基于PLC的高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計（帶仿真）

1、第一章引言11.1 課題研究的背景11.2 高爐上料國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1高爐介紹1上料系統(tǒng)介紹21.3 PLC技術(shù)的介紹21.3.1 PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展21.3.2 PLC軟件的強(qiáng)化31.4 課題的提出41.5 課題研究的意義、價值、可行性4 課題研究的主要內(nèi)容5小結(jié)5第二章高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計7系統(tǒng)的總體設(shè)計72.1.1 各種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)72.1.2 控制方案的選擇72.1.3 PLC控制與微機(jī)控制的比較優(yōu)勢82.1.4 PLC控制與繼電器控制的比較優(yōu)勢102.1.5 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖12 系統(tǒng)的主電路設(shè)計132.3系統(tǒng)的控制電路設(shè)計132.3.1 PLC的選型設(shè)計132.3.2 P

2、LC的I/O編址152.3.3 PLC的輸入/輸出接線圖17元件明細(xì)表19小結(jié)20第三章高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計213.1 軟件開發(fā)平臺和編程語言的選擇213.1.1 PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語言213.1.2 軟件開發(fā)平臺22高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)流程圖的設(shè)計233.3 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的梯形圖的設(shè)計263.4 小結(jié)29第四章高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控304.1 組態(tài)軟件簡介304.2 組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計314.2.1 MCGS工程建立314.2.2 建立動畫圖形窗口32動畫的連接324.2.4 運(yùn)行策略組態(tài)334.3 腳本程序的編寫334.3 小結(jié)34第五章高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)

3、的仿真355.1 硬件設(shè)置355.2 生成ASCII文本文件355.3 下載程序355.4 系統(tǒng)仿真365.5 小結(jié)39第六章結(jié)束語40參考文獻(xiàn)42致謝43第一章 引言高爐上料裝置是生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，提高其自動化水平，可以大大減輕工人勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，同時通過原料的精確配比，又可提升產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量。本文簡要介紹了PLC系統(tǒng)在高爐上料自動監(jiān)控中的應(yīng)用。該系統(tǒng)用PLC完成所有的過程控制、數(shù)據(jù)采集、自動調(diào)節(jié)、事故處理及報警等工作。工控機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)控和人機(jī)對話，PLC和工控機(jī)通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通訊，控制和控制分開，可靠性高。該系統(tǒng)于2008年1月在建源鋼鐵公司450m³高爐正式

4、投入使用以來，運(yùn)行良好，穩(wěn)定可靠，以低成本、完善的功能贏得了高爐操作人員的好平。1.2 高爐上料國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r高爐介紹高爐：用于冶煉液態(tài)鐵水的主要設(shè)備，其橫斷面為圓形的煉鐵豎爐，用鋼鐵作爐殼，里面砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸五部分，護(hù)喉之上設(shè)置裝料設(shè)備；爐缸上部沿圓周均勻設(shè)風(fēng)口，熱風(fēng)通過熱風(fēng)圍管、支管和彎頭、直吹管，由風(fēng)口鼓入爐內(nèi)；風(fēng)口平面之下有出渣口和出鐵口。近代巨型高爐由于渣量少，不設(shè)出渣口。高爐的主要組成部分。高爐爐殼：現(xiàn)代化高爐廣泛使用焊接的鋼板爐殼，只有極少數(shù)最小的土高爐才用鋼箍加固的磚殼，爐殼的作用是固定冷卻設(shè)備，保證高爐砌體牢固，密封爐體，有的還

5、承受爐頂載荷；爐喉：高爐本體的最上部分，呈圓筒形；爐身：高爐鐵礦石間接還原的主要區(qū)域，呈圓錐臺簡稱圓臺形，由上向下逐漸擴(kuò)大，用以使?fàn)t料在遇熱發(fā)生體積膨脹后不致形成料拱，并減小爐料下降阻力；爐腰：高爐直徑最大的部位；爐腹：高爐熔化后造渣的主要區(qū)段，呈倒錐臺形，為適應(yīng)爐料熔化后體積收縮的特點(diǎn)，其直徑自上而下逐漸縮小，形成一定的爐腹角；爐缸：高爐燃料燃燒、渣鐵反應(yīng)和貯存及排放區(qū)域，呈圓筒形；爐底：高爐爐底砌體不僅要承受爐料、渣液及鐵水的靜壓力，而且受到14004600的高溫、機(jī)械和化學(xué)侵蝕、其侵蝕程度決定著高爐的一代壽命，目前我國大中型高爐大都采用全碳磚爐底或碳磚和高鋁磚綜合爐底，大大改善了爐底的散

