畢業(yè)設計102用工控機和PLC設計噴油泵實驗臺監(jiān)控系統(tǒng) 亓曉彬-霍爾速度傳感器

第一章 緒論 1 摘 要 我們用工控機和 PLC設計了新的實驗臺監(jiān)控系統(tǒng)。噴油泵實驗臺是柴油機燃油噴射系統(tǒng)中的控制和供給單元。可定時定量的為發(fā)動機提供所需的高壓燃油。在油泵生產、制造及使用維修部門中為保證油泵定時定量的特性，需要在實驗臺上對油泵進行校驗與調整。噴油泵實驗臺可以模擬發(fā)送機在各種工況下的轉速，為油泵提供標準供油壓力，可對油泵進行供油定時、各分泵供油量、及供油均勻性等參數(shù)的測試。實驗臺動力部分采用變頻器無級調速系統(tǒng)，可對油泵轉速、噴油次數(shù)、試驗油溫進行控制與顯示。 關鍵詞： 工 控機、 PLC、油泵實驗臺、變頻器 ABSTRACT What is the accusing of machine of our recruitment PLC has designed the new laboratory bench monitoring system.It is control that the diesel engine fuel sprays among the systems and supply unit to gush out the laboratory bench of the oil pump .But offering the high-pressure fuel needed for engine at regular time and quantity.Produce , make and use in order to guarantee the characteristic at regular time and quantity of the oil pump while maintaining the department in the oil pump .Need to carry on the check-up and adjustment to the oil pump on the laboratory bench.Gushing out the laboratory bench of the oil pump can imitate the rotational speed of the transmitter under various kinds of operating modes. Offer standard for oil pressure for oil pump , can is it support oil timing , one pump person who supports oil , and support oil homogeneity test of parameter to go on to oil pump. The part of power of the laboratory bench adopts the stepless speed regulation of the frequency converter systematically. Can gush out oil number of times , test oil to be warm to is it control and show to go on , to oil pump rotational speed. Key words: Indusrial control machine, PLC, Laboratory bench of the oil pump, Frequence converter.第一章 緒論 1 第一章 緒論 1.1 設計目的 通過研究對汽車油泵實驗臺的設計與開發(fā)，使學生掌握產品設計的一半步驟，遵循的規(guī)律和應注意的問題，系統(tǒng)總結前面學過的知識，為畢業(yè)后的工作打下良好的基礎。 概述 1.2 設計任務 1.2.1 概述 我們知道，柴油機是燃油噴射系統(tǒng)中的控制和供該單元，特可定時定量的為發(fā)動機提供所需的高壓燃油。在油泵使用生產制造和維修部門中，為保證油泵定時定量的供油特性，就須在實驗臺上對油泵進行校驗與調整。 噴油泵實驗臺模擬發(fā)送機在各種情況下的轉速，為油泵提供標準的供 油壓力。實驗臺動力部分采用變頻無級調速系統(tǒng)，控制部分可對油泵的轉速，噴油次數(shù)實驗油溫，進行控制及顯示。但由于油泵在不同工況下轉速不同，使用中需多次進行轉速的調整。但愿實驗臺中采用單片機控制，故障率高，抗干擾能力差。因此我們采用工控機和 PLC 開發(fā)了新的實驗臺監(jiān)控系統(tǒng)，提高了進度和可靠性。 1.2.2 系統(tǒng)的工作原理 噴油泵實驗臺主要由變頻器、電動機、刻度盤、萬向聯(lián)軸器等部件組成。主傳動采用工作臺與電機座一體化結構，變頻器直接驅動電動機，電動機帶動刻度盤直接運轉，再通 無間隙彈片萬向聯(lián)軸節(jié)驅動噴油泵工 作。各部分的功能如下： 1.變頻器 變頻器采用施奈德電氣公司的變頻器，功率為 7.5KW，電壓為 380V。三相交流電源由輸出端 L1、 L2、 L3 接入，輸出端 T1、T2、 T3 接電動機，外部調速電位器接變頻器 13、 15、 17 三個端子，注意電位器中心抽頭接 13 號端子， 15、 17 端提供基準電壓。1、 2、 11 三端子接啟動（正反轉）停止開關，當 1、 11 端或 2、11 端接通后，通過旋轉電位器，可以控制變頻器的輸出，電動機作相應的運轉。另外，也可以通過 RS-485 通訊接口來控制電機第一章 緒論 2 的運轉。 為了提高變頻器的可靠性，變頻器增加了許 多保護：瞬間停電保護；欠壓保護；過壓保護；過載保護。 2.