塊和功能模塊，用戶可以根據(jù)具體的情況選擇合適的模塊而且維修更換也方便。有的CPU 還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS—DP接口或者PtP串行通信接口。通過(guò)系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能塊的調(diào)用，用戶可以使用集成在操作系統(tǒng)內(nèi)的程序，從而顯著減少所需要的用戶存儲(chǔ)器容量，它們可以用于中斷處理、出錯(cuò)處理、復(fù)制和處理數(shù)據(jù)等。利用STEP7來(lái)為所有的模塊和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置參數(shù)。S7300按照指定的刷新速度自動(dòng)地將數(shù)據(jù)傳送給SIMATIC人機(jī)界面。一臺(tái)S7300 PLC可由以下部分組成：導(dǎo)軌、電源模塊（PS）、CPU模塊、信號(hào)模塊（SM）、功能模塊（FM）、接口模塊（IM）、通信處理器（CP）。 電源模塊總是安裝在機(jī)架的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊，如果有接口模塊，可以放在CPU模塊的右側(cè)。PLC還有一些輔助模塊，例如占位模塊、仿真模塊等。背板總線集成在各個(gè)模塊上，各個(gè)模塊通過(guò)U型總線連接器相連，每個(gè)模塊都有一個(gè)總線連接器，總線連接器插在模塊的背后。S7300的電源模塊通過(guò)電源連接器或者導(dǎo)線與CPU模塊相連，為CPU模塊提供DC 24V電源，也可為信號(hào)模塊提供DC 24V電源。 根據(jù)輸出電流的不同，PS307有三種電源模塊：2A、5A、10A，它們的工作原理和接線端子完全一樣。所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊及所有I/O模塊、各種智能模塊等消耗功率之和，并且要留有30%左右的裕量。如上圖所示CPU上有各種功能開(kāi)關(guān)以及指示燈，還有MPI，DP網(wǎng)絡(luò)接口等。其中IM365模塊專用于S7300 PLC的雙機(jī)架系統(tǒng)擴(kuò)展，在使用時(shí)成對(duì)使用，一個(gè)為發(fā)送模塊，另外一個(gè)作接收模塊。（SM）S7300的信號(hào)模塊有數(shù)字輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊以及用于危險(xiǎn)場(chǎng)合的輸入輸出模塊。根據(jù)輸入信號(hào)的極性及端子數(shù)，SM321共有14種數(shù)字量輸入模塊，后面在選用的時(shí)候再作介紹。根據(jù)負(fù)載回路使用電源的要求，數(shù)字量輸出模塊分為直流輸出模塊（晶體管輸出方式）、交流輸出模塊（晶閘管輸出方式）和交直流兩用輸出模塊（繼電器輸出方式）等。SM323有2種模塊，一種帶有8個(gè)共地輸入端和8個(gè)共地輸出端；另外一種帶有16個(gè)共地輸入端和16個(gè)共地輸出端，兩種模塊的輸入輸出特性相同。其中帶有RTD的模塊只能連接電阻或熱電阻輸入，帶有TC的模塊是只能連接熱電偶輸入。5）模擬量輸出模塊SM332SM332用于將S7300 PLC的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需要的模擬量信號(hào)，控制模擬量調(diào)節(jié)器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。均采用了光電隔離技術(shù)。SM334為通用模擬量輸入/輸出模塊，SM335為高速模擬量輸入/輸出模塊，并具有一些特殊功能。功能模塊自身帶有CPU，并能實(shí)現(xiàn)特定的功能，可為PLC的CPU分擔(dān)大量的任務(wù)。例如閉環(huán)控制模塊、計(jì)數(shù)器模塊、稱重模塊等，這里就不具體介紹了。組成該油站的部件主要有：油箱、截止閥、球式電磁換向閥、加熱器、鉑熱電阻測(cè)溫器、球閥、粗過(guò)濾器、齒輪泵、電機(jī)、雙筒壓力管式過(guò)濾器、低壓溢流閥、耐震壓力表、蓄能器、單向閥、冷卻器等。當(dāng)高壓泵提供的壓力油達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，即足以浮動(dòng)主軸，此時(shí)就可以開(kāi)動(dòng)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行平穩(wěn)后自動(dòng)停止高壓泵，改由低壓泵提供潤(rùn)滑油，高壓系統(tǒng)還用于主機(jī)停機(jī)前即先將高壓泵開(kāi)啟，壓力達(dá)到一定的穩(wěn)定值時(shí)，方可停主機(jī)。對(duì)于低壓泵系統(tǒng)，我們可以看到，設(shè)有兩臺(tái)齒輪泵，正常情況下，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，遇有意外，低壓系統(tǒng)壓力降到低于第一壓力設(shè)定值時(shí)，備用油泵投入工作，保證向軸承繼續(xù)提供潤(rùn)滑油，壓力達(dá)到正常時(shí)，備用泵自動(dòng)停止。以下是與油站壓力控制設(shè)定的一些相關(guān)參數(shù)：1）工作壓力。2) 壓力下限。3）壓力下極限值。 過(guò)濾器控制濾油器采用雙筒網(wǎng)式磁性過(guò)濾器，一筒工作，另一筒備用，則啟用備用過(guò)濾器，取出堵塞過(guò)濾器進(jìn)行清洗。當(dāng)油箱中的溫度低于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，則自動(dòng)啟動(dòng)加熱器進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度高于某個(gè)設(shè)定值時(shí)則停止加熱。因此，這里設(shè)定當(dāng)油箱溫度低于20℃時(shí)，啟動(dòng)加熱器，當(dāng)溫度到達(dá)了40℃時(shí)則停止加熱。油箱中裝有干簧式浮球液位傳感器，當(dāng)液位低于設(shè)定的警戒線時(shí)，就會(huì)發(fā)出訊號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警，提示油箱液位過(guò)低，需要向油箱中加油。這里我們安裝的冷卻風(fēng)機(jī)為2個(gè)，都具有雙速調(diào)節(jié)功能。 