集散控制課程設(shè)計

1、吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系課程設(shè)計第1章 緒 論1.1新風(fēng)機(jī)組的發(fā)展歷程隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的同益提高，中央空調(diào)系統(tǒng)己廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑域，如賓館、酒店、寫字樓、商場、廠房等場所，用于保持整棟大廈溫度恒定。如今，人們對中央空調(diào)系統(tǒng)提出新的要求就是舒適節(jié)能，要求在能耗更低的情況下保持室內(nèi)合適的溫度、濕度，讓使用者感覺最舒適。新建的中央空調(diào)系統(tǒng)在按照舒適節(jié)能的目標(biāo)設(shè)計，而越來越多的使用多年的中央空調(diào)控制系統(tǒng)在進(jìn)行改造以實現(xiàn)節(jié)能、舒適的目的，中央空調(diào)的用電量占各類大廈總用電量的60以上，其中僅水泵的耗電量約占到空調(diào)系統(tǒng)耗電量的2040，存在巨大的能源浪費(fèi)。傳統(tǒng)的設(shè)計中，中央

2、空調(diào)的制冷機(jī)組、冷凍循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、盤管風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等的容量基本是按照建筑物最大制冷、制熱負(fù)荷或新風(fēng)交換量需求選定的，且留有充足余量。無論季節(jié)、晝夜和用戶負(fù)荷的怎樣變化，各電機(jī)都長期固定在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行，雖然可滿足最大的用戶負(fù)荷，但不具備隨用戶負(fù)荷動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率的特性，而在大多數(shù)時間里，用戶負(fù)荷是較低的，這樣就造成很大的能源浪費(fèi)。近年來節(jié)能降耗被國家擺到空前重要的位置。而國家供電緊張形勢依然沒有根本緩解，電價不斷上調(diào)，造成中央空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用上升，如何控制空調(diào)系統(tǒng)的電能費(fèi)用己經(jīng)成為越來越多空調(diào)的經(jīng)營管理者所關(guān)注的問題。故采用變頻調(diào)速技術(shù)節(jié)約低負(fù)荷時主壓縮機(jī)系統(tǒng)和水

3、泵的電能消耗，具有極其重要的經(jīng)濟(jì)意義。1.2 PLC控制的國內(nèi)外現(xiàn)狀在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，是世界上公認(rèn)的第一臺PLC。限于當(dāng)時的元器件條件及計算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。

4、20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計算機(jī)存儲元件都以繼電器命名。此時的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機(jī)發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段，計算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程

5、控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上

6、取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 21世紀(jì)，PLC會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更

7、強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用

8、網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。1.3集散控制系統(tǒng)概述 集散控制系統(tǒng)（DCS）技術(shù)與產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)與民用工程自動化應(yīng)用中占著重要地位。隨著生產(chǎn)過程工藝技術(shù)不斷更新和產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，各種類型、不同功能和大小規(guī)模的集散控制系統(tǒng)在各個領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)以來，不但工業(yè)生產(chǎn)離不開集散控制技術(shù)，而且我們生活的各個方面也越來越與集散控制系統(tǒng)相關(guān)。隨著控制系統(tǒng)技術(shù)不斷發(fā)展，特別是自動化和信息化的不斷融合，集散控制系統(tǒng)變得越來越重要。例如，在大型公眾文化文藝活動中.大規(guī)模的燈光和道具背景都可以采用集散控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制。由千具有數(shù)字控制、網(wǎng)絡(luò)通信、監(jiān)控組態(tài)

