【正文】 以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，根據(jù) PLC 上的發(fā)光二極管或編程軟件提供的信息，可以很方便地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 由于具有上述特點(diǎn)，使得 PLC 的應(yīng)用范圍極為廣泛，可以說只要有工廠、有控制要求，就會(huì)有 PLC 的應(yīng)用。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出（ I/O）接口、電源等，如圖 。 PLC 的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。它使 PLC 具有基本的智能，能夠完成 PLC 設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。第一部分為系統(tǒng)管理程序，它主要控制 PLC的運(yùn)行，使整個(gè) PLC 按部就班地工作。通過用戶指令解釋程序，將 PLC 的編程語言變?yōu)闄C(jī)器語言指令，再由 CPU 執(zhí)輸入接口 輸出接口 電源 中央處理器 存儲(chǔ)器 編程器 外圍接口 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 15 行這些指令。它包括許多不同的功能的子程序及其調(diào)用管理程序，如完成輸入、輸出及特殊運(yùn)算等的子程序。 用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和功能存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分 。用戶程序存儲(chǔ)器根據(jù)所選用的存儲(chǔ)器單元類型的不同，可以是 RAM（有掉電保護(hù)）、EPROM 或 EEPROM 存儲(chǔ)器，其內(nèi)容可以由用戶任意修改或增刪。用戶存儲(chǔ)器容量的大小，關(guān)系到用戶程序容量的大小和內(nèi)部器件的多少，是反映 PLC 性能的重要指標(biāo)之一。輸入接 口用來接收和采集兩種類型的出入信號，一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號。輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等。此電源一方面可為 CPU 板、I/O板及擴(kuò)展單元提供工作電源（ 5VDC），另一方面可為外部輸入元件提供 24VDC。 為了實(shí)現(xiàn)“人 機(jī)”或“機(jī) 機(jī)”之間的對話， PLC 配置多種通信接口。 I/O 接口 為了滿足更加復(fù)雜的控制功能的需要， PLC 配有多種智能 I/O 接口。 PLC 還可配有盒式磁帶機(jī)、 EPROM 寫入器、存儲(chǔ)器卡等其它外部設(shè)備。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。 PLC 采集現(xiàn)場信息即采集輸入信號有兩種方式： 集中采樣輸入方式。執(zhí)行用戶程序所需輸入狀態(tài)均在輸入映像寄存器中取用，而不直接到輸入端或輸入模塊去取用。隨程序的執(zhí)行需要 哪一個(gè)輸入信號就直接從輸入端或輸入模塊取用這個(gè)輸入狀態(tài)，如“立即輸入指令”就是這樣，此時(shí)輸入映像寄存器的內(nèi)容不變，到下一次集中采樣輸入時(shí)才變化。 PLC 工作的全過程可用如圖 運(yùn)行框圖來表示。機(jī)器上電后對 PLC 系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化工作，包括硬件初始化， I/O 模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定及其它初始化處理等。 PLC 上電處理完成以后進(jìn)入掃描工作過程。當(dāng) CPU 處于 STOP方式時(shí)，轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。 第三部分是出錯(cuò)處理。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)， CPU 被強(qiáng)制為 STOP 方式，所有的掃描停止。分析上述掃描過程，如果我們對遠(yuǎn)程 I/O 特殊模塊和其它通信服務(wù)暫不考慮，這樣掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”、“輸出刷新”三階段了。 輸入端子輸入映像寄存器( )( )元件映像寄存器輸出鎖存器輸出端子I 0 . 1M 1 0 . 0Q 0 . 0M 1 0 . 0M 1 0 . 0輸 入 采 樣 階 段 程 序 執(zhí) 行 階 段 輸 出 刷 新 階 段掃 描 周 期①②③ ④ ⑤ 圖 PLC 掃描工作過程 輸入采樣階段。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。 程序執(zhí)行階段。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。 輸出刷新階段。 S7200 PLC 簡介 S7200 PLC 組成原理 及技術(shù)指標(biāo) S7200 系列 PLC 是 SIEMENS 公司新推出的一種小型 PLC。 S7200 PLC 包含了一個(gè)單獨(dú)的 S7200 CPU 和各種可選擇的擴(kuò)展模塊，可以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器。 S7200 PLC 可以方便地組成 PLCPLC網(wǎng)絡(luò)和微機(jī) PLC 網(wǎng)絡(luò)，從而完成規(guī)模更大的工程?？梢哉f， S7200 可以完美地滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。這些性能直接影響到 PLC 的控制規(guī)模和 PLC系統(tǒng)的配置。檔次最低的是 CPU221，其數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)有 6 點(diǎn)，數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)有 4 點(diǎn)，是控制規(guī)模最小的PLC?？