基于S7-200PLC液體混合裝置控制地模擬

1、1概述1.1 PLC的基本概念在PLC的發(fā)展過(guò)程中，美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)（NEmA經(jīng)過(guò)四年的調(diào)查，于1980年把這種新型的控制器正式命名為可編程控制器（ProgrammableController ），英文縮寫(xiě)為PC,并且作如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn) 算操作的是的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它使用可編程序的存儲(chǔ) 器來(lái)存儲(chǔ)指令，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，計(jì)數(shù)，計(jì)時(shí)和算術(shù) 運(yùn)算等操作的指令。并且通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī) 械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體, 易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！倍x強(qiáng)調(diào)了 PLC應(yīng)直

2、接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。1.2 PLC的發(fā)展PLC自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，在美，德，日等工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。世界總銷售額不斷上升，生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)，品種不斷翻 新，產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格不斷下降。目前，世界上有200多個(gè)廠家，較有名的公司有美國(guó)：AB通用電氣，莫迪康公司；曰本:三菱，富士，歐姆龍，松下電工等:德國(guó):西門子公司；法國(guó):TE施耐德公司；韓國(guó)：三星，LG公司等。1.3 PLC的發(fā)展趨勢(shì)（）大型化為適應(yīng)大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求，大型PLC向著大存儲(chǔ)容量，高速度，高性能,增加|0

3、點(diǎn)數(shù)的發(fā)展方向。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信功能：； 2發(fā)展智能模塊;3. 外部故障診斷功能；4. 編程語(yǔ)言、編程工具標(biāo)準(zhǔn)化、高級(jí)化5實(shí)現(xiàn)軟件、硬件標(biāo)準(zhǔn)化6. 編程組態(tài)軟件發(fā)展迅速(-)小型化發(fā)展小型PLC,其目的是為了占領(lǐng)廣大的、分散的、中小型的工業(yè)控制場(chǎng)合,使PLC不僅成為繼電器控制柜的替代物， 而且超過(guò)繼電器控制系統(tǒng)的功能。小型PLC朝著簡(jiǎn)易化、體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格低的方向發(fā)展。1-4 PLC的主要功能1開(kāi)關(guān)量邏輯控制;2. 模擬量控制； 3閉環(huán)過(guò)程控制； 4定時(shí)控制； 5.計(jì)數(shù)控制； 6順序(步進(jìn))控制;7. 數(shù)據(jù)處理； 8通信和聯(lián)網(wǎng)O1-5 PLC的特點(diǎn)可靠性高、抗干擾能力

4、強(qiáng)；2通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全;3. 編程簡(jiǎn)單、使用方便;4模塊化結(jié)構(gòu)； 5安裝簡(jiǎn)便、調(diào)試方便； 6.網(wǎng)絡(luò)通信O1-6 PLC的基本組成和各部分作用1, 中央處理單兀（Central Precessing Unit中央處理單元是PLC的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。微處理器是PLC的運(yùn)算和控制中心，由它實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、數(shù)字運(yùn)算，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)部各部分的工作。它的運(yùn)行是按照程序所賦予的任務(wù)進(jìn)行的?？刂平涌陔娐肥俏⑻幚砥髋c主機(jī)內(nèi)部其它單元進(jìn)行聯(lián)系的部件，它主要有數(shù)據(jù)緩沖、單元選擇、信號(hào)匹配、中斷管理等功能。2. 存儲(chǔ)器（Memory）PLC系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器配有系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)

5、器。PROM 或系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于存放 PLC生產(chǎn)廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序，固化在EPROM存儲(chǔ)器中，用戶不可訪問(wèn)或修改。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶指令解釋程序、標(biāo)準(zhǔn)模塊程序、系統(tǒng)調(diào)用、管理等程序以及各種參數(shù)等。用戶程序存儲(chǔ)器可分為三個(gè)部分:用戶程序區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、系統(tǒng)區(qū)。用戶程序區(qū)存放用戶編程器輸入的應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)區(qū)存放PLC在運(yùn)行過(guò)程中所用到的和生 成的各種工作數(shù)據(jù)。系統(tǒng)區(qū)主要存放 CPU的組態(tài)數(shù)據(jù)。3. 輸入、輸出單兀（Input/Oiitput Unit輸入、輸出單元是可編程控制器的CPU與現(xiàn)場(chǎng)輸入、輸出裝置或其他外部設(shè)備之間的連接接口部件。輸入單元將現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)輸入單元接口電路的轉(zhuǎn)