9、和決策信息處理的功能，集散控制成為了工業(yè)和工程控制的主要應(yīng)用形式。集散控制系統(tǒng)在航空航天工程、能源工程、石油與化學(xué)工程、生產(chǎn)流水線、制造過程、交通車輛控制、工程測量系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境工程中起著重要的作用。 集散控制系統(tǒng)應(yīng)用對象廣泛，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，全球重要企業(yè)的集散控制產(chǎn)品眾多，從事控制系統(tǒng)應(yīng)用的工程技術(shù)人員開發(fā)、應(yīng)用和維護(hù)集散控制有很多問題需要解決。第2章 新風(fēng)機(jī)組工作原理 新風(fēng)機(jī)組通過西門子PLC進(jìn)行現(xiàn)在現(xiàn)場控制，組態(tài)軟件作為主站通過現(xiàn)在總線連接多個PLC來進(jìn)行集散控制，本章著重介紹了中央空調(diào)的系統(tǒng)工作原理，PLC的控制功能以及組態(tài)軟件的硬件組成。2.1 系統(tǒng)的工作原理圖2-1新風(fēng)

10、機(jī)組控制原理圖新風(fēng)機(jī)組系統(tǒng)如圖2-1所示，是由一系列驅(qū)動流體流動的動件，各種型式的熱交換器（如冷卻風(fēng)機(jī)，蒸發(fā)器，冷凝器及中間熱交換器等）及連接各種裝置的管道，閥件和電氣控制裝置組成。冷水機(jī)組是中央空調(diào)的制冷源，通往各個房間的循環(huán)水由冷水機(jī)組進(jìn)行內(nèi)部交換，在蒸發(fā)器中吸熱后的制冷劑通過壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓氣體，送至冷凝器與冷卻水熱交換后變成常溫高壓液體，經(jīng)節(jié)流閥（膨脹閥）進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)吸收冷媒水的熱量，然后又回到壓縮機(jī)，如此形成制冷劑循環(huán)過程。冷媒水循環(huán)系統(tǒng)，由冷媒水泵及冷媒水管道組成，從冷水機(jī)組流出的冷媒水由冷媒泵加壓送入冷媒水管道，在各個房間內(nèi)進(jìn)行熱交換，帶走房間內(nèi)熱量。使房間內(nèi)的溫度下降。冷

11、卻水循環(huán)系統(tǒng)，由冷水泵和冷卻水管道及冷卻塔組成，冷水機(jī)組進(jìn)行熱交換，在水溫冷卻的同時，必將釋放大量的熱量，該熱量被冷卻水吸收，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將講了問的冷卻水，送回到冷水機(jī)組，如此不斷循環(huán)，帶走冷水機(jī)組釋放的能量。冷卻風(fēng)機(jī)安裝于所需要降溫的房間內(nèi)，用于將由冷媒水冷卻了的空氣吹入房間，加速房間內(nèi)的熱交換。 2.1.1制冷的過程 液體汽化制冷是利用液體汽化時的吸熱、冷凝時的放熱效應(yīng)來實現(xiàn)制冷的。液體汽化形成蒸汽。當(dāng)液體（制冷工質(zhì)）處在密閉的容器中時，此容器中除了液體及液體本身所產(chǎn)生的蒸汽外，不存在其他任何氣體，液體和蒸汽將在某一壓力下達(dá)到平衡，此時的汽體稱為飽和蒸汽，壓力稱為

12、飽和壓力，溫度稱為飽和溫度。平衡時液體不再汽化，這時如果將一部分蒸汽從容器中抽走，液體必然要繼續(xù)汽化產(chǎn)生一部分蒸汽來維持這一平衡。 液體汽化時要吸收熱量，此熱量稱為汽化潛熱。汽化潛熱來自被冷卻對象，使被冷卻對象變冷。為了使這一過程連續(xù)進(jìn)行，就必須從容器中不斷地抽走蒸汽，并使其凝結(jié)成液體后再回到容器中去。從容器中抽出的蒸汽如直接冷凝成蒸汽，則所需冷卻介質(zhì)的溫度比液體的蒸發(fā)溫度還要低，我們希望蒸汽的冷凝是在常溫下進(jìn)行，因此需要將蒸汽的壓力提高到常溫下的飽和壓力。制冷工質(zhì)將在低溫、低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生冷效應(yīng)；并在常溫、高壓下冷凝，向周圍環(huán)境或冷卻介質(zhì)放出熱量。蒸汽在常溫、高壓下冷凝后變?yōu)楦邏阂后w，還需要

