【正文】 它進行測試、排錯和修改 。 早期的 PLC（ 20 世紀 60 年代末 70 年代中期）一般稱為可編程邏輯控制器。它在硬件上 以準計算機的形式出現(xiàn)，在 I/O 接口電路上做了改進以適應工業(yè)現(xiàn)場控制的要求。在軟件編程上，采北華大學畢業(yè)設計（論文） 15 用廣大電氣工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 梯形圖。 中期的 PLC（ 20 實際 70 年代中期 80 年代中后期）在微處理器的出現(xiàn)使 PLC發(fā)生了巨大的變化。這樣使 PLC 功能大大增加。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊外，還增加了模擬量模塊、遠程 I/O模塊以及各種特殊功能模塊，并擴大了存儲器容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)存儲器，使 PLC 應用范圍得以擴大。 PLC 自問世以來，經(jīng)過 40 多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達國家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價格則不斷下降。 PLC 進入中國時最初是從成套設備引進應用，由于 PLC 價格昂貴，引進的 PLC 主要用于冶金、電力、自動化生產(chǎn)線等大的設備和系統(tǒng)。到 80 年代在上海、北京、西安、廣州、長春等 20 多家科研單位、大專院校和工廠研制和生產(chǎn) PLC 產(chǎn)品，具體的單位有：北京機械工業(yè)自動化研究所、上海工業(yè)自動化儀表研究所、大連組合機床研究所、成都機床電器研究所、中科院北京計算機所及自動化所、長春一汽、 上海起重電器廠、上海香島機電公司、上海自力電子設備廠等單位。近 10 年來，隨著 PLC 價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用 PLC 進行控制。 全世界 PLC 及其系 統(tǒng)的研究與制造達 200 多家公司，生產(chǎn)著 100 多個系列的產(chǎn)品。 PLC 集三電（電控、電儀、電傳）于一體。 隨著 PLC 的處理器處理速度的不斷提高， PLC 的功能不斷增多，現(xiàn)在發(fā)展成具有邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通信功能的名符其實的多功能控制器。以此來提高產(chǎn)品的性能和降低產(chǎn)品的成本，提高產(chǎn)品的易用性和專業(yè)化水平。 系統(tǒng)向標準化和開放化方向發(fā)展，以個人計算機為基礎 ， 在 Windows 平臺上開發(fā)符合全新一體化開放體系結(jié)構(gòu)的 PLC。 西門子 S7300PLC 簡介 （ 1） S7300PLC 的 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) S7300 PLC 是模擬式中小型 PLC，電源、 CPU 和其他模塊都是獨立的，可以通過U 形總線把電源 （ PS） 。每個模塊都有一個總線連接器，后者插在各模塊的背后。 CPU 的右邊是可以選擇的 IM 接口模塊，如果只用主架導軌而沒有使用擴展支架可以不選擇 IM 接口模塊。一條導軌共有 11 個槽號 ： 1 號槽至 11 號槽，其中 4 號槽至 11 號槽可北華大學畢業(yè)設計（論文） 17 以隨意放置除電源、 CPU 和 IM 以外的其他模塊。 （ 2） S7300 PLC 的 CPU 模塊 CPU 模塊是控制系統(tǒng)的核心，負責系統(tǒng)的中央控制責任，存儲并執(zhí)行程序，實現(xiàn)通信功能，為 U 形總線提高 5V 電源。在所有的模式中，都可以通過 MPI 接口與其他設備通信。 革新的標準型 CPU： CPU 31 314 和 3152DP。 戶外型 CPU： CPU 312 IFM、 314 IFM、 314 戶外型和 3152DP。 主從接口安全型 CPU： CPU 315F2DP。 表 中央處理單元 CPU 的主要特性 特 性 CPU312 IFM CPU313 CPU314 CPU315/CPU3152DP 裝載存儲器 ● 內(nèi)置 20 KB RAM ● 內(nèi)置 20 KB EEPROM ● 內(nèi)置 20KRAM ● 最大 可擴展256 存儲器卡 ● 內(nèi)置 40KRAM ● 最大可擴展512 存儲器卡 ● 內(nèi)置 80 K RAM ● 最大可擴展 512 存儲器卡 隨機存儲器 6 KB 12 KB 24 KB 48 KB 執(zhí) 行 時 間 位操作 μs μs μs μs 字操作 2 μs 2 μs 1 μs 1 μs 定點加 3 μs 3 μs 2 μs 2 μs 浮點加 60 μs 60 μs 50 μs 50 μs 北華大學畢業(yè)設計（論文） 18 最大數(shù)字 I/O 點數(shù) 144 128 512 1024 最大模擬 I/O 通 道 32 32 64 128 最大配置 1 個機架 1 個機架 4 個機架 4 個機架 （ 3） S7300PLC 的模擬量輸入 輸出 模塊 在生產(chǎn)過程中有大量的連續(xù)變化的模擬量需要用 PLC 來測量或控制。有的是強電量，例如發(fā)電機組的電流、電壓、有功功率和無功功率等。 