轉速的設定檢測 轉速設定：噴油泵實驗臺采用的是變頻器無級調速系統(tǒng)，采用西門子 S7-200PLC 控制，速度給定直接由鍵盤設定，經軟件變換后，由 A0 模塊輸出 0-10V 的電壓給變頻器輸入端，從而控制變頻器的輸出。 轉速測試及顯示：速度傳感器采用霍爾元件，將磁鋼放在主軸刻度盤上，利用 S7-200 的高速計數(shù)功能和中斷功能，計算出 1秒中的脈沖個數(shù)，再乘以 60，就是轉速。經過軟件轉換后送 LED或計算機 CRT 顯示。 3.噴油量的設定與顯示 油泵試驗臺的油量計算 系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是電氣控制部分，另一部分是機械部分，包括通斷油機構、斷油盤、量筒、噴油器等部件。試驗臺工作時，按下油量計數(shù)按鈕后，通斷油機構中的上電磁鐵通電，將斷油盤拉出，試驗油開始流入量筒，當噴油次數(shù)等于預置時，上電磁鐵斷電，下電磁鐵通電，將斷油盤推回，阻止噴油進入量筒，此時量筒中的油量即是預定噴油次數(shù)的噴油總量。 噴油次數(shù)是通過對霍爾元件傳來的轉速脈沖信號計數(shù)而得到的。因為每轉動一周，每個缸噴油一次，霍爾元件發(fā)出一個脈沖信號，因此，噴油次數(shù) =傳感器脈沖數(shù)。將記錄的噴油次數(shù)送計算機顯示。 4 實驗油 溫的設定控制機顯示 由于不同地區(qū)環(huán)境溫度不同，必然對油泵校驗帶來誤差，因此實驗臺對實驗油溫有一定要求，一般應保持在 38-42 度之間。實驗臺對油溫的控制是通過對油溫加熱器的通電控制來完成的。加熱器通斷可根據與之溫度的上下限與實測油溫的比較來決定的。 油溫檢測電路有油溫傳感器（熱敏電阻）和溫度 /頻率轉換電路組成。 T/F 電路用來將溫度信號轉換為頻率信號，人后送給 PLC高速計數(shù)器，用終端方式對頻率計數(shù)，把溫度模擬量變?yōu)?PLC 能處理的數(shù)字量。并送計算機顯示。 5.油泵實驗臺控制鍵盤如下： （ 1）溫度預置：溫度升，溫度 降，上限 40 度，下限 36 度； （ 2）溫度控制鍵：按下該鍵有控制作用，溫度大于 40 度，第一章 緒論 3 開風扇 K1，小于 36 度開加熱器 K2;再按下溫控鍵，控制作用失效。只顯示正常溫度。 （ 3）正轉鍵：按下該鍵 K3 動作，控制變頻器正轉。 （ 4）反轉鍵：按下該鍵 K4 動作，控制變頻器反轉。 （ 5）停止鍵：按下該鍵 K5 動作，控制變頻器停止。 （ 6）油泵開鍵：按下該鍵 K6 動作，控制油泵轉。 （ 7）油泵停建：按下該鍵 K6 動作，控制油泵停。 1.3 硬件電路構成 噴油泵實驗臺 PLC 控制部分硬件框圖主要有以下部分組成： 1.3.1. S7-200 PLC 主機 PLC 選用 S7-200 的 224 型，它為 24 點，其中，輸入為 14點，輸出為 10 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 168 路數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點， 13K 字節(jié)程序和數(shù)據存儲空間。6 個獨立的 30KHZ 高速計數(shù)器， 2 路獨立的 20KHZ 高速計數(shù)脈沖輸出，具有 PID 控制器。 1 個 RS-485 通訊變程口，具有 PPI通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排很容易的整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器， S7-200 的強大功能使其無論在獨立運行中，還是想連成網絡界能實現(xiàn)復雜控 制功能，因此 S7-200 具有極高的性能價格比。 1.3.2 模擬量擴展模塊 模擬量擴展模塊提供了輸入 /輸出的功能，我們選用 3 塊EM231 和 1 塊 EM235 模塊，有點如下： （ 1） 最佳適應性，可用于復雜控制場合。 （ 2） 直接與傳感器和執(zhí)行其相連 12 為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，如該模塊可直接 PT100 熱電阻相連。 （ 3）靈活性 當實際應用變化時， PLC 可以相應地進行擴展，并可非常容易的調整用戶程序。 EM235 模塊有 4 路模諾兩輸出，其中壓力、齒桿行程作為輸入，而輸出 0-10V 的電壓用來控制變頻器。 第一章 緒論 4 1.4 軟件設計 上位機用 MCGS 編程和顯示，下位機用西門子 S7-200 梯形圖語言編程，該系統(tǒng)軟件主要包括：上危機顯示控制編程、上下位機的連接通訊部分、河蝦危機的梯形圖編程，其中下位機的編程有包括轉速控制、轉速顯示、溫度控制、溫度顯示、正反轉控制、油泵起停控制、計數(shù)控制等部分組成。采用模塊化設計，系統(tǒng)開機后首先進行初始化。 編程軟件采用西門子的 STEP7-Mcro/WIN32 V3.1 主要特點是：在 Windows 平臺上運行的 SIMATIC S7-200 軟件簡單易學 、能夠解決復雜的自動化人物、可以快速進入節(jié)省編程時間、機遇Windows 軟件。 CPU 通過 PC/PPI 電纜或通過插在 PG/PC 上的CP551 或 CP5611 與 PG/PC 連接，通過 PPI電纜可以在 Windows98下實現(xiàn)實現(xiàn)多站模式。 第二章 監(jiān)控軟件的設計 5 第二章 監(jiān)控軟件的開發(fā) 我們在原來實驗臺的基礎上，主要利用工控機和 PLC 做了改進，設計了新的油泵控制系統(tǒng)，降低了故障率，提高了抗干擾能力。上位機用 MCGS 組態(tài)軟件做人機對話界面。 