13、將其壓力降低到蒸發(fā)壓力后才能進(jìn)入容器。 液體汽化制冷循環(huán)是由工質(zhì)汽化、蒸汽升壓、高壓蒸汽冷凝、高壓液體降壓四個過程組成。中央空調(diào)有很多形式，較為常見的有：風(fēng)管式機(jī)組、冷(熱)水機(jī)組、變頻一拖多機(jī)組。下面我們就分別以這三種中央空調(diào)形式為例，看看這三種中央空調(diào)的工作原理。2.1.2系統(tǒng)工作優(yōu)點1、經(jīng)濟(jì)節(jié)能：主機(jī)由微電腦控制，每個區(qū)間末端風(fēng)機(jī)盤管可自行調(diào)節(jié)溫度，區(qū)間無人時可關(guān)閉，系統(tǒng)根據(jù)實際負(fù)荷做自動化運(yùn)行，開機(jī)計費(fèi)，不開機(jī)不計費(fèi)，有效節(jié)約能源和運(yùn)行費(fèi)用。2、環(huán)保：主機(jī)采用水源熱泵型機(jī)組，電制冷，沒有燃燒過程，避免了排污；整個系統(tǒng)為密閉式管路系統(tǒng)，可避免霉菌灰塵等雜質(zhì)對系統(tǒng)的污染，使環(huán)境清新優(yōu)美，特

14、別適于高檔別墅、高級公寓與寫字樓的使用。 節(jié)約空間：主機(jī)體積小巧，不設(shè)機(jī)房，無需占用設(shè)備層，減少公用設(shè)施 和土建投資，室內(nèi)末端暗藏在吊頂內(nèi)，極易配合屋內(nèi)裝修。 3、個性化：中央空調(diào)系統(tǒng)以區(qū)間為單元，滿足用戶不同區(qū)間需求，室內(nèi)末端安裝采用暗藏方式，不影響室內(nèi)的審美觀，不占據(jù)室內(nèi)空間，適應(yīng)用戶的個性化需求。4、簡化管理：于采用不同區(qū)間單獨控制系統(tǒng)為用戶所有，產(chǎn)權(quán)關(guān)系明確，可簡化空調(diào)設(shè)施管理。 5、提升檔次：中央空調(diào)主機(jī)可以避免破壞樓體的整體外觀，使用戶充分享受高檔綜合環(huán)境的同時，提升產(chǎn)品質(zhì)量及量販檔次。 2.2 PLC控制的工作原理 如下圖所示為西門子PLC的基本控制原理，信號經(jīng)過傳感器的采集，在

15、EM231模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換存入CPU內(nèi)，經(jīng)過PID模塊的運(yùn)算最后經(jīng)通過EM232模塊進(jìn)行閥門的調(diào)節(jié)來控制輸出量。 圖2-2 PLC控制原理圖 PLC控制下變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理，可編程控制器PLC是變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。其作用的協(xié)調(diào)各機(jī)組與變頻器柜之間的電氣連接，通過接觸其與變頻器柜的繼電器和接觸器進(jìn)行邏輯切換來實現(xiàn)系統(tǒng)的控制方案。PLC的輸入信號有機(jī)組選擇信號、運(yùn)行方式選擇信號、冷卻塔和主機(jī)開/關(guān)信號、冷凍泵和冷卻泵的起/停信號等。輸入信號經(jīng)程序運(yùn)算，發(fā)出相應(yīng)的動作信號，經(jīng)微型繼電器及相應(yīng)的常閉、常開觸頭分別控制變頻器及中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，以及聲、光報警器件的動作。PLC軟件程序設(shè)計采用

