基于S7200PLC液體混合裝置控制的模擬

1、1概述1.1 PLC的基本概念在PLC的發(fā)展過程中，美國電器制造商協(xié)會（NEMA）經(jīng)過四年的調(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（Programmable Controller）,英文縮寫為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器來存儲指令，用來在其內(nèi)部存儲執(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)直接應(yīng)用于工

2、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自問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，在美，德，日等工業(yè)發(fā)達(dá)的國家已成為重要的產(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：AB通用電氣，莫迪康公司；日本：三菱，富士，歐姆龍，松下電工等：德國：西門子公司；法國：TE施耐德公司；韓國：三星，LG公司等。1.3 PLC的發(fā)展趨勢（一）大型化為適應(yīng)大規(guī)模控制系統(tǒng)的要求，大型PLC向著大存儲容量，高速度，高性能，增加I|O點(diǎn)數(shù)的發(fā)

3、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.編程語言、編程工具標(biāo)準(zhǔn)化、高級化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（二）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)控制場合，使PLC不僅成為繼電器控制柜的替代物，而且超過繼電器控制系統(tǒng)的功能。小型PLC朝著簡易化、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. 開關(guān)量邏輯控制；2. 模擬量控制；3. 閉環(huán)過程控制；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)。1.5 PLC的特點(diǎn)1.可靠性高、抗干擾

4、能力強(qiáng)；2.通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全；3.編程簡單、使用方便；4.模塊化結(jié)構(gòu)；5.安裝簡便、調(diào)試方便；6.網(wǎng)絡(luò)通信。1.6 PLC的基本組成和各部分作用1.中央處理單元（Central Processing 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、信號匹配、中斷管理等功能。2.存儲器（Memory）PLC系統(tǒng)中的存儲器配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存

5、儲器。系統(tǒng)程序存儲器用于存放PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，固化在PROM或EPROM存儲器中，用戶不可訪問或修改。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、輸出單元（Input/Output Unit）輸入、輸出單元是可編程控制器的CPU與現(xiàn)場輸入、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)場的輸入信號，經(jīng)過輸入單元接口電路的轉(zhuǎn)換，變

6、換為中央處理器能接受和識別的低壓信號，送給中央處理器進(jìn)行運(yùn)算；輸出單元則將中央處理器輸出的低壓信號變換為控制器件所能接受的電壓、電流信號，以驅(qū)動信號燈、電磁閥、電磁開關(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。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易編程器只能聯(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)電路和后備電池

7、電源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲的內(nèi)容不丟失。PLC的電源一般采用開關(guān)電源，其特點(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)立即動作，只要形成電流通路，就有可能有幾個(gè)電器同時(shí)動作。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)才會動作，而且每次它只能執(zhí)行一條指令，這也就是說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)競爭和時(shí)序失配等問題。也可以說，繼電器控制

8、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（將外部輸入信號的狀態(tài)傳送到PLC）、執(zhí)行程序和輸出階段（將輸出信號傳送到外部設(shè)備）。掃描過程如圖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的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入相應(yīng)的輸入存儲單元。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)的輸入存儲單元讀入輸入信號的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，然后根據(jù)程序內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)寄存器

9、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)的輸出存儲器單元。在輸出階段中，PLC將相應(yīng)的輸出存儲單元的運(yùn)算結(jié)果傳送到輸出模塊上，并通過輸出模塊向外部沒備傳送輸出信號，開始控制外部設(shè)備。2硬件設(shè)計(jì)2.1控制要求本裝置為兩種液體混合模擬裝置，SL1、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅鳎后wA、B閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV2、YV3控制，M為攪勻電機(jī)，控制要求如下： 初始狀態(tài):裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體A、B閥門關(guān)閉，混合液閥門打開20秒將容器放空后關(guān)閉。 啟動操作:按下啟動按鈕SB1，裝置就開始按下列約定的規(guī)律操作： 液體A閥門打開，液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)，SL2接通，關(guān)

10、閉液體A閥門，打開液體B閥門。液面到達(dá)SL1時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，攪勻電機(jī)開始攪勻。攪勻電機(jī)工作6秒后停止攪動，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當(dāng)液面下降到SL3時(shí)，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，再過2秒后，容器放空，混合液閥門關(guān)閉，開始下一周期。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）。圖2-1液體混合裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板此面板中，液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關(guān)來模擬，啟動、停止用動合按鈕來實(shí)現(xiàn)，液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開與關(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)亮與熄滅來模擬。2.2選擇PLC型號2.2.1 PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為