2.1MCGS 系統(tǒng)介紹 MCGS（ Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng)）是一套用于快速構造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于 Microsoft 的各種 32 位 Windows 平臺上運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領域有著廣泛的應用。 MCGS 的主要特性和功能如下： * 簡單靈活的可視化操作界面。 MCGS 采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，符合中國人的使用習慣和要求。 *實用性強、良好的并行處理功能。 MCGS 是真正的 32 位系統(tǒng)，充分利用了 32 位 Windows 操作平臺的多任務。按優(yōu) *豐富生動的多媒體畫面。 *開放式結構，廣泛的數(shù)據獲取和強大的數(shù)據處理功能。 *完善的安全機制。 MCGS 提供了良好的安全機制，為多個不同級別用戶設定不同的操作權限。 *多樣化的報警功能。 MCGS 提供多種不同的報警方式，具有豐富的報警類型和靈活多樣的報警處理函數(shù)，方便用戶進行報警設置。 *實時數(shù)據庫為用戶分布組態(tài)提供極大方便。 MCGS 由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據庫和運行策略五個部分構成，其中實時數(shù)據庫是一個數(shù)據處理中心，是系統(tǒng)各個部分及其各種功能性 構件的公用數(shù)據區(qū)，是整個系統(tǒng)的核心。 *支持多種硬件設備，實現(xiàn)“設備無關”。 *方便控制復雜的運行流程。 MCGS 開辟了“運行策略”窗口，用戶可以選用系統(tǒng)提供的各種條件和功能的策略構件，用圖形化的方法和簡單的類 Basic 語言構造多分支的應用程序，按照設定的條件和順序，操作外部設備，控制窗口的打開或關閉，與實時數(shù)據庫進行數(shù)據交換，實現(xiàn)自由、精確的控制運行流程。 *良好的可維護性和可擴充性。 第二章 監(jiān)控軟件的設計 6 *用數(shù)據庫來管理數(shù)據存儲，系統(tǒng)可靠性高。 *設立對象元件庫，組態(tài)工作簡單方便。 *實現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和 管理。 總之， MCGS 組態(tài)軟件功能強大，操作簡單，易學易用，普通工作人員經過短時間的培訓就能迅速掌握多數(shù)工程項目的設計和運行操作。同時使用 MCGS 組態(tài)軟件能夠避開復雜的計算機軟、硬件問題，集中精力去解決工程問題本身，根據工程作業(yè)的需要和特點，組態(tài)配置出高性能、高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)。 2.2MCGS 的構成： MCGS 系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。 用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進行，組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設計和構造自己的應用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結果是一個數(shù)據 庫文件，稱為組態(tài)結果數(shù)據庫。 運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結果數(shù)據庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。運行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與組態(tài)結果數(shù)據庫一起作為一個整體，才能構成用戶應用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，運行環(huán)境和組態(tài)結果數(shù)據庫就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨立運行在監(jiān)控計算機上。 2.3 工程的一般組建過程： 2.3.1 工程項目系統(tǒng)分析 首先要了解整個工程的系統(tǒng)構成和工藝流程，弄清測控對象的特征，明確主要的監(jiān)控要求和技術要求等問題。在此基礎上，擬訂組建工程的總體規(guī)劃和設想，主要 包括系統(tǒng)應實現(xiàn)哪些功能，控制流程如何實現(xiàn)，需要什么樣的用戶窗口界面，實現(xiàn)何種動畫效果以及如何實現(xiàn)在實時數(shù)據庫中定義數(shù)據變量等環(huán)節(jié)，同時還要分析工程中設備的采集及輸出通道與實時數(shù)據庫中定義的變量的對應關系，分清哪些變量是要求與設備連接的，哪些變量是軟件內部用來傳遞數(shù)據及用于實現(xiàn)動畫顯示的。在此基礎上，再建立工程，構造實時數(shù)據庫。做好工程的整體規(guī)劃，在項目的組態(tài)過程中能夠盡量避免一些無謂的勞動，快速有效的完成工程項目。 第二章 監(jiān)控軟件的設計 7 2.3.2 設計用戶操作菜單 在系統(tǒng)運行的過程中，為了便于畫面的切換和變量的提取，通常用戶要建 立自己的菜單，第一步是建立菜單的框架，第二步是對菜單進行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中，用戶可以根據實際的需要，隨時對菜單的內容進行增加和刪減，最終確定菜單。 