16、梯形圖語言編程，直觀易懂。通常情況下，變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由變頻器、可編程控制器、主接觸器、水泵機(jī)組及溫度檢測裝置組成閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。每臺電機(jī)都可以運(yùn)轉(zhuǎn)在工頻和變頻兩種狀態(tài)下，這由PLC系統(tǒng)根據(jù)需要進(jìn)行切換控制?？删幊炭刂破饔肐/O擴(kuò)展接口分別接入A/D和D/A模塊。A/D模塊通過PLC將溫度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，D/A模塊將PLC輸出的開關(guān)量轉(zhuǎn)換為模擬量，以控制變頻器升速過程及江蘇過程。需要注意的是，在水泵進(jìn)行工頻和變頻電網(wǎng)的切換過程盡可能快，各接觸器間互鎖和動作時間要設(shè)置好。 使用可編程控制器取代繼電接觸器控制系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)故障大為減少。有完善的故障處理功能及電源順停（或大幅降壓）后自動再啟動

17、功能。2.3 系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件組成 組態(tài)軟件因為其功能強(qiáng)大，每個功能模塊相對來說有具有一定的獨立性，因此其組成形是一個集成軟件平臺，由若干程序組件構(gòu)成。通常的典型組件有以下幾部分組成。1、圖形界面開發(fā)程序它是自動化工程設(shè)計師為實施其控制方案，在圖形編輯工具的持下進(jìn)行圖形系統(tǒng)生成工作所依賴的開發(fā)環(huán)境。通過建立一系列工程畫面文件生成圖形目應(yīng)用系統(tǒng)。2、園圖形界面運(yùn)行程序在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下，圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)被圖形界面運(yùn)行程序載內(nèi)存并投入實時運(yùn)行。3、實時數(shù)據(jù)庫功能模塊實時數(shù)據(jù)庫模塊主要完成實時數(shù)據(jù)庫的建立、維護(hù)、訪問以歷史數(shù)據(jù)生成等功能，它是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。從某種意義上講，實時數(shù)據(jù)庫就是按定方式

18、組織的監(jiān)控和管理點(變量)的集合。為自動化需要而進(jìn)行的諸如規(guī)約轉(zhuǎn)換、HMI、報警、數(shù)據(jù)瀏覽等功能都是基于實時數(shù)據(jù)庫展開的。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的運(yùn)行系統(tǒng)每個節(jié)上均有一個獨立的、但是每個點又是可以在全網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下唯一標(biāo)識的實時數(shù)據(jù)庫的實例。網(wǎng)絡(luò)管理程序?qū)崟r地更新每個節(jié)點上的實時數(shù)據(jù)庫，以保持實時數(shù)據(jù)庫全網(wǎng)絡(luò)的一致性。通士與前置通信服務(wù)器模塊的通信，此模塊獲取數(shù)據(jù)信息現(xiàn)場檢測設(shè)備接收到的實時數(shù)據(jù)，同寸還將處理好的數(shù)據(jù)傳送給通信服務(wù)器。4、網(wǎng)絡(luò)通信模塊網(wǎng)絡(luò)通信模塊是組態(tài)軟件的實時網(wǎng)絡(luò)通信內(nèi)核，擔(dān)負(fù)網(wǎng)絡(luò)計算幾之間實時數(shù)據(jù)的傳輸任務(wù)，保證系統(tǒng)各節(jié)點實時數(shù)據(jù)的一致性。5、前置通信模塊前置通信模塊完成與終端數(shù)據(jù)信息現(xiàn)場

19、檢測設(shè)備的通信任務(wù)組態(tài)系統(tǒng)可以有多組前置通信服務(wù)器，每一組前置通信服務(wù)器可由互為熱備用的兩套計算機(jī)組成，一般采用工業(yè)控制計算機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模選擇直接使用微機(jī)串口，使用“智能接口卡”，或使用“通信服務(wù)器”一種方式。6、歷史數(shù)據(jù)庫歷史數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)一般是由實時數(shù)據(jù)庫模塊以一定的采樣周期將其數(shù)據(jù)信息向歷史數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)儲而來的。因為實時數(shù)據(jù)庫是在內(nèi)存中，而且數(shù)據(jù)隨著時間在不斷更新，所以只有通過歷史數(shù)據(jù)庫才有可能對系統(tǒng)在一段時間運(yùn)行狀態(tài)作出評估。歷史數(shù)據(jù)庫一般使用商用數(shù)據(jù)庫。7、數(shù)據(jù)報表模塊數(shù)據(jù)報表模塊以圖表的方式向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)信并提供報表的打印輸出功能。實現(xiàn)報表模塊的