6、熱能力；爐基：它的作用是將所集中承擔(dān)的重量按照地層承載能力均勻地傳給地層，因而其形狀都是向下擴(kuò)大的；爐襯：高爐爐襯組成高爐的工作空間，并起到減少高爐熱損失、保護(hù)爐殼和其它金屬結(jié)構(gòu)免受熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕的作用；爐喉護(hù)板：爐喉在爐料頻繁撞擊和高溫的煤氣流沖刷下，工作條件十分惡劣，維護(hù)其圓筒形狀不被破壞是高爐上部調(diào)節(jié)的先決條件5。上料系統(tǒng)介紹包括皮帶輸送機(jī)、多個料倉和電子秤及向上開啟的熔爐，各電子秤的出料口排列在所述皮帶輸送機(jī)的上方，料倉和電子秤的出料口上裝有震動給料器，其特點(diǎn)是：還包括一料罐，具有一活動底板，該底板上表面形成有向邊緣延伸的斜面并與一中柱固連；一輸送軌道，兩端分別位于所述皮帶輸送機(jī)前端

7、上方和所述熔爐的上方；一提升裝置，在所述輸送軌道上移動，其升降端與所述中柱連接；在所述皮帶輸送機(jī)的前端下方還設(shè)有一轉(zhuǎn)盤，帶動料罐旋轉(zhuǎn)。高爐自動上料系統(tǒng)是高爐冶煉系統(tǒng)中一個重要組成部分，對高爐冶煉的各項(xiàng)指標(biāo)有著極大的影響。一個良好的系統(tǒng)必須保證其工作的可靠性和準(zhǔn)確性。因?yàn)楦郀t生產(chǎn)的特殊性，這一系統(tǒng)必須在長時間高強(qiáng)度工作的情況下保證其可靠性，確保高爐正常生產(chǎn)，同時又必須對各種入爐物料進(jìn)行準(zhǔn)確計量，按規(guī)定的裝料制度進(jìn)行順序裝料。由于工廠的特殊工作環(huán)境，這一自動上料系統(tǒng)還必須易學(xué)好用，易于維修，適合于工廠的實(shí)際情況2。1.3 PLC技術(shù)的介紹1.3.1 PLC的現(xiàn)狀及發(fā)展國際電工委員會（IEC）對PL

8、C標(biāo)準(zhǔn)的定義是：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計?！笨傊?，可編程控制器是一臺計算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計編制。自

9、1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺可編程控制器PDP-14，用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)在美國通用汽車公司的汽車自動裝配線上使用，取得成功以來，這種新型的工業(yè)控制裝置以簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列有點(diǎn)，很快成功的應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。經(jīng)過上世界七十年代日本、西德、法國等西歐國家對其進(jìn)一步開發(fā)和研制，此項(xiàng)技術(shù)得到不斷發(fā)展與提高。數(shù)字、信息化二十一世紀(jì)，PLC技術(shù)應(yīng)用的深度和廣度成為衡量一個國家工業(yè)自動化程度高低的標(biāo)志。中國工控網(wǎng)市場研究部在2003年底發(fā)展到2004年初做了一個中國PLC的市場調(diào)查，下圖1.1是在本次調(diào)查最終用戶

10、反饋的關(guān)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的結(jié)果。工控網(wǎng)根據(jù)業(yè)內(nèi)的劃分習(xí)慣和運(yùn)用領(lǐng)域的不同將PLC劃分為4個范圍，主要是根據(jù)IO點(diǎn)數(shù)1。圖1.1 2003年中國按產(chǎn)品規(guī)格劃分的PLC市場Fig1.1 In 2003, according to the product specification of PLC market大型：不少于1，024個IO點(diǎn)這一類OLC主要用于冶金，自動化生產(chǎn)線和電廠。所有的大型PLC都是由系統(tǒng)集成商完成的，這一類的系統(tǒng)的附加值比較高。目前有超過8，000個點(diǎn)的巨型PLC系統(tǒng)在電廠運(yùn)用，由于在鋼鐵行業(yè)的大幅度增長，大型PLC增幅巨大.中型：256-1，203點(diǎn)這一類PLC主要也是用作控制系統(tǒng)