2.3.3 制作動畫監(jiān)控畫面 制作動畫監(jiān)控畫面是組態(tài)軟件的最終目的，一般的設計過程是先建立靜態(tài)畫面，所謂靜態(tài)畫面就是利用系統(tǒng)提供的繪圖工具來畫出效果圖，也可以是一些圖片。然后對一些圖形或圖片進行設計，如顏色的變化、形狀大小的變化、位置的變化等。所有的動畫效果均應和數(shù)據庫變量一一對應，實現(xiàn)內外結合的效果。 2.3.4 編寫控制流程程序 在動態(tài)畫面制作過程中，除了一 些簡單的動畫是由圖形語言定義外，大部分較復雜的動畫效果和數(shù)據之間的連接，都是通過一些程序命令來實現(xiàn)的， MCGS 軟件為用戶提供了大量的系統(tǒng)內部命令。其語言的形式兼容于 VB、 VC 語言的格式。另外 MCGS 軟件還為用戶提供了編程用的功能構件（稱之為腳本程序），這樣就可以通過簡單的編程語言來編寫工程控制順序。 2.3.5 完善菜單按鈕功能 雖然用戶在工程中建立了自己的操作菜單，但對于一些功能比較強大、和關聯(lián)比較多的控制系統(tǒng)，有些還要通過制定一些按鈕或文字來連接其它的變量和畫面，按鈕的作用既可以用來執(zhí)行某些命令，還可以輸 入數(shù)據給某些變量。當和外部的一些智能儀表、可編程控制器、工業(yè)總線單元、計算機 PCI 接口進行連接時，會大大增加其數(shù)據傳輸?shù)暮喗菪浴?2.3.6 編寫程序調試工程 工程中的用戶程序編寫好后，要進行在線的調試。在進行現(xiàn)場的調試過程中，可以先借助于一些模擬的手段來進行初調， MCGS軟件為用戶提供了較好的模擬手段。調試的目的是對現(xiàn)場的數(shù)據進行模擬，檢查動畫效果和控制流程是否正確，從而達到和外部設備進行可靠的連接。 第二章 監(jiān)控軟件的設計 8 2.3.7 連接設備驅動程序 利用 MCGS 組態(tài)軟件編寫好的程序，最好要實現(xiàn)和外部設備的連接，在進行連通之前， 裝入正確的驅動程序和定義通信協(xié)議是很重要的。有時不能與設備進行可靠的連接，往往就是通信協(xié)議的設置有問題而造成的。另外合理的指定內部變量和外部變量之間的隸屬關系也很重要，此項工作在設備窗口中進行。 2.3.8 工程完工綜合測試 經過上步的分布調試后，就可以對系統(tǒng)進行整體的連續(xù)調試了，一個好的工程必須要能經得起考驗，驗收合格后就可以進行交驗。 2.4 噴油泵實驗臺自動測控系統(tǒng)的設計 2.4.1 變量的定義： 變量名 變量類型 注釋 正轉按鈕 開關型 主軸電機正轉控制信號， 1 有效 反轉按鈕 開關型 主軸電機反轉控制 信號， 1 有效 停止按鈕 開關型 主軸電機停止控制信號， 1 有效 提前角復位按鈕 開關型 復位提前角， 1 有效 油泵開按鈕 開關型 油泵電機啟動控制信號， 1 有效 油泵關按鈕 開關型 油泵電機停止控制信號， 1 有效 控溫按鈕 開關型 打開 PLC 的控溫程序 計數(shù)按鈕 開關型 打開 PLC 的計數(shù)程序 計數(shù) 數(shù)值型 記錄噴油次數(shù) 計數(shù)設定 數(shù)值型 設定噴油次數(shù) 提前角 數(shù)值型 記錄提前角度數(shù) 位移 數(shù)值型 記錄位移 溫度 數(shù)值型 記錄溫度 溫度設定 數(shù)值型 設定溫度 油壓 數(shù)值型 記錄油壓 壓力設 定 數(shù)值型 設定油壓 轉速 數(shù)值型 記錄轉速 轉速設定 數(shù)值型 設定轉速 2.4.2 顯示畫面的制作 第二章 監(jiān)控軟件的設計 9 （ 1）在“用戶窗口”中右鍵單擊“新建窗口”按鈕，出現(xiàn)“窗口0”圖標。 （ 2）單擊“窗口屬性”按鈕，彈出“用戶窗口屬性設置”窗口在基本屬性頁的“窗口名稱”欄內填入“噴油泵試驗臺自動測控系統(tǒng)”，“窗口位置”選“再打化顯示”，其他不變。單擊“確認”按鈕關閉窗口。 （ 3）在“用戶窗口”中，選中“噴油泵試驗臺自動測控系統(tǒng)”，單擊右側的“動畫組態(tài)”按鈕，進入動畫組態(tài)窗口。在動畫組態(tài)窗口中添加需要的按鈕、標簽、 顯示框等，構建顯示畫面。 A、 輸入文字“噴油泵試驗臺自動測控系統(tǒng)”： a 單擊繪圖工具箱中的“標簽”按鈕，挪動鼠標光標，此時成“十字”形。在窗口上部某位置按住鼠標左鍵并拖拽出一個一定大小的矩形（文本框），松開鼠標。 b 在文本框內光標閃爍位置輸入“噴油泵試驗臺自動測控系統(tǒng)”，按回車建。 c.在窗口任意空白位置單擊鼠標，結束文字輸入。如果文字輸錯了或輸入的文字的字形、字號、顏色、位置等不滿意，可修改。 B 畫按鈕： 單擊畫圖工具箱的“標準按鈕”工具，在畫面中劃出一定大小的按鈕。 a.調整其大小和位置。 b 鼠標雙擊該按鈕，彈出“標準按鈕構件屬性設置”窗口，在“基本屬性 ”頁設置如下： “按鈕標題”欄：輸入按鈕名稱（正轉、反轉、停止、油泵開油泵停、控溫、計數(shù)、復位） “標題顏色”欄：黑色 “標題字體”：黑體、五號、加粗。 “水平對齊”：中對齊 “垂直對齊”：中對齊 “按鈕類型”：標準 3D 按鈕 c 單擊“確認”按鈕。 d 其它按鈕按此方法一一確定屬性。 C 畫“百分比填充構件”： a 單擊工具箱中的“百分比填充構件”，挪動鼠標光標，在合適 位置按住鼠標左鍵并拖拽出一個一定大小的圖形，松開鼠標。 b 在“基本屬性”中設置邊界類型、對齊方式、構件外觀，然后單 擊“確認”。 第二章 監(jiān)控軟件的設計 10 c 在“操作屬性”中，選擇對應數(shù)據對象的名稱、大小范圍及快速 鍵等。 2.4.3 連接編程 設備構件的調入 在本設計中，主要是 PLC 設備的通信連接。在進行 PLC 設備的通信連接時，要依托在“串口通信父設備”之下，將左邊的“通用設備”文件夾打開，選中“串口通信父設備”并移入到右邊的設備子集中，再打開“ PLC 設備”文件夾，選中西門子 S7 200PPI 的 PLC 設備，并將其移入右邊的設備子集中。雙擊 設備窗口中的圖標，系統(tǒng)進入設備組態(tài)窗口。