20、技術(shù)途徑有自己開發(fā)報表軟件或基于已有軟件已有之上作二次開發(fā)。第一二種方案程序功能容易控制，但實現(xiàn)有一定難度，開發(fā)時間相對較長。相反，二次開發(fā)則所需時間短，實現(xiàn)方便。第3章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 各功能模塊的介紹系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)有負(fù)責(zé)信號采集的溫濕度傳感器，壓力傳感器；其次為可以模數(shù)轉(zhuǎn)換的EM231模塊以及數(shù)據(jù)整定和處理的CPU226;最后經(jīng)過EM232的數(shù)模轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)對被控對象的控制。3.1.1 EM231模塊主要功能介紹 模擬量輸入模塊是把來自現(xiàn)場的標(biāo)準(zhǔn)電信號(如4-20mA的電流信號)，經(jīng)過濾波去掉干擾后，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量信號轉(zhuǎn)化為PLC能夠處理得數(shù)字量信號，然后經(jīng)過光電耦合器隔離

21、后傳給PLC內(nèi)部電路，使CPU處理。如下圖所示：模擬量輸入模塊EM231具有4路或8路模擬量輸入通道，每個通道占用存儲器AI通道2個字節(jié)，該模塊模擬量的輸入值為只讀數(shù)據(jù)。模塊上有12個端子，每三個點為一組（如RA 、A+、A-）可以作為一路模擬量輸入通道，模塊左下角的M、L+接入DC24V電源，右下角是校對電位計和組態(tài)開關(guān)（DIP）。圖3-1 EM231模擬量輸出接線圖3.1.2 EM232功能模塊主要功能介紹 模擬量輸入模塊是把經(jīng)過PLC處理的數(shù)字量信號經(jīng)光電耦合器后，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，經(jīng)過運(yùn)算放大器放大后輸出。如下圖所示：模擬量輸入模塊EM231具有4路或8路模擬量輸入通道，每個通

22、道占用存儲器AI通道2個字節(jié)。該模擬量輸出模塊可以輸出電流或電壓信號，輸出的電壓信號是-10V + 10V，輸出的電流信號是020mA，模塊上部有7個端子，3個為一組， 為1路模擬量輸出通道。在每組的V0、V1端子上接電壓負(fù)載，I0、I1上接電流負(fù)載M0和M1上則接各組的公共端模塊下端的M、L+接入DC24V電源。圖3-2 EM232模擬量輸出接線圖3.1.3 CPU的比較與選型S7-200包括了CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226五種規(guī)格。其中，CPU226為整體式擴(kuò)展I/O型結(jié)構(gòu)，PLC的I/O口點數(shù)可擴(kuò)展為248個。處理器、存儲器、電源、輸入輸出接口、

23、通信接口等都是可擴(kuò)展的，I/O可以接入外接模塊。CPU226的特性表格如下表所示：表3-1 CPU的特性比較特征CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM物理尺寸程序內(nèi)存4096字節(jié)4096字節(jié)8192字節(jié)8192字節(jié)16384字節(jié)數(shù)據(jù)內(nèi)存2048字節(jié)2048字節(jié)5120字節(jié)5120字節(jié)10240字節(jié)本地板載I/O6輸入/4輸出8輸入/6輸出14輸入/10輸出24輸入/16輸出24輸入/16輸出擴(kuò)充模塊0個模塊2個模塊7個模塊7個模塊7個模塊高速計數(shù)器30kHz時為420kHz時為230kHz時為420kHz時為230kHz時為620kHz時為430kHz時為620kHz