11、整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型，整體型PLC的IO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IO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IO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)品說明書要求設(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，于國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。在重要的應(yīng)

12、用場合，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，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。2.2.3 存儲器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價(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的存儲器容量，按256個(gè)IO點(diǎn)至少選8K存儲器選擇。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，例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方

13、式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，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)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁、電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。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。考慮是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程IO機(jī)架等。運(yùn)行2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖液體A閥門、液體B閥門關(guān)閉，混合液體閥門打開20秒后關(guān)閉液體A閥門打開液面到達(dá)SL2傳感器N Y液體B閥門打開，液體A閥門關(guān)閉液面到達(dá)SL1傳感器N Y液體B閥門關(guān)閉，攪拌機(jī)工作6秒后打

14、開混合液體閥門液面到達(dá)SL3傳感器N Y延時(shí)2秒后關(guān)閉混合液體閥門停止命令N Y液體A閥門、液體B閥門關(guān)閉，混合液體閥門打開20秒后關(guān)閉結(jié)束圖2-3液體混合裝置控制流程圖2.4 I/O分配表面板SB1SB2SL1SL2SL3YV1YV2YV3YKMPLCI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4Q0.0Q0.1Q0.2Q0.33軟件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)梯形圖3.2設(shè)計(jì)指令表ORGANIZATION_BLOCK MAIN:OB1TITLE=程序注釋BEGINNetwork 1 LD SM0.1R Q0.0, 2S Q0.2, 1Network 2 LD SM0.0AN Q0.2TON T39, 200N

15、etwork 3 LD T39R Q0.2, 1Network 4 LD I0.0EU= M10.0Network 5 LD I0.1EU= M10.1Network 6 LD I0.2EU= M10.2Network 7 LD I0.3EU= M10.3Network 8 / 網(wǎng)絡(luò)注釋LDN I0.4AN M11.3= M11.2Network 9 LDN I0.4= M11.3Network 10 LD M10.0S M20.0, 1Network 11 LD M20.0A T38O M10.0S Q0.0, 1Network 12 LD M10.3S Q0.1, 1Network 13

16、LD M10.3O M10.1R Q0.0, 1Network 14 LD M10.2S Q0.3, 1Network 15 LD M10.2O M10.1R Q0.1, 1Network 16 LD T37O M10.1R Q0.3, 1Network 17 LD Q0.3TON T37, +60Network 18 LDN Q0.3= M12.4Network 19 LDN Q0.3A M12.4AN M11.5= M11.4Network 20 LDN Q0.3A M12.4= M11.5Network 21 LD M11.4S Q0.2, 1Network 22 LD T38O M10

17、.1R Q0.2, 1Network 23 LD M11.2S M20.1, 1Network 24 LD T38R M20.1, 1Network 25 LD M20.1TON T38, +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)試按要求輸入梯形圖，轉(zhuǎn)換成語句表，并進(jìn)行語法的檢查，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A、B閥門關(guān)閉，混合液閥門打開20秒將容器放空后關(guān)閉

18、。 啟動操作:按下啟動按鈕SB1，裝置就開始按下列約定的規(guī)律操作： 液體A閥門打開，液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)，SL2接通，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。液面到達(dá)SL1時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，攪勻電機(jī)開始攪勻。攪勻電機(jī)工作6秒后停止攪動，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當(dāng)液面下降到SL3時(shí)，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，再過2秒后，容器放空，混合液閥門關(guān)閉，開始下一周期。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）。5結(jié)束語本次課程設(shè)我選擇的題目是液體混合裝置控制的模擬。通過這次課程設(shè)計(jì)我對可編程控制器原理及應(yīng)用有了更深入的理解，鍛煉了自己的動手能力和分析能力，同時(shí)我更加理解了PLC優(yōu)越靈活的控制能力。由于PLC在基于控制方面采用“梯形圖”語言進(jìn)行編程易于接受，這種梯形圖與繼電器控制電路相呼應(yīng)，形式更加簡練，直觀性強(qiáng)。在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會了怎么去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。遇到問題時(shí)和同組同學(xué)認(rèn)真討論，查找資料，積極詢問老師，從中我學(xué)到了許多知識。并且我更加清楚的知道了，很多設(shè)計(jì)理念來自于實(shí)際，需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求靈活的去選擇PLC型號和編程。 感謝我的指導(dǎo)老師，從一開始論文方向的選定，到最后的整篇論文的完成，都是非常耐心的對我進(jìn)行指導(dǎo)。給我提供建議，告訴我應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)問