S7300PLC 的 CPU 用 16 位的二進制補碼表示模擬量值。表 表示了 S7300 模擬量值所有可能的精度，標有 “ ” 的位就是不用的位，一般填入“ 0”。 模擬量輸入模塊 SM331 模擬量輸入 (簡稱模入 (AI))模塊 SM331 目前有三種規(guī)格型號，即 8AIl2 位模塊、2AIl2 位模塊和 8AIl6 位模塊。 A/D 轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法，被測模擬量的精度是所設定的積分時間的正函數(shù)，也即積分時間越長，被測值的精度越高。 模擬量輸出模塊 SM332 模擬量輸出 (簡稱模出 (AO))模塊 SM332 目前有三種規(guī)格型號，即 4AOl2 位模塊、2AO12 位模塊和 4AOl6 位模塊，分別為 4 通道的 12 位模擬量輸出模塊、 2 通道的 12位模擬量輸出模塊、 4 通道的 16 位模擬量輸出模塊。在輸出電壓時，可以采用 2 線回路和 4線回路兩種方式與負載相連。 （ 4） S7300PLC 的 數(shù)字量輸入輸出模塊 數(shù)字量輸入模塊 SM321 數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場過程送來的數(shù)字信號電平轉(zhuǎn)換成 S7300 內(nèi)部信號電平。對現(xiàn)場輸入元件，僅要求提供開關觸點即可。采樣時，信號經(jīng)過背板總線進入到輸入映像區(qū)。 數(shù)字量輸出模塊 SM322 數(shù)字量輸出模塊 SM322 將 S7300 內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換成過程所要求的外部信號電平，可直接用于驅(qū)動電磁閥、接觸器、小型電動機、燈和電動機啟動器等。 從響應速度上看，晶體管響應最快，繼電器響應最慢；從安全隔離效果及應用靈活性角度來看，以繼電器觸點輸出型最佳。 I/O 額定負載電壓 24 V DC，輸入電壓“ 1”信號電平為 11～ 30V，“ 0”信號電平為 － 3～＋ 5V， I/O 通過光耦與背板總線隔離。輸出具有電子短路保護功能?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的 CCS（計算機集中控制系統(tǒng)） ， 到第二代的 DCS（分散控制系統(tǒng)），發(fā)展到現(xiàn)在流行的 FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）。這股工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化浪潮又將諸如嵌入式技術、多標準工業(yè)控制網(wǎng)絡互聯(lián)、無 線技術等多種當今流行技術融合進來，從而拓展了工業(yè)控制領域的發(fā)展空間，帶來新的發(fā)展機遇。最早在 50 年代中后期，計算機就已經(jīng)被應用到控制系統(tǒng)中 。 70 年代中期，隨著微處理器的出現(xiàn)，計算機控制系統(tǒng)進入一個新的快速發(fā)展的時期， 1975 年世界上第一套以微處理為基礎的分散式計算機控制系統(tǒng)問世，它以多臺微處理器共同分散 控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡實現(xiàn)集中管理，被稱為集散控制系統(tǒng)（ Distributed Control System, DCS）。 80 年代中后期，隨著工業(yè)系統(tǒng)的日益復雜，控制回路的進一步增多，單一的 DDC控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場的生產(chǎn)控制要求和生產(chǎn)工作的管理要求，同時中小型計算機和微機的性能價格比有了很大提高 。 進入 90 年代以后，由于計算機網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展，使得 DCS 系統(tǒng)得到進一步發(fā)展，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性，在今天的工業(yè)控制領域 DCS 仍然占據(jù)著主導地位，但是 DCS 不具備開放性，布線復雜，費用較高，不同廠家產(chǎn)品的集成存在很大困難。由于它解決了網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的自身可靠性和開放性問題，現(xiàn)場總線技術逐漸成為了計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。由圖 可知，只有前 6 步工作做連續(xù)循環(huán) 12 次后方可進入大洗工步，待大洗完畢后再進入下一次大循環(huán)。 表 各電磁閥的狀態(tài)表 注：“ +”表示電磁閥通電，“ ”表示電磁閥斷電 加料 母液 水洗 稀母液 熔鹽 刮刀 大洗 1 加料閥 + 2 母液閥 + 3 水洗閥 + + 4 稀母液 閥 + + + + 5 熔鹽閥 + + + 6 刮刀閥 + + + 7 大洗閥 + 步驟 驟 開 關 狀 態(tài) 閥 門 北華大學畢業(yè)設計（論文） 22 初 始 化水 洗加 料母 液加 料 6 次稀 母 液熔 鹽刮 刀循 環(huán) 1 2 次大 洗加 料加 料5 、 6 通 電1 通 電2 通 電3 、 4 通 電4 、 5 、 6 通 電3 、 7 通 電4 、 5 、 6 通 電4 、 5 、 6 通 電起 動是否是否延 時 7 S延 時 1 0 S延 時 5 S延 時 1 0 S延 時 3 0 S延 時 2 4 S延 時 3 0 S 圖 鹽堿分離離心機的工藝流程 北華大學畢業(yè)設計（論文） 23 3 PLC控制系統(tǒng)的硬件設計 PLC的選型 PLC 機型的選擇應是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護使用方便以及最佳的性能價格比。 