24、時為430kHz時為620kHz時為4脈沖輸出（DC）20kHz時為220kHz時為220kHz時為220kHz時為220kHz時為23.2 系統(tǒng)硬件基本接線原理圖如下圖所示：PLC的輸入I口可接入硬件開關(guān)量，壓力傳感器、溫濕度傳感器傳感器的閥門調(diào)節(jié)；輸出口的Q口可控制變頻器的輸出頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而進(jìn)行溫度、濕度以及壓力的調(diào)節(jié)；通過現(xiàn)場總線連接模擬量的輸入、輸出模塊；西門子S7-200系列PLC模擬輸出模塊EM232，有2路輸出模擬量通道，且具有多種輸入、輸出信號范圍。其內(nèi)部集成看D/A轉(zhuǎn)換器、放大器等多種功能的電路，可用于復(fù)雜的控制場合。它能夠不用外接放大器而與傳感器直接相連，可根據(jù)

25、輸出模擬量的大小，通過其外值得DIP開關(guān)選擇不同的檔位及分辨率，且模擬量的輸出可作為測量傳感器的恒流源使用。圖3-3 PLC原理接線圖 第4章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計在集散控制系統(tǒng)中，通過RS232轉(zhuǎn)485總線的異步串口通信方式來達(dá)到對現(xiàn)場的控制?，F(xiàn)場控制是DCS的最基層，隨著額控制器、現(xiàn)場變送器、傳感器和執(zhí)行器的智能化，現(xiàn)場控制級可以部分或全部完成過程裝置控制級的功能。在集散系統(tǒng)中有DCS的監(jiān)控畫面，可以直觀的看到系統(tǒng)中各個域的工作情況，以達(dá)到更加精確、方便的控制。4.1 STEP7-Micro/WIN編程軟件簡介STEP7-Micro/WIN（簡寫STEP7）編程軟件是S7-200系列PLC專用

26、的編程軟件，其編程界面和幫助文檔以漢化，為中文用戶實現(xiàn)開發(fā)、編輯和監(jiān)控程序等提供了良好的界面。STEP7編程軟件為用戶提供了三種程序編輯器：梯形圖、指令表和功能塊編輯器，同時還提供了完善在線幫助功能，有利于用戶獲取需要的信息。1、 下圖是STEP7的軟件基本界面，包括菜單條、工具條、瀏覽條、輸出編輯窗口以及指令數(shù)等功能模塊。在離線方式下可以實現(xiàn)對程序的創(chuàng)建、編輯、編譯和修改用戶程序?？梢灾苯訉LC進(jìn)行操作?？梢蕴峁┯脩舫绦蜻M(jìn)行文檔管理、加密處理等工具功能。 圖4-1 STEP7軟件中文界面 2、下圖是STEP7軟件的基本操作， 編程軟件的使用是學(xué)習(xí)編程軟件的重點，這里將按照文件操作、編輯程序

27、、下載、運(yùn)行與停止程序的步驟進(jìn)行STEP7使用的介紹文件操作STEP7的文件操作主要是指新建程序文件和打開已有文件兩種。新建程序文件。新建一個程序文件，可選擇（文件）/（新建）命令。新建的程序文件名字默認(rèn)為“項目1”，PLC型默認(rèn)為CPU221工程序文件建立后工程序塊中包括一個主程序、一個子程序和一個中斷服務(wù)程新建程。在新建程序文件時可根據(jù)實際情況更改文件的初始設(shè)置，如更改PLC型號、項目文件更名工程序更名、添加和刪除程序等。因為不同型號的PLC的外部擴(kuò)展能力不同，所以在建立新程序文件時，應(yīng)根據(jù)項目的需要選擇PLC型號。若選用PLC的型號為CPU226，則右擊項目圖標(biāo)選擇（類型）命令，選擇其它