在空白區(qū)內單擊右鍵，調出“設備工具箱”，分別將“串口通信父設備”和“西門子 S7 200PPI”拖拉到設備組態(tài)窗口中，下一步就可以進行具體的設備組態(tài)了。 設備屬性的設置 1串口通信父設備 做好設備連接后，就可以對其通信協(xié)議進行設置了。雙擊“串口通信父設備”，在基本屬性通信協(xié)議定義如下：通信波特率為 6 9600，數(shù)據位位數(shù)為 3 8 位，停止位位數(shù)為 1 位，數(shù)據校驗方式為 偶校驗，串口端口號為 COM1，見圖 2-1： 第二章 監(jiān)控軟件的設計 11 圖 2-1 設備 0 屬性設置 2西門子 S7 200PPIPLC 西門子 S7 200PPIPLC 的定義是進行設備連接的關鍵所在，在這 里要進行 PLC 相關通道的開通，并與 MCGS 組態(tài)軟件中數(shù)據庫變量進行鏈接。 （ 1）基本屬性 在基本屬性中，定義最小采樣周期為 1ms，其他參數(shù)可以采用默認值。 （ 2）通道屬性設置 在基本屬性中，單擊“設置設備內部屬性”項，彈出“西門子 S7 200PPIPLC 設備通道屬性”窗口，設置與 MCGS 組態(tài)軟件相關的通道到設 備設置窗口中。在該窗口中，“增加通道”、“刪除一個”、“全部 刪除”、“索引拷貝”操作按鈕用來進行通道的開通和刪除。 圖 2-2 設備 1 屬性設置 設備與變量的連接 1單擊工作臺中的“設備窗口”選項卡，進入“設備窗口”頁。 第二章 監(jiān)控軟件的設計 12 2單擊右側“設備組態(tài)”按鈕或雙擊“設備窗口”圖標，彈出設備組態(tài)窗口。雙擊西門子 S7 200PPIPLC，單擊通道連接（通道連接就是將 PLC 中的通道參數(shù)與 MCGS 組態(tài)軟件中數(shù)據庫變量進行組合連接），將兩組對應的變量進行左右對應即可生成。 將腳本程序添加的策略行 1回到組態(tài)環(huán) 境，進入循環(huán)策略組態(tài)窗口。 2單機工具欄“新增策略行”按鈕。 3選中策略工具箱的“腳本程序”，光標變?yōu)槭中巍?4單機新增策略行末端的小方塊，腳本程序被加到該策略。 5雙擊“腳本程序”策略行末端的方塊，出現(xiàn)腳本程序編輯窗口。 6編輯腳本程序，并保存。 菜單組態(tài) 在建立了一個新工程文件后，為了便于操作可以編制一套合適的菜單。這些菜單項主要適用于不同畫面和數(shù)據之間的調用。在主控窗口中，通過單擊“菜單組態(tài)”按鈕，或直接雙擊主控窗中的圖標，便可彈出“菜單組態(tài)”窗口，用戶可以在該窗口下完成菜單 的基本設置工作。 MCGS 菜單組態(tài)允許用戶自由設置所需的每一個菜單命令，舌質的內容包括菜單命令的名稱、對應的快捷鍵、菜單命令所執(zhí)行的功能。 用戶菜單的組態(tài)可以通過建立菜單項來完成，具體操作是用鼠標單擊 MCGS 主菜單中的插入菜單項、分隔線、下拉菜單項。建立好的菜單還可以進行修改和屬性更換，操作步驟是選中該菜單，在單擊鼠標右鍵，實施上、下、左、右移動。另一種方法是雙擊該菜單，在菜單屬性中重新定義。還可以定義菜單的操作和腳本程序。 組態(tài)的運行 組態(tài)運行畫面如下： 第二章 監(jiān)控軟件的設計 13 圖 2-3 控制系統(tǒng)界面 第三章 PLC 的控制設計 14 第三章 PLC 控制器的設計 下位機用西門子的 S7-200 224,用其專用的西門子梯形圖語言進行編程。 3.1的概述 可變程序控制器（ Programmable Controller-PC 或 PLC）于1969 年在美國數(shù)字設備公司（ DEC）出現(xiàn)以來，經過 30 多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經成為一種應用范圍很廣泛的新一代工業(yè)自動控制裝置。 它應用大規(guī)模集成電路，微型機技術和通訊技術的發(fā)展成果，逐步形成具有多種優(yōu)點和微型、小型、中型、大型、超大型、等各種規(guī)格的 PLC 系列產 品，已經和計算機輔助設計和制造及工業(yè)機器人并列為工業(yè)自動化的三大支柱。 3.2 可編程控制器的主要特點 ： 1. 變成方法簡單易學。 梯形圖是使用最多的可編程控制器的語言，其電路符號和表達方式繼電器電路原理圖相似，形象直觀，易學易懂。 2功能強，性價比高。 一臺小型可編程控制器內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)比較復雜的控制功能，與相同的繼電器系統(tǒng)相比，有很高的性能價格比。 3硬件配套齊全，用戶使用方便，適用性強。 現(xiàn)有的可編程控制器已經標準化，系列化，模塊化，配備有齊全的各 種硬件裝置供用戶選用；用戶可以根據需要靈活方便的進行系統(tǒng)設置，組成不同規(guī)模和功能的系統(tǒng)，而且有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。 4可靠性高，抗干擾能力強。 可編程控制器用軟件代替了大量的中間繼電器，時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的 1/10 1/100，因接觸不良造成的故障可大為減少。采用了一系列的硬件和軟件抗干擾措施，有很強的抗干擾能力，可以直接應用于有強烈干擾的工業(yè)生產現(xiàn)場。 5系統(tǒng)的設計，安裝，調試工作量少。 用軟件功能代 替了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器，時間第三章 PLC 的控制設計 15 繼電器，計數(shù)器等元件，使控制器的設計，安裝，接線工作量大大減少。 6維修工作量小，維修方便。 