對于以數(shù)字量控制為主，帶少量模擬量控制的應用系統(tǒng)，如工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫度、壓力 、流量等連續(xù)量的控制，應選用帶有 A/D 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶 D/A 轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應的傳感器、變送器（對溫度控制系統(tǒng)可選用溫度傳感器直接輸入的溫度模塊）和驅(qū)動裝置，并選擇運算、數(shù)據(jù)處理功能較強的小型 PLC（如西門子公司的 S7200 或 S7300 系列、 OMRON 的公司的 CQM1/CQM1H 系列等）。 （ 2）結(jié)構(gòu)上合理、安裝要方便、機型上應統(tǒng)一按照物理結(jié)構(gòu)， PLC 分為整體式和模塊式。但是模塊式 PLC 的功能擴展方便靈活， I/O 點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、 I/O 模塊的種類和塊數(shù)、特殊 I/O 模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式 PLC 大得多，維修時更換模塊、判斷故障范圍也很方便。 根據(jù) I/O 設備距 PLC 之間的距離和分布范圍確定 PLC 的安裝方式為集中式、遠程I/O 式還是多臺 PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。因為同一機型的 PLC，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購與管理；其功能及編程方法統(tǒng)一，有利于技術力量的培訓、技術水平的提高和功能的開發(fā)；其外部設備通用，資源可共享。這樣，容易把控制各獨立的多臺 PLC 聯(lián)成一個多級分布式系統(tǒng)，相互通信，集中管理，充分發(fā)揮網(wǎng)絡通信的優(yōu)勢。然而，對于某些個別的場合，則要求考慮 PLC 的響應時間。 （ 4） 對聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求 近年來，隨著工廠自動化的迅速發(fā)展，企業(yè)內(nèi)小到一塊溫度控制儀表的 RS485 串行通信、大到一套制造系統(tǒng)的以 太網(wǎng)管理層的通信，應該說一般的電氣控制產(chǎn)品都有了通信功能。選擇時應根據(jù)需要選擇通信方式。對可靠性要求極高的系統(tǒng)，應考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備份系統(tǒng)。 PLC容量估算 I/O 點數(shù)的估算 PLC 的 I/O 點數(shù)的確定以系統(tǒng)實際的輸入輸出點數(shù)為基礎確定。通常 I/O 點數(shù)可按實際需要的 10～ 15%考慮余量；當 I/O 模塊較多時，一般按上述比例留出備用模塊?？紤]到今后的調(diào)整和擴充，選定 PLC 的 I/O 能力應最小為40 點。因此在程序編制前只能粗略的估算。例如，作為一般應用下的經(jīng)驗公式是： 所需存儲器容量 （ KB） =（ 1~） （ DI 10+DO 8+T/C 2+AI/AO 100+CP 300)/1024 其中： DI 為數(shù)字量輸 入點總數(shù)； DO 為數(shù)字量輸出總點數(shù)； T/C 為定時器 /計數(shù)器總數(shù)；AI/AO 為模擬量 I/O 通道總數(shù)； CP 為通信接口總數(shù)。 PLC 經(jīng)過運算、處理后，再將結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出，此時也要把該輸出變換為適合于對生產(chǎn)過程進行控制的量。這個裝置就是輸入 /輸出（ I/O）模塊。對 PLC 來講，信號形式可分為四類。輸入模塊最常見的為 24V 直流輸入，還有直流 5V、 12V、 48V，交流 115V/220V 等。 有的 PLC 即可以源型接線，也可以漏型接線，比如 S7200。 有的PLC 只能接成其中一種 。這種信號通過數(shù)字量輸出模塊去驅(qū)動。此外，輸出電壓值和輸出電流值也各有不同。完成這一任務的就是模擬量輸入模塊。這種模塊就是模擬量輸出模塊。一些 PLC 制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如熱電阻 RTD、熱電偶等信號） 此外，有些傳感器如旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的是一連串的脈沖，并且輸出的頻率較高（ 20kHz 以上），盡管這些脈沖信號也可算作數(shù)字量，但普通數(shù)字量輸入