蛇B接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 點(diǎn)數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O。 狀態(tài)指示燈 LED 顯示 CPU 所處的工作狀態(tài)指示。 通訊接口可以連接 RS485 總線的通訊電纜。輸出端子的運(yùn)行狀態(tài)可以由頂部端子蓋下方一排指示燈顯示， ON 狀態(tài)對應(yīng)的指示燈亮。輸入端子的運(yùn)行狀態(tài)可以由底部端子蓋上方一排指示燈顯示， ON 狀態(tài)對應(yīng)的指示燈亮。將開關(guān)撥 向停止位置時(shí)，可編程序控制器處于停止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)可以對其編寫程序。將開關(guān)撥向監(jiān)控狀態(tài)，可以運(yùn)行程序，同時(shí)還 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 20 可以監(jiān)視程序運(yùn)行的狀態(tài)。 CPU224 及 EM235 (1)CPU224 的技術(shù)指標(biāo) CPU224 本機(jī)集成了 14 點(diǎn)輸入／ 10 點(diǎn)輸出，共有 24 個(gè)數(shù)字量 I/O。 CPU224 有 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存貯空間， 6 個(gè)獨(dú)立的 30KHz高速計(jì)數(shù)器， 2路獨(dú)立的 20KHz高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 CPU224 的接線 輸入 DC輸出： DC 輸入端由 1M、 ? 為第 1 組， 2M、 ? 為第 2 組， 1M、 2M 分別為各組的公共端。輸入開關(guān)的－端接到 24V DC的正極，輸入開關(guān)的另－端連接到 CPU224 各輸入端。1L+、 2L+分別為公共端。輸出負(fù)載的－端接到 1M 端，輸出負(fù)載的另－端接到 CPU224 各輸出端。 輸入繼電器輸出： DC輸入端與 CPU224 的 DC 輸入 DC 輸出相同。各組的公共端為 1L、 2L和 3L。負(fù)載的另一端分別接到 CPU224 各個(gè)繼電器輸出端子。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 21 圖 CPU224 接線圖 (2)模擬量混合模塊 EM235 EM235 具有 4路模擬量輸入和 1路模擬量輸出。其電壓、電流的量程是由開關(guān) SW SW2 到 SW6 設(shè)定。 圖 EM235 接線圖 S7200 網(wǎng)絡(luò) S7200 PLC 可以插入 CP 2432通訊處理器構(gòu)成 ASI主站，進(jìn)一步擴(kuò)大 I/O 點(diǎn)數(shù)。還可以利用內(nèi)部集成的 PPI 接口進(jìn)行 PPI 方式、自由口方式組成通訊網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被分配有各自的節(jié)點(diǎn)地址。但是，這些設(shè)備在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所起的作用并不完全相同。這類設(shè)備掌握了通訊的主動(dòng)權(quán)，叫主站。但是，有另一些通訊網(wǎng)絡(luò)中，它只能讓主站讀取數(shù)據(jù)，讓主站寫入數(shù)據(jù)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)不同，在－個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的主站和從站數(shù)量也不完全相同。網(wǎng)絡(luò)也有單主站和多主站之分。多主站就是由多個(gè)主站和多個(gè)從站構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。使用 S7200 CPU，可以支持一個(gè)或多個(gè)以下協(xié)議： 第一種是點(diǎn)到點(diǎn) (Pointtopoint)接口即 PPI 方式。第 三種是過程現(xiàn)場總線 PROFIBUS 即 PROFIBUSDP方式。 固態(tài)繼電器 固態(tài)繼電器（ Solid State Relay,縮寫 SSR） ,是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)。固態(tài)繼電器的 輸入端用微小的控制信號，達(dá)到直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載?？刂齐娏鞅ＷC再大于 5mA。隔離驅(qū)動(dòng)電路：隔離電路采用光 電耦合和高頻變壓器耦合（磁電耦合），光電耦合通常使用光電二極管 — 光電三極管，光電二極管 — 雙向光控可控硅，光伏電池，實(shí)現(xiàn)控制側(cè)與負(fù)載側(cè)隔離控制。 SSR 的 功率開關(guān)直接接入電源與負(fù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 23 載端，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載電源的通斷切換。專用的固態(tài)繼電器可以具有短路保護(hù)，過載保護(hù)和過熱保護(hù)功能，與組合邏輯固化封裝就可 以實(shí)現(xiàn)用戶需要的智能模塊，直接用于控制系統(tǒng)中。目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算 機(jī)外圍接口設(shè)備，調(diào)溫、調(diào)速、調(diào)光、電機(jī)控制、電爐加溫控制、電力石化、醫(yī)療器械、金融設(shè)備、煤碳、儀器儀表、交通信號等領(lǐng)域。按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。交流 輸出時(shí)，通常使用兩個(gè)可控硅或一個(gè)雙向可控硅，直流輸出時(shí)可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管。 