PLC 故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能，當 PLC 或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據可編程控制器上的發(fā)光二極管提供的信息迅速的查明故障原因，用更換模塊的方法可以迅速的排除故障。 7體積小，能耗低。 由于 PLC 可編程控制器的以上優(yōu)點，根據噴油泵試驗臺系統(tǒng)的工作要求和工作地點實際情況，采用 PLC 來控制噴油泵試驗臺系統(tǒng)是比較好的方案。 3.3 PLC 的 基本組成 1 CPU:CPU 是 PLC 的核心，其作用類似于人的大腦，它能夠識別用戶按照特定的格式輸入的各種指令，并按照指令的規(guī)定，根據當前的現(xiàn)場 I/O 信號的狀態(tài)，發(fā)出相應的控制指令，完成預定的控制任務。另外，它還能識別用戶的指令列的格式和語法錯誤，并具有系統(tǒng)電源、 I/O 系統(tǒng)、存儲器及其它接口的測試與診斷功能， CPU 與其他部件之間的連接式通過總線進行的。 2 存儲器：有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩部分組成。系統(tǒng)程序是由生產廠家預先編制的監(jiān)控程序、模塊化應用子程序、命令解釋和功能子程序的調用管理程序及各種系統(tǒng)參數(shù)等。 用戶程序包括由用戶編制的梯形圖，輸入、輸出狀態(tài)，技術、定時器以及系統(tǒng)運行必要得初始值，其他參數(shù)等。 3 輸入 /輸出系統(tǒng) PLC 的輸入 /輸出系統(tǒng)是過程狀態(tài)與參數(shù)輸入到 PLC 以及 PLC 實現(xiàn)控制時控制信號輸出的通道，他提供了各種操作電平和驅動能力的輸入 /輸出接口模板，以實現(xiàn)被控過程與 PLC I/O 接口之間的電平轉換，電器隔離穿 /并轉換、 A/D 與 D/A 轉換等功能，根據功能不同， I/O 通道可以分為： 模擬量輸入通道（ AI） 模擬量輸出通道（ AO） 開關量輸入通道（ DI） 開關量輸出通道 (DO) 脈沖量輸入通道（ PI） PLC 的基本組成和結構如下圖 第三章 PLC 的控制設計 16 3.4 可編程控制器的工作原理 1 工作過程 按照可編程控制器系統(tǒng)的構成原理，可編程控制器系統(tǒng)有傳感器和執(zhí)行器組成，可編程控制器通過循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務，其操作員例如下圖，操作過程分析如下 CPU 系統(tǒng)和用戶內存 用戶程序存儲器 輸入接口 輸入輸出寄存器 輸出接口 I/O擴展接口 I/O擴展機 編程器 外設 I/O接口 電 源 第三章 PLC 的控制設計 17 PLC 將內部數(shù)據存儲器分成若干個存儲器區(qū)域，其中過程影響區(qū)域又 成為 I/O 映像寄存器區(qū)域。過程映像區(qū)域的輸入映像寄存器區(qū)域 (PII)用來存放輸入端點的狀態(tài)，輸出映像寄存器區(qū)（ PIQ）用來存放用戶程序（ OB1）運行的結果。 PLC 輸入模塊的輸入信號狀態(tài)與傳感器信號相對應，為傳感信號經過隔離和濾波后的有效信號。開關兩輸入信號只能識別傳感器的 0、 1 電平，不能識別開關的同段。 CPU 在每個掃描周期的開始掃描輸入信號的信號狀態(tài)，并將其狀態(tài)送入到輸入映像寄存器區(qū)域； CPU 根據用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號，并將處理結果送到輸出映像寄存器區(qū)域。 PLC 輸出模塊具有一定的負載驅動能 力，在而定負載異能，直接和負載相連，可以驅動相應的執(zhí)行器。 2 技術性能指標 可編程控制器的種類很多，用戶可以根據控制系統(tǒng)的具體要求選也不同技術性能指標的 PLC?？删幊炭刂破鞯募夹g性能指標主要有以下幾個方面： 1)I/O 點數(shù) 2)存儲容量 3)掃描速度 4)指令系統(tǒng) 5)可擴展型 6)通訊功能 3 編程器 他是編輯、調試和安裝用戶程序的必備設備，是 PLC 系統(tǒng)開發(fā)階段所必需的開發(fā)工具，他一般通過標準通信接口或專用編程接口與 PLC 相連接。它可分為專用型和通用型兩類：專用型編程器一般是 PLC 所配的專用小型編程器，采用指 令代碼直接編程，采用數(shù)碼管顯示指令內容和運行結果；通用性編程器一般采用通用第三章 PLC 的控制設計 18 的臺式個人計算機或便攜式計算機，配以專用編程軟件對 PLC 進行編程組態(tài)，程序調試和運行監(jiān)視及設備測試等。 3.5 PLC 的硬件選型 3.5.1 輸入輸出點數(shù)的確定 系統(tǒng)的輸入輸出信號既有開關量又有模擬量，輸入信號有按鈕發(fā)出的開關信號，霍爾元件發(fā)出的脈沖信號，以及溫度、壓力，位移傳感器發(fā)出的 4-20MA 模擬信號，輸出信號除了控制各繼電器信號，送上位機的顯示信號外，還有控制變頻器的 0-10V 模擬量信號。 輸入點數(shù) I： 1、測轉速傳感器 1 信號 輸入 2、計數(shù)用傳感器 1 脈沖輸入 3、測提前角用傳感器 1 信號輸入 4、測提前角用傳感器信號輸入 5、溫度控制按鈕 6、計數(shù)按鈕 7、溫度設置按鈕 8、計數(shù)設定按鈕 9、轉速設置按鈕 10、設置升按鈕 11、設置降按鈕 12、主軸電機正轉按鈕 13、主軸電機反轉按鈕 14、主軸電機停止按鈕 15、溫度傳感器信號輸入 16、壓力傳感器信號輸入 17、位移傳感器信號輸入 18、油泵電機開 19 油泵電機停 （共 19 個：開關量 12 個，模擬量 3 個，脈沖量 4 個） 輸出點數(shù) Q： 1、主電機正轉繼電器 K1 2、 主電機反轉繼電器 K2 3、油泵電機開接觸點 K3 第三章 PLC 的控制設計 19 4、風扇開 K4 5、加熱器開 K5 6、計數(shù)繼電器開 K6 7、轉速控制信號輸出 （共 7 個：開關量 6 個，模擬量 1 個） 3.5.2PLC 的 CPU 選擇 由于本人對德國西門子的 S7-200PLC 比較熟悉，并經過調查得知其產品質量高，故障率低，所以選用 S7-200 型 PLC。 