11、，運(yùn)用于冶金，電力，造紙，化工，加工/組裝生產(chǎn)流水線，包裝流水線等領(lǐng)域。這一類的系統(tǒng)主要也是由系統(tǒng)集成商來完成，也有個別用戶會由自己來完成項(xiàng)目。小型:64-255點(diǎn)主要用于設(shè)備控制，也有用作小型系統(tǒng)控制器的。微型：少于64點(diǎn)這一類PLC主要用于單臺設(shè)備的監(jiān)控，在紡織機(jī)械，數(shù)控機(jī)床，塑料加工機(jī)械，小型包裝機(jī)械上運(yùn)用廣泛。由于PLC能夠?yàn)樽詣踊刂圃O(shè)備提供安全可靠和比較完善的解決方案，因此長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。但PLC也必須依靠采用其他新技術(shù)來應(yīng)對市場份額逐漸縮小所帶來的沖擊，特別是IPC（工控機(jī)）所帶來的沖擊。1.

12、3.2 PLC軟件的強(qiáng)化在全球IPC領(lǐng)域，圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)、開放式過程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生了巨大變革，幾乎到處都有PLC，但這種趨勢不會發(fā)展下去。隨著Soft PLC（軟PLC）控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有Soft PLC組態(tài)軟件和基于IPC過程控制系統(tǒng)的市場份額正在逐步得到增長，這些事實(shí)使傳統(tǒng)PLC供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對現(xiàn)實(shí)，在傳統(tǒng)PLC的技術(shù)發(fā)展與提高方便做出更加開放的姿態(tài)。對于控制軟件來講，這是PLC控制器的核心，PLC供應(yīng)商正在向工業(yè)用戶提供開放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對于工業(yè)用戶表現(xiàn)的非常積極。此外，開放

13、式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將PLC融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)2。1.4 課題的提出在我國，PLC自動控制主要應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)和化工工業(yè)等大型工業(yè)生產(chǎn)。而在早期PLC沒有出現(xiàn)時，我國的鋼鐵生產(chǎn)主要是平爐生產(chǎn)技術(shù)。由于平爐技術(shù)的燃料耗損大、冶煉時間長、基建投資和生產(chǎn)費(fèi)用高，慢慢的在鋼鐵生產(chǎn)中失去主導(dǎo)作用，被PLC取代。1.5 課題研究的意義、價值、可行性PLC以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能完善、適用性強(qiáng)、系統(tǒng)的設(shè)計，建造工作量小、維護(hù)方便、容易改造等優(yōu)點(diǎn)，以及產(chǎn)品的規(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。因此，采用PLC控制符合要求。符合研究的意義及

14、價值、技術(shù)可行性。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力

15、，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期

16、大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

17、得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。課題研究的主要內(nèi)容設(shè)計一個高爐上料自動控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)手動和自動兩種方式控制，并且使用組態(tài)軟件進(jìn)行組態(tài)監(jiān)控。指標(biāo)要求：1. 在手動控制方式下，按下相應(yīng)的控制按鈕，可以實(shí)現(xiàn)配料、小車上行、小車下行控制；2. 在自動控制方式下，動作順序是：小車在下限位置開秤斗閘門導(dǎo)料滿時關(guān)秤斗閘門開鐵礦皮帶，開焦炭皮帶，小車上行；3. 在自動控制方式下，開鐵礦皮帶開鐵礦料斗5秒后關(guān)鐵礦料斗再過5秒后關(guān)鐵礦皮帶；4. 在自動控制方式下，開焦炭皮帶開焦炭料斗5秒后關(guān)焦炭料斗再過5秒后關(guān)焦炭皮帶；5.

18、 在自動控制方式下，小車上行至上限位置開小盅10秒后關(guān)小盅，開布料器；6. 在自動控制方式下，開布料器10秒后開大盅再過10秒后關(guān)大盅再過5秒后關(guān)布料器小車下行至下限位置。本節(jié)主要對高爐上料系統(tǒng)和PLC做簡單的介紹，并闡明了在現(xiàn)代工業(yè)控制中PLC控制要比繼電器控制占有更大的優(yōu)勢，并且繼電器控制正失去主導(dǎo)作用。并提出了本文研究的主要內(nèi)容：設(shè)計高爐上料自動控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動和手動選擇控制。PLC是以繼電器控制為基礎(chǔ)，以微處理器為核心，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)，專門為工業(yè)應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計的功能強(qiáng)大的新型通用控制器。雖然PLC的生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品層出不窮，但是它們都具有相似的結(jié)構(gòu)