6、換，變換為中央處理器能接受和識(shí)別的低壓信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行運(yùn)算；輸出單元?jiǎng)t將中央處 理器輸出的低壓信號(hào)變換為控制器件所能接受的電壓、 電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈、 電磁閥、電磁開(kāi)關(guān)等。4.編程器編程器是PLC的重要外部設(shè)備。它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視等。編程器有簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)換為語(yǔ)句表，才能送入。智能編程器又稱圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)，也可 以脫機(jī)編程，既有LCD（液晶顯示器）或CRT圖形顯示功能。5. 電源單元電源單元是PLC的電源供給部分。它的作用是把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源。電源單元還包括掉電保護(hù)電

7、路和后備電池電源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲(chǔ)的內(nèi)容不丟失。PLC的電源一般采用開(kāi)關(guān)電源，其特25點(diǎn)是輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。1.7 PLC的工作原理PLC與繼電器構(gòu)成的控制裝置的重要區(qū)別之一就是工作方式不同，繼電器控制是并行運(yùn)行方式，即如果輸出線圈通電或斷電，該線圈的觸點(diǎn)立即動(dòng)作，只要 形成電流通路，就有可能有幾個(gè)電器同時(shí)動(dòng)作。 而PLC則不同，它采用循環(huán)掃描 技術(shù)，只有該線圈通電或斷電，并且必須當(dāng)程序掃描到該線圈時(shí)，該線圈觸點(diǎn)才 會(huì)動(dòng)作，而且每次它只能執(zhí)行一條指令，這也就是說(shuō)PLC以“串行”方式工作的,這種工作方式可以避免繼電器控制的觸點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)序失配等問(wèn)

8、題。也可以說(shuō)，繼電器控制裝置是根據(jù)輸入和邏輯控制結(jié)構(gòu)就可以直接得到輸出，而PLC控制則需 要輸入傳送、執(zhí)行程序指令、輸出3個(gè)階段才能完成控制過(guò)程。PLC采用循環(huán)掃描技術(shù)可以分為3個(gè)階段:輸入階段（將外部輸入信號(hào)的狀態(tài)傳送到PLC）、執(zhí)行程序和輸出階段（將輸出信號(hào)傳送到外部設(shè)備）。掃描過(guò)程如圖1-1所示。圖1-1循環(huán)掃描在輸入階段中,PLC先進(jìn)行自我診斷，然后與編程器或計(jì)算機(jī)通信，同時(shí)中央處理器掃描各個(gè)輸入端并讀取輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸 入存儲(chǔ)單元。在執(zhí)行階段中，PLC按照由上到下的次序逐步執(zhí)行程序指令。從相應(yīng)的輸入存儲(chǔ)單元讀入輸入信號(hào)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)， 然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、

9、定時(shí)器、計(jì)數(shù) 器數(shù)據(jù)寄存器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果，并將這些結(jié)果存入相 應(yīng)的輸出存儲(chǔ)器單元0在輸出階段中，PLC將相應(yīng)的輸出存儲(chǔ)單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上,并通過(guò)輸出模塊向外部沒(méi)備傳送輸出信號(hào)，開(kāi)始控制外部設(shè)備。2硬件設(shè)計(jì)2.1控制要求SU、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅?，液體A、B YV3控制，M為攪勻電機(jī)，控制要求如下: 入B閥門關(guān)閉，混合液閥門打開(kāi)20秒將容本裝置為兩種液體混合模擬裝置，閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV2、初始狀態(tài):裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體器放空后關(guān)閉0液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)，SL2接通，關(guān)閉液 B閥門。液面到達(dá)SL1時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，攪勻電機(jī)

10、開(kāi)始 6秒后停止攪動(dòng)，混合液體閥門打開(kāi)，開(kāi)始放出混合液體。 SL3由接通變?yōu)閿嚅_(kāi)，再過(guò)2秒后，容器放空，混合液閥啟動(dòng)操作:按下啟動(dòng)按鈕SB1.裝置就開(kāi)始按下列約定的規(guī)律操作：液體A閥門打開(kāi)，體A閥門，打開(kāi)液體攪勻。攪勻電機(jī)工作當(dāng)液面下降到SL3時(shí)， 門關(guān)閉，開(kāi)始下一周期。停止操作:按下停止按鈕SB2后，在當(dāng)前的混合液操作處理完畢后，才停止操 作（停在初始狀態(tài)上）。fF菁劇IkIYKM L+ M I I0 0 ohYV2 YVl祐體B閩仃o0體A劇MlISL1SL2SL3000；:SB1|心_0LIL2SL3i液注錨置液感 器泯合液體閥A攪勻電機(jī)a圖2-1液體混合裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板此面板中，