3. PLC的模擬量控制 PLC模擬控制系統(tǒng)概述 PLC模擬量控制系統(tǒng)組成 PLC是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的數(shù)字控制型產(chǎn)品。但其內(nèi)部的存儲(chǔ)單元是一個(gè)多位開(kāi)關(guān)量的組合，可以表示為一個(gè)多位的二進(jìn)制數(shù)，稱為數(shù)字量。同樣PLC處理的數(shù)字量不能直接送到執(zhí)行器，必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換變成模擬量后才能控制執(zhí)行器。其實(shí)PLC充當(dāng)?shù)墓δ芟喈?dāng)于閉環(huán)控制框圖中的比較器和控制器的組合。前面也說(shuō)了，在PLC模擬量控制系統(tǒng)中是通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)完成轉(zhuǎn)換功能的。采樣和量化是所有數(shù)字控制設(shè)備處理模擬量所需的過(guò)程。（1） 經(jīng)過(guò)量化后的數(shù)字量與采樣的模擬量的原值一定存在誤差，而且這個(gè)誤差可以通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行控制?？梢哉f(shuō)，PLC的量化誤差可以控制是PLC模擬量控制的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。而模擬電路的誤差卻難以控制。它受到PLC工作原理的束縛，僅當(dāng)PLC對(duì)I/O點(diǎn)進(jìn)行刷新時(shí)才把采樣值數(shù)字量讀入PLC，把上次采樣值運(yùn)算處理結(jié)果通過(guò)D/A模塊作為控制信號(hào)傳送給系統(tǒng)。只有失真較少才能保證控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。一個(gè)采樣后的量不能像模擬電路那樣馬上通過(guò)電路作用將輸出送到系統(tǒng)，而是要延遲一定時(shí)間才能將輸出送至系統(tǒng)。在響應(yīng)速度要求非常好的系統(tǒng)中，PLC控制不能夠擔(dān)當(dāng)重任。因此，確定控制算法、設(shè)計(jì)控制程序和選擇合適的控制參數(shù)就顯得非常重要。綜上所述，PLC模擬量控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性基本上是可以保證的，能夠滿足大部分模擬量控制系統(tǒng)的要求。 PLC模擬量輸入/輸出方式（1）PLC控制模擬量輸入方式目前大部分PLC是采用模擬量輸入進(jìn)行模擬量輸入。模擬量輸入轉(zhuǎn)換模塊不僅能完成對(duì)模擬量的轉(zhuǎn)換，還可以做多種數(shù)字量的處理，如濾波、求平均值、標(biāo)定的變換等。這時(shí)，輸入脈沖序列的頻率表示所輸入模擬量信號(hào)的大小。而且，模擬量輸出的模擬量信號(hào)能連續(xù)地、無(wú)波動(dòng)地變化，其精度也可以通過(guò)轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)的多少來(lái)控制。 A/D 與D/A轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換包含三部分：采樣、量化、和編碼。采樣是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化的過(guò)程，量化是將模擬量信號(hào)在幅值上離散化的過(guò)程，編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼表示。下面以逐次逼近式轉(zhuǎn)換為例，說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理與性能指標(biāo)。SAR使用“對(duì)分搜索法”產(chǎn)生數(shù)字量，以8位數(shù)字量為例，SAR首先產(chǎn)生8位數(shù)字量的一半，即10000000B,試探模擬量Vi的大小，若VoVi，清除最高位，若VoVi,保留最高位。在bit6確定后，SAR以對(duì)分搜索法確定bit5位，即以低6位的一半yy100000B(y為已確定位) 試探模擬量的大小。 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換示意圖 D/A轉(zhuǎn)換模擬量經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量在PLC中經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后輸出，要驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器則需要進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。這里以T型網(wǎng)絡(luò)為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明數(shù)模轉(zhuǎn)換的工作原理。電路由R2R電阻解碼電路、模擬電子開(kāi)關(guān)D0~D3和求和運(yùn)算放大器組成。 利用疊加原理可以很快求出電流Ir的值。 西門(mén)子PLC中模擬量的處理模式 在西門(mén)子PLC中，模擬量首先通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電流或者電壓信號(hào)，由于S7300 PLC的模擬量輸入模塊只能處理標(biāo)準(zhǔn)的例如0~40mA的電流、0~10V的電壓和電阻值。經(jīng)過(guò)MR濾波器濾波后送入A/D轉(zhuǎn)換器，將所得的數(shù)字量結(jié)果送入PLC的外設(shè)PI存儲(chǔ)區(qū)中，供PLC運(yùn)算處理。 Siemens PLC模擬量處理流程 模擬值的精度 CPU以二進(jìn)制格式來(lái)處理模擬值。模擬值均為二進(jìn)制補(bǔ)碼形式的實(shí)數(shù)，符號(hào)始終設(shè)在Bit15。表中以符號(hào)位對(duì)齊，未用的地位則用“0”來(lái)填補(bǔ)，表中用“*”來(lái)表示未用的位。另外我們可以看出對(duì)于Pt100鉑熱電阻其轉(zhuǎn)換后的值即為工程量的10倍。 溫度傳感器 通過(guò)前面油站的分析可知，我們所測(cè)量的幾個(gè)溫度的范圍為不超過(guò)100℃，其它的