19、和相同的工作原理，使用方法也大同小異。PLC具有編程簡單、配置靈活、易于擴(kuò)展、可靠性高、使用方便、維護(hù)容易、價格適中等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展非常迅猛，在冶金、機(jī)械、石油、化工、紡織、輕工、建筑、運(yùn)輸、電力等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，為了保證電氣控制設(shè)備的高技術(shù)性能和系統(tǒng)的高可靠性，幾乎所有的電氣控制設(shè)備公司均采用了PLC作為其電氣控制設(shè)備的控制器。PLC是在繼電器控制的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，不僅具有繼電器控制的所有功能，而且具有許多繼電器控制沒有的功能，所有的功能都是通過軟件編程實(shí)現(xiàn)的。個人計算機(jī)（簡稱PC）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(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable

20、Logic Controller（PLC）。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)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。第二章高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1.1 各種控制系統(tǒng)的特點(diǎn)PLC系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：工作可靠，運(yùn)行速度快；積木式結(jié)構(gòu)

21、，組合靈活；良好的兼容性；程序編制及生成簡單、豐富；網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)。PLC系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實(shí)時順序控制、條件控制、計數(shù)控制、步進(jìn)控制等功能；能夠完成模/數(shù)（A/D）數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時監(jiān)控等功能。DCS具有以下主要特點(diǎn)：功能全；采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)；完備的開放系統(tǒng)；可靠性高；具有綜合性和專業(yè)性；實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對話技術(shù)；系統(tǒng)擴(kuò)展靈活；管理能力強(qiáng)。FCS主要有以下特點(diǎn)：FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)，一種類型的總線，只要其總線協(xié)議一經(jīng)確定，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)與有關(guān)的設(shè)備也就被確定。開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有高度的互操作性，就一個特定類型的現(xiàn)場總線而言，只要遵循該類型現(xiàn)場總線的

22、總線協(xié)議，對其產(chǎn)品是開放的，并具有互操作性。FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高度的分散性；通過使用現(xiàn)場總線，用戶可以大量減少現(xiàn)場接線，用單個現(xiàn)場儀表可實(shí)現(xiàn)多變量通信，不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以完全互相操作，增加現(xiàn)場一級的控制功能，系統(tǒng)集成大大簡化，并且維護(hù)十分簡便。因此，系統(tǒng)安全性高，擴(kuò)展靈活，可大大降低安裝成本3。 控制方案的選擇隨著微電子技術(shù)尤其是個人計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC和DCS的性能都有了較大的改進(jìn)，PLC大大提高了數(shù)據(jù)處理能力和監(jiān)控功能，DCS系統(tǒng)向開放性發(fā)展，操作站采用工控機(jī)，操作系統(tǒng)采用通用的Windows NT或Windows2000操作平臺，PC機(jī)豐富的

23、軟件資源得以應(yīng)用，因而大大降低了系統(tǒng)的繁瑣程度和價格，提高了系統(tǒng)的性價比。PLC和DCS在搶占市場的過程中，兩者相互借鑒、滲透、融合，極大地增加了用戶在設(shè)計和使用中的選擇性。同時，由于各種控制系統(tǒng)生產(chǎn)制造廠較多，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，也給系統(tǒng)選擇帶來了一定的困難。而走向?qū)嵱没腇CS，也正以迅猛的勢頭快速發(fā)展，是目前世界上最新型的控制系統(tǒng)。下面依據(jù)PLC、 DCS和FCS的不同特點(diǎn)，針對化工新項(xiàng)目建設(shè)和老項(xiàng)目改造，對控制系統(tǒng)的設(shè)計選型和應(yīng)用總結(jié)以下原則進(jìn)行選擇17。按過程控制系統(tǒng)的控制規(guī)模及復(fù)雜程度：不同的化工生產(chǎn)過程，過程控制系統(tǒng)規(guī)模與復(fù)雜程度不同，通常在過程控制系統(tǒng)規(guī)模較大、復(fù)雜程度較高時優(yōu)先選

24、擇DCS。因?yàn)樵撓到y(tǒng)是根據(jù)過程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)發(fā)展而來，它對大量的模擬量數(shù)據(jù)信息能較好地進(jìn)行處理、分析、運(yùn)算，能完成各種復(fù)雜的、繁瑣的調(diào)節(jié)控制計算，因此能完成規(guī)模大、復(fù)雜程度高的過程控制系統(tǒng)的工作。1994年在我廠的合成氨擴(kuò)建和第二套尿素工程設(shè)計中，根據(jù)此項(xiàng)原則，過程控制系統(tǒng)選用了美國羅斯蒙特公司的RS3 DCS系統(tǒng)，取得了較好效果。RS3系統(tǒng)和其他DCS系統(tǒng)一樣，包括以下幾個部分：控制單元、操作單元、I/O單元、數(shù)據(jù)總線。按投資規(guī)模和項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效率合理選擇：在一些小型化工項(xiàng)目中，特別是一些中小型改造項(xiàng)目，投資較少，規(guī)模較小的儀控系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選擇價格相對低廉、性價比較高的PLC系統(tǒng)。如在2003年，