11、液面?zhèn)鞲衅饔免o子開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，啟動(dòng)、停止用動(dòng)合按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開(kāi)與關(guān)閉以及攪勻電機(jī)的運(yùn)行與停轉(zhuǎn)用 發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄滅來(lái)模擬。2.2選擇PLC型號(hào)2.2.1 PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩 類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出 發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型，整體型PLC的|0點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶的選擇余地小，用于小型控制系。模塊型PLC提供多種10卡件或插卡，因 此用戶可以較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的10點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展方便靈活一般用于大中型控制系統(tǒng)。本課程設(shè)計(jì)選用西

12、門子S7-200（CPU226）可編程控制器。2.2.2電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，于國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。在重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源電網(wǎng)因操作而引入PLC,對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的,有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。2.2.3存儲(chǔ)器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按

13、256個(gè)10點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ) 器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。2.2.4輸入輸出的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求統(tǒng)一， 例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、 信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用 的輸出模塊的類型。通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低，使用電壓范圍廣、壽命短、 響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁、電感性低功率因數(shù)負(fù)荷 場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量 輸出等，與應(yīng)用要求一致。可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選擇智能型輸入輸出模塊，以 便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展

14、機(jī)架或遠(yuǎn)程10機(jī)架等。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖圖2-3液體混合裝置控制流程圖2.4 I/O分配表面板SB1SB2SL1S_2SL3YV1YV2YV3YKMPLClO.OIO1l(.2IO.：I0.4QO.OQO.1Q0.2Q0.33軟件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)梯形圖Network 1SMCUQOOR2QO-2SNetwork b10.2M10.2PNetwork 710 3MIO-3PNetwork 8n沿王移10.4/M11.3/M112Network 13Q0.0RM103MIDINetwork 14MIO-2QOJsNetwork 15Q0.1RM10.2M10JNetwork 16T37Q0.3

15、M10JNetwork 17Q0.3T37INTON100m$Network 18Q03/Ml 24Network 22Q0.2RT38MidiNetwork 23M11.2M20Js Nelwofk 24T38M20JR *Network CM201T38INTON+20PTlooms3.2設(shè)計(jì)指令表ORGANIZATION BLOCK MAIN:OB1TITLE=程序注釋BEGINNetwork 1LDSM0.1QOO 2Q02 1Network 2LDSMO.OANQ0.2TONT39, 200Network 3LDT39Q02 1Network 4LDlO.OEUM10.0Networ

16、k 5LDlOJEUM10.1Network 6LDI02EUM10.2Network 7LD10.3EUM10.3Network 8網(wǎng)絡(luò)注釋LDN10.4ANM11.3M11.2Network 9LDNIO4M11,3Network 10LDM10.0M20O 1Network 11LDM20.0T38M10.0QOO 1Network 12LDM103QOl 1Network 13LDM10,3M10,1QOO 1Network 14LDM10.2Q03 1Network 15LDM102M10,1QOJ, 1Network 16LDT37M10JQ03 1Network 17LDQ03T

17、ONT37, +60Network 18LDNQ0.3M12,4Network 19LDNQ0,3M1Z4ANM11,5M11.4Network 20LDNQ0.3M12.4M11.5Network 21LDM11.4Q02 1Network 22LDT38M10JQ02 1Network 23LDM11.2M20.1, 1Network 24LDT38M20.1, 1Network 25LDM20.1TONT3& +20END ORGANIZATION BLOCK4調(diào)試4.1硬件調(diào)試接通電源，檢查可編程控制器是否可以正常工作，接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。4.2軟件調(diào)試按要求

18、輸入梯形圖，轉(zhuǎn)換成語(yǔ)句表，并進(jìn)行語(yǔ)法的檢查，正確后設(shè)置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程控制器RAM,進(jìn)行下一步的調(diào)試。4.3運(yùn)行調(diào)試初始狀態(tài):裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體入B閥門關(guān)閉，混合液閥門打開(kāi)20秒將容 器放空后關(guān)閉0液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)，SL2接通，關(guān)閉液 B閥門。液面到達(dá)SL1時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，攪勻電機(jī)開(kāi)始 6秒后停止攪動(dòng)，混合液體閥門打開(kāi)，開(kāi)始放出混合液體。 SL3由接通變?yōu)閿嚅_(kāi)，再過(guò)2秒后，容器放空，混合液閥啟動(dòng)操作:按下啟動(dòng)按鈕SB1.裝置就開(kāi)始按下列約定的規(guī)律操作：液體A閥門打開(kāi)，體A閥門，打開(kāi)液體攪勻。攪勻電機(jī)工作當(dāng)液面下降到SL3時(shí)， 門關(guān)閉，開(kāi)始下一周期。停止操作:按下停止按鈕SB2后，在當(dāng)前的混合液操作處理完畢后，才停止操 作（停在初始狀態(tài)上）。本次課程設(shè)我選擇的題目是液體混合裝置控制的模擬。