S7-200 有 4 種 CPU 模塊： （ 1） CPU221 CPU222 即集成了了 6 點數(shù)字量輸入和 4 點數(shù)字量輸出，共有 10個數(shù)字量 I/O 點，無擴展能力。 CPU221 有 6KB 程序和 數(shù)據存儲空間， 4 個獨立的 30KHZ 高速計數(shù)器， 2 路獨立的 20KHZ 高速脈沖輸出， 1 個 RS-485 通信編程口。 CPU221 具有 PPI（點對點通信）、 MPI（多點通信）和自由方式通信能力，非常適于小型數(shù)字量控制。 （ 2） CPU222 CPU222 機集成了 8 點輸入 /6 點輸出，共有 14 點數(shù)字量 I/O，可連接 2 個擴展模塊，最大可擴展至 78 點數(shù)字量 I/O 或 10 路模擬量 I/O.CPU222 有 6KB 程序和數(shù)據存儲空間、 4 個獨立的 30KHZ高速計數(shù)器、 2 個獨立的 20KHZ 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。他還配置了 1 個 RS-485 通 信編程口，具有 PPI、 MPI 和自由方式通信能力。 CPU222 型 PLC 是具有擴展能力、適用性更廣泛的小型 PLC （ 3） CPU224 本機集成了 14 點輸入 /10 點輸出共有 24 點數(shù)字量 I/O。她了連接7 個擴展模塊，最大擴展至 168 點數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬量I/O.CPU 有 13KB 程序和數(shù)據存儲空間、 6 個獨立的 30KHZ 高速計數(shù)器、 2 路獨立的 20KHZ 高速脈沖輸出，遇有 PID 控制器。CPU224 配有 1 個 RS-485 通信編程口，具有 PPI 通信、 MPI 通信和自由方式通信能力，是具有較強控制能力的小型控制器 。 （ 4） CPU226 本機集成了 24 點輸入 /16 點輸出，共有 40 個數(shù)字量 I/O。可連接7 個擴展模塊，最大擴展至 248 點數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量I/O.CPU226 有 13KB 程序和數(shù)據存儲空間， 6 個獨立的 30KHZ高速計數(shù)器， 2 路獨立的 20KHZ 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。第三章 PLC 的控制設計 20 CPU226 配有 2 個 RS-485 通信編程口，具有 PPI 通信、 MPI 通信和自由方式通信能力，用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)。 CPU22X 主要技術指標 根據已知的系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)，以及所需的高速計數(shù)器功能、中斷功能以及擴展功能，我們選擇 CPU224。 系統(tǒng)需要 19 路數(shù)字量輸入， 6 路數(shù)字量輸出。而 CPU224 只有 14 路數(shù)字量輸入， 10 路數(shù)字量輸出。則需要進行數(shù)字量輸入模塊擴展。因系統(tǒng)還需要 3 路模擬量輸入， 1 路模擬量輸出，所以 PLC 需要選擇模擬量輸入輸出模塊。 3.5.3PLC 擴展模塊的選擇 1數(shù)字量擴展模塊的選擇： 數(shù)字量輸入輸出模塊是為了解決本機集成的數(shù)字量輸入輸出點不能滿足需要而使用的擴展模塊。因只需要增加數(shù)字量輸入模塊，則我們選擇的擴展模塊是 EM221。 . EM221 數(shù)字量輸入模塊： EM221 數(shù)字量輸入模塊具有 8 點輸入隔離。 EM221 技術指標 型號 EM221 數(shù)字量輸入模塊 總體特性 外形尺寸： 46mm 80mm 62mm 功耗： 2W 輸入特性 本機輸入點數(shù)： 8 點數(shù)字量輸入 輸入電壓：最大 DC30V，標準 DC24V/4mA 隔離：光隔離， AC500V， 1min， 4 點 /組 輸入延時：最大 3.2.5ms 電纜長度：不屏蔽 350m，屏蔽 500m 耗電 從 CPU 的 DC5V(I/O 總線 )耗電 30mA 接線端子 1M、 0.0、 0.1、 0.2、 0.3 為第一組， 1M 為第一組公共端 2M、 0.4、 0.5、 0.6、 0.7 為第二組， 2M 為第二組公共端 2模擬量擴展模塊的選擇 模擬量 I/O 擴展模塊提供了模擬量輸入和模擬量輸出的擴展功能， S7-200 的模擬量擴展模塊式有較大的適應性，可以直接與傳感器相連，并有很大的靈活性，且安裝方便。其模擬量擴展模塊有： 第三章 PLC 的控制設計 21 （ 1）、 EM231 模擬量輸入模塊 EN231 具有 4 路模擬量輸入，輸入信號可以是電壓，也可以使電流，其輸入與 PLC 與有隔離。 （ 2） EM232 模擬量輸入模塊 EM232 具有 2 路模擬量輸出，輸出信號可以是電壓，也可以使電流，其輸入與 PLC 與有隔離。 （ 3） EM235 模擬量輸入模塊 EM235 具有 4 路 模擬量輸入和一路模擬量輸出。他的輸入信號可以是不同量程的電壓或電流。其電壓、電流的量程由開關SW1-SW6 設定。 