25、我廠新上一套化工廢水處理系統(tǒng)，根據(jù)此項(xiàng)原則選用了西門子公司生產(chǎn)的S7-200系列PLC系統(tǒng)，也取得了較好效果4。PLC控制與微機(jī)控制的比較優(yōu)勢工控機(jī)與PLC的區(qū)別并不在于長得什么樣子，也不在于使用的工作環(huán)境，而在于它們的功能。它就發(fā)展來說，它們來自不同的途徑，PLC來源以繼電器為特征的電氣邏輯控制，工控機(jī)來源于計算機(jī)。早期PLC只能用于進(jìn)行邏輯運(yùn)算，現(xiàn)在功能越來越強(qiáng)大了，但總體來說，還是適合于進(jìn)行以順序控制為主的自動化工程中，如流程工業(yè)。工控機(jī)作為控制設(shè)備，主用于以過程控制為主的自動化工程，如化工工業(yè)。工控機(jī)作為上位機(jī)人界面，認(rèn)為只相當(dāng)一臺PC，與控制功能沒什么關(guān)關(guān)系。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量

26、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(shí)現(xiàn)的。1968年美國通用汽車公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司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，稱Programmable Controller(PC)。 個人計算機(jī)(簡稱PC)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(diǎn)，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller(PLC)。 上世紀(jì)80年代至90年代中期是

27、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)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)6。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。 1PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊

28、、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 2CPU的構(gòu)成 CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。 在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏

29、由震蕩信號控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。3. I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入(DI)，開關(guān)量輸出(DO)，模擬量輸入(AI)，模擬量輸出(AO)等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電

30、壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。4.電源模塊 PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或

31、110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。 5. 底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。 6. PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 人機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作

32、員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機(jī)（運(yùn)行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普及。7. PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點(diǎn)說法。 PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點(diǎn)接口(MPI)的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。8. PLC控制系統(tǒng)的

33、設(shè)計基本原則 最大限度的滿足被控對象的控制要求。 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。 保證控制系統(tǒng)安全可靠?？紤]到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時應(yīng)適當(dāng)留有余量。 9. PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語言 PLC軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序和用戶程序兩部分組成。系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序、編譯程序、診斷程序等，主要用于管理全機(jī)、將程序語言翻譯成機(jī)器語言，診斷機(jī)器故障。系統(tǒng)軟件由PLC廠家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干預(yù)。用戶程序是用戶根據(jù)現(xiàn)場控制要求，用PLC的程序語言編制的應(yīng)用程序（也就是邏輯控制）用來實(shí)現(xiàn)各種控制。STEP7是用于SIMATIC可編程邏輯控制

34、器組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，也就是用戶程序，我們就是使用STEP7來進(jìn)行硬件組態(tài)和邏輯程序編制，以及邏輯程序執(zhí)行結(jié)果的在線監(jiān)視。1610. 標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言是最常用的一種語言，它有以下特點(diǎn)：它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。 梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。 梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。 PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯

35、形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用7。PLC控制與繼電器控制的比較優(yōu)勢PLC在社會生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，并且在各個領(lǐng)域所涉及到的內(nèi)容都存在著很大的空間。簡介： 在工業(yè)自動化領(lǐng)域，可編程控制器(PLC)作為自動控制以成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)，同時也給工業(yè)控制帶來了前所未有的非凡變化。使用PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的用繼電器的工業(yè)控制系統(tǒng)相比，在操作、控制、效率和精度等各個方面都具有無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。雖然在工業(yè)控制系統(tǒng)中所使用的繼電器控制設(shè)備不會被完全淘汰，但是由于PLC的出現(xiàn)已經(jīng)改變了工業(yè)控制設(shè)計者的設(shè)計思想

36、一、控制繼電器存在的缺點(diǎn)今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性。但是，這也是隨之帶來的一些問題。如絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工作條件下進(jìn)行的，容易損壞。而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，引起嚴(yán)重的后果。再者，對一個具體使用的裝有上百個繼電器的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時也消耗了大量的電能。并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費(fèi)大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試。二、可編程序控制器的優(yōu)勢、特點(diǎn)及功能可編程控制器以體積小功能強(qiáng)大所著稱