28、的CPU型號。圖4-2 PLC選型對話框圖3、 STEP7軟件的實際編程操作，下圖是PLC中A/D轉(zhuǎn)換的程序示例；可以在子程序中插入新的子程序，插入后進(jìn)行重命名來進(jìn)行程序的編寫。圖4-3 A/D轉(zhuǎn)換程序示例圖4.2 組態(tài)王軟件的簡介1、 雙擊桌面上的組態(tài)王軟件，新建項目；進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。這些畫面都是由組態(tài)王提供的類豐富的圖形對象組成的。系統(tǒng)為用戶提供了矩形(圓角矩形)、直線、橢圓、扇形、點位圖多邊形(多邊線)、文本等基本圖形對象，以及按鈕、趨勢曲線窗口、報警窗口、報表等復(fù)雜的圖形對象。提供了對圖形對象在窗口

29、內(nèi)任意移動、縮放、改變形狀復(fù)制、刪除、對齊等編輯操低全面支持鍵盤、鼠標(biāo)繪圖，并可提供對圖形對象的顏色、線型、填充屬性進(jìn)行改變的操作工具。組態(tài)王采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，使用戶可以方便地建立畫面的圖形界面用戶構(gòu)圖時可以徐搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對象完成畫面的生成。同時，組態(tài)王支持畫面間的圖形對象復(fù)制，可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。圖4-4 組態(tài)王工程管理窗口2、定義組態(tài)王的硬件連接設(shè)備，添加工程，添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量，包括內(nèi)存變量和I/O變量。制作圖形畫面，并定義動畫連接。按照實際工程的要求繪制監(jiān)控畫面，并是靜止的畫面隨著過程控制對象產(chǎn)生動態(tài)效果。編寫較復(fù)雜的上位控制。進(jìn)行運(yùn)

30、行的控制系統(tǒng)的配置，對運(yùn)行系統(tǒng)、報警、歷史記錄、網(wǎng)絡(luò)、用戶等進(jìn)行設(shè)置。保存工程并運(yùn)行，完成以上步驟后，一個可以拿到現(xiàn)場的工程就制作完成了。下圖所示為組態(tài)王的數(shù)據(jù)變量的添加和編輯，通過數(shù)據(jù)變量進(jìn)行程序的編寫從而來達(dá)到進(jìn)行畫面的控制。圖4-5 組態(tài)王數(shù)據(jù)管理區(qū)3、 下圖是組態(tài)王的新風(fēng)機(jī)組的示例畫面，畫面的啟動和停止按鈕可以分別控制機(jī)組的啟動和停止，通過畫面最下方的表格可以控制閥門的打開關(guān)閉以及開度來控制新風(fēng)的進(jìn)風(fēng)量，通過傳感器的測量值可以得到新風(fēng)的各個監(jiān)測參數(shù)，這些都可以通過運(yùn)行起來的組態(tài)畫面來顯示。圖4-6 新風(fēng)機(jī)組的組態(tài)畫面第5章 兩臺PLC的集散控制隨著現(xiàn)在工業(yè)的發(fā)展，PLC的控制作用越來越重要，控制的設(shè)備以及想要實現(xiàn)的目的也越來越復(fù)雜，單臺的PLC很難完成整個的工業(yè)過程，在這里引入了集散控制的理念；集散控制是將多臺PLC連接在一起，通過一臺PC機(jī)來控制。在這里著重介紹了用一臺電腦來兩臺PLC，并且通過組態(tài)畫面來監(jiān)控。5.1 硬件系統(tǒng)的設(shè)置集散控制中需要的硬件設(shè)備有：現(xiàn)場總線（RS232 RS485)、兩個CPU、電腦等。先將總線使電腦與兩臺CPU進(jìn)行連接，連接時注意撥碼開關(guān)的設(shè)定；然后編寫程序?qū)懭雰蓚€CPU內(nèi)，在組態(tài)中建立控制畫面，通過畫面中的起停按鈕來實現(xiàn)兩臺PLC