EM235 有意路模擬量輸初，其輸出可以是電壓，也可以使電流。 EM235 技術指標 型號 EM235 模擬量混合模塊 總體特性 外形尺寸： 71.2mm 80mm 62mm 功率： 3W 輸入特性 本機輸入： 4 路模擬量輸入 電源電壓：標準 DC24V/4Ma 輸入類型： 0-50Mv、 0-100Mv、 0-500Mv、 0-1v、0-5v、 0-10v、 0-20ma 25mv、 50mv、 100mv、 250mv、 500mv、 1v、 2.5v、 5v、 10v 分辨率： 12bit 轉換速度： 250 微秒 隔離：有 輸出特性 本機輸出： 1 路模擬量輸出 電源電壓：標準 DC24V/4ma 輸出類型： 10V、 0-20ma 分辨率： 12bit 轉換速度： 100 微秒（電壓輸出）， 2 微秒（電流輸出） 隔離：有 耗電 從 CPU DC5V(I/O 總線 )耗電 10ma 接線端子 M 為 DC24V 電源負極端， L+為電源正極端 M0、 V0、 I0 位模擬量輸出端 電壓輸出時，“ V0”為電壓正端，“ M0”為電壓負端 電流輸出時 ，“ I0”為電流的進入端，“ M0”為電第三章 PLC 的控制設計 22 流的留出端 RA、 A+、 A-;RB、 B+、 B-;RC、 C+、 C-;RD、 D+、D-分別為第 1-4 路模擬量輸入端 電壓輸入時，“ +”為電壓正端，“ -”為電壓負端 電流輸入時，須將“ R”與“ +”短接后作為電流的進入端，“ -”為電流輸出端 因需要 3 路模擬量輸入和 1 路模擬量輸出，所以我們選擇的擴展模塊是 EM235。 3.6 PLC 的軟件設計 3.6.1 S7-200 的程序設計方法 ： 編制 PLC 控制程序的方法很多，主要的有以下幾種典型的編程方法： 1、 圖解法編程 圖解法是靠畫圖進行 PLC 程序設計。常見的主要由提醒突發(fā)、邏輯流程圖法、時序流程圖法和步進順控法。 2。經驗法編程 經驗法是運用自己的或別人的經驗進行設計。多數(shù)是設計前線選擇與自己工藝要求相近的程序，把這些程序看成是自己的“試驗程序”。結合自己工程的情況，對這些“試驗程序”逐一修改，使之適合自己的工程要求。這里所說的經驗，有的是來自自己的經驗總結，有的可能是別人的設計經驗，有的也可能是來自其他資料的典型程序。要想使自己有更多的經驗，就需要日積月累，善于總結。 3。計算機輔助設計編程 計算機輔助設計是通過 PLC 編程軟件在計算機上 進行程序設計、離 線 或 在 線 編 程 、 離 線 方 針 和 在 線 調 整 等 等 。 S7-200的 ”STEP7-Micro/WIN32”3.0 版本編程軟件是基于 Windows 平臺的應用軟件。它支持 Windows95、 Windows98 和 WindowsNT 使用環(huán)境，使用環(huán)境，使 S7-200PLC 編程專用軟件。使用這些編程軟件可以十分方便的在計算機上離線或在線編程、在線調試，使用這些編程軟件可以十分方便的在計算機上進行程序的存取、加密以及完成 EXE 運行文件。 我們采用梯形圖法進行 PLC 程序設計。最后在 S7-200PLC編程專用軟件“ STEP7-Micro/WIN32” 3.2 版本編程軟件上進行輸入編程，調試。 第三章 PLC 的控制設計 23 3.6.2 程序實現(xiàn)以下功能 1實現(xiàn)對燃油溫度的檢測計算 2實現(xiàn)對盆油泵壓力的檢測計算 3實現(xiàn)對盆油泵齒桿行程位移的檢測計算 4實現(xiàn)對主軸轉速的檢測計算 5實現(xiàn)對噴油泵噴油次數(shù)的檢測計算 6實現(xiàn)對噴油提前角的檢測計算 7實現(xiàn)對主軸轉速的控制 8實現(xiàn)對主軸電機正、反轉停止的控制 9實現(xiàn)對油泵開停的控制 10實現(xiàn)對燃油溫度的控制 11實現(xiàn)對溫度、轉速、計數(shù)的預置值設定 程序實現(xiàn)說明： 1.模擬量檢測：（以溫度檢測 為例） 溫度檢測值 AIW0 送溫度存儲單元 VW0， VW0 中的數(shù)值減去 6553，再除以 131 存入 VW2， VW2 中的內容即為溫度的實際值。其中： 6553 為 4 毫安信號所對應的數(shù)值； 131 位每度對應的數(shù)值；壓力檢測和檢測同理。 2. 轉速控制： 因為轉速要求為 04000 轉，則求出每轉的對應數(shù)值為 8，由速度預設值乘以每轉對應的數(shù)值即得設置轉速對應的數(shù)值。此數(shù)值送入 AQW0 變?yōu)?010V 模擬量輸出控制變頻調速。 3 轉速檢測： 利用高速計數(shù)器 HSC0 功能及定時中斷功能，高速計數(shù)器工作后每 250 毫秒產生一次定時中斷讀 一次高速計數(shù)器得值 HC0，然后乘以 240 即得每分鐘的轉速。 4 計數(shù)檢測 : 利用高速計數(shù)器 HSC3 功能及中斷功能，其 HSC3 的預設值設置等于計數(shù)預設值。當計數(shù)完畢后產生高速計數(shù)器中斷，此時HC3 的值即為計數(shù)值。 5 提前角的檢測： 利用高速計數(shù)器 HSC4、 HSC5，設置 HSC4 預設值 5，則其計 5 次數(shù)產生一次中斷，此時讀出高速計數(shù)器的數(shù)值 HC5，用 5減去 HC5 的值得 5 轉的轉數(shù)差值，此值除以 5 轉后的每轉的轉數(shù)差值，再乘以 360 度即得提前角的度數(shù)。 第三章 PLC 的控制設計 24 6.預設值程序（以轉速為例）： 因為要求每按一下增減按鈕轉速 增減 50 轉。則利用增減計數(shù)器 C4 功能，其 C4 每增減一次 ,則 C4 的值乘以 50， 得其預設值送入轉速預設單元 VW10 中。 7.變量分配表： PLC 的變量分配表 輸入 地址號 信號名稱 注釋 I0.0 轉速傳感器輸入 HSC0 專用脈沖輸入 I0.1 計數(shù)傳感器輸入 HSC3 專用脈