SSR 的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示 ,通常為四端組件 : 2 個(gè)輸入端和 2個(gè)輸出端 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 24 圖 SSR 基本原理示意圖 SSR 的工作原理為 :當(dāng)輸入端③、④接收到控制信號 ,使二極管 (LED)發(fā)光 ,經(jīng)光敏管耦合啟動(dòng)觸發(fā)電路工作 ,使可控硅 (BCR)導(dǎo)通。 (3)固態(tài)繼電器分類 固態(tài)繼電器從受控負(fù)載不同分為交流固態(tài)繼電器和直流固態(tài)繼電器兩大類，其中交流固態(tài)繼電器應(yīng)用比較普遍。 SSR 固態(tài)繼電器以觸發(fā)形式 ,可分為零壓型 (Z)和 調(diào)相 型 (P)兩種。當(dāng) IN 撤銷后 ,負(fù)載電流低于雙向可控硅維持電流時(shí) (交流換向 ),SSR 關(guān)斷。 Z 型 SSR 關(guān)斷條件同 P型 ,但由于負(fù)載工作電流近似正弦波 ,高次諧波干擾小 ,所以應(yīng)用廣泛。 15V)時(shí)才開啟導(dǎo)通；關(guān)斷的時(shí)間是一樣的，都是在小于維持電流時(shí)關(guān)斷。同時(shí)減少了對負(fù)載的沖擊和產(chǎn)生的射頻干 擾，成為理想的開關(guān)器件，因此在控制通斷的場合中應(yīng)用最為廣泛。 ，控制功率小，電磁兼容性好 :固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可 與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。 :固態(tài)繼電器沒有輸入 “ 線圈 ” ，沒有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。 ，可控硅或雙相控硅的正向降壓可達(dá) 1~2V，大功率晶體管的飽和壓降也在 1~2V 之間，一般功率場效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻也較機(jī)械觸點(diǎn)的接觸電阻大。 ，導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量也大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同容量的電磁繼電器，成本也較高。 ，必須用快速熔斷器或 RC 阻尼電路對其進(jìn)行過載保護(hù)。 （需相應(yīng)散熱措施），有斷態(tài)漏電流，交直流不能通用，觸點(diǎn)組數(shù)少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標(biāo)差。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。從 17 世紀(jì)初伽利略發(fā)明溫度計(jì)開始，人們開始利用溫度進(jìn)行測量。 50 年以后，另一位德國人西門子發(fā)明了鉑電阻溫度計(jì)。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。 熱電偶 工業(yè)熱電偶作為測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用，它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中不同范圍的溫度。對于實(shí)驗(yàn)室等短距離的應(yīng)用場合，可以直接把熱電偶信號引入 PLC 進(jìn)行測量。熱電動(dòng)勢的大小只和熱電偶的材質(zhì)以及兩端的溫度有關(guān)，而和熱電偶的長短粗細(xì)無關(guān)。裝配式熱電偶由感溫元件（熱電偶芯）、不銹鋼保護(hù)管、接線盒以及各種用途的固定裝置組成。隔爆式熱電偶通常應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體的場合，如果使用普通熱電偶極易引起氣體爆炸，則在這種場合必須使用隔爆熱電偶。由于熱電偶溫度傳感器的靈敏度與材料的粗細(xì)無關(guān)，用非常細(xì)的材料也能夠做成溫度傳感器。對一般的工業(yè)應(yīng)用來說，為了保護(hù)感溫元件避免受到腐蝕和磨損，總是裝在厚厚的護(hù)套里面，外觀就顯得笨大，對于溫度場的反應(yīng)也就遲緩得多。有的把它的自由端放在不變的溫度場中， 有的使用冷端補(bǔ)償器抵消這種影響。 熱電阻 熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度測量元件。當(dāng)電阻值變化時(shí)，二次儀表便顯示出電阻值所對應(yīng)的溫度值。其中鉑熱電阻的測量精度是最高的。作為測溫元件，它具有良好的傳感輸出特性，通常和顯示儀、記錄 儀、調(diào)節(jié)儀以及其它智能模塊或儀表配套使用，為它們提供精確的輸入值。 熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅。根據(jù)使用場合的不同，熱電阻也有鎧裝式熱電阻、裝配式熱電阻、隔爆式熱電阻等種類，與熱電偶類似。分度號 Pt100 的含義為在 0℃時(shí)的 名義電阻值為 100Ω，目前使用的一般都是這種鉑熱電阻。 本設(shè)計(jì)選用鎳鉻 鎳硅 N 型熱電偶。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 29 第四章 軟件設(shè)計(jì) S7200 CPU 的 PID 控制 S7200 能夠進(jìn)行 PID 控制。 PID 是閉環(huán)控制系統(tǒng)的比例－積分－微分 控制算法。 PID 控制是負(fù)反饋閉環(huán)控制，能夠抑制系統(tǒng)閉環(huán)內(nèi)的各種因素所引起的擾動(dòng)，使反饋跟隨給定變化。 PID 算法在 S7200 中的實(shí)現(xiàn) PID 控制最初在模擬量控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，隨著離散控制理論的發(fā)展， PID 也在計(jì)算機(jī)化控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。 在 S7200 中 PID 功能是通過 PID 指令功能塊實(shí)現(xiàn)。 PID