37、，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運(yùn)動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來，擴(kuò)展了PLC的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。、順序控制順序控制是PLC最基本、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。所謂的順序控制，就是按照工藝流程的順序，在控制信號的作用下，使得生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動地按照順序動作。由于它還具有編程設(shè)計靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)流程控制中可以完全取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控

38、制系統(tǒng)。它主要是根據(jù)操作按扭、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場給來的指令信號和傳感器信號，控制機(jī)械運(yùn)動部件進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而達(dá)到了自動化生產(chǎn)線控制。比較典型應(yīng)用在自動電梯的控制、管道上電磁伐的自動開啟和關(guān)閉、皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序啟動等。例如我分廠的原料混料系統(tǒng)就是利用了PLC的順序控制功能。、閉環(huán)過程控制以往對于過程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的PID模擬調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)開、閉環(huán)控制。而現(xiàn)在完全可以采用PLC控制系統(tǒng)，選用模擬量控制模塊，其功能由軟件完成，系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定，不受元件影響，因而可靠性更高，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和先進(jìn)的控制方法，可以同時控制多個控制回路和多個控制參數(shù)。例如生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓

39、力、速度等。、運(yùn)動位置控制 PLC可以支持?jǐn)?shù)控機(jī)床的控制和管理，在機(jī)械加工行業(yè)，可編程控制器與計算機(jī)數(shù)控（CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動位置控制，它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)處理與計算，發(fā)出相應(yīng)的脈沖給驅(qū)動裝置，通過步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，使機(jī)床按預(yù)定的軌道運(yùn)動，以完成多軸伺服電機(jī)的自控。目前以用于控制無心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削摸削等應(yīng)用中。、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理 PLC可以通過通迅接口與顯示終端和打印機(jī)等外設(shè)相連。顯示器作為人機(jī)界面（HMI）是一種內(nèi)含微處理芯片的智能化設(shè)備，它與PLC相結(jié)合可取代電控柜上眾多的控制按鈕、選擇開關(guān)、信號指示燈，及生產(chǎn)流程模擬屏和電控

40、柜內(nèi)大量的中間繼電器和端子排。所有操作都可以在顯示屏上的操作元件上進(jìn)行。PLC可以方便、快捷地對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理，并可對要顯示的參數(shù)以二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、ASCII字符等方式進(jìn)行顯示。在顯示畫面上，通過圖標(biāo)的顏色變化反應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如閥門的開與關(guān)，電機(jī)的啟動與停止，位置開關(guān)的狀態(tài)等。PID回路控制用數(shù)據(jù)、棒圖等綜合方法反映生產(chǎn)過程中量的變化，操作人員通過參數(shù)設(shè)定可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，通過數(shù)據(jù)查詢可查找任一時刻的數(shù)據(jù)記錄，通過打印可保存相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為今后的生產(chǎn)管理和工藝參數(shù)的分析帶來便利。、網(wǎng)絡(luò)特性 PLC可以實(shí)現(xiàn)多臺PLC之間或多臺PLC與一臺計算機(jī)之間的通訊聯(lián)網(wǎng)要求

41、，從而組成多級分布式控制系統(tǒng)，構(gòu)成工廠自動化網(wǎng)絡(luò)。 (1) 通過通訊模塊、上位機(jī)以及相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。 (2) 通過調(diào)制解調(diào)器和公用電話網(wǎng)與遠(yuǎn)程客戶端計算機(jī)相連，從而使管理者可通過電話線對控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控。結(jié)束語可編程控制器作為一種通用的工業(yè)控制器，它可用于所有的工業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前國內(nèi)外已經(jīng)廣泛的將可編程控制器成功地應(yīng)用到機(jī)械、冶金、石油、化工、紡織、交通、電力、軍事等各個領(lǐng)域，并取得了可觀的技術(shù)濟(jì)濟(jì)效益。而且它還代表當(dāng)今電氣控制技術(shù)的世界先進(jìn)水平，它已與數(shù)控技術(shù)、CADCAM技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)并列為工業(yè)自動化技術(shù)的四大支柱8。2.1.5系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖根據(jù)本設(shè)計的內(nèi)

42、容要求，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 2.1 System diagram 系統(tǒng)的主電路設(shè)計直流電主要應(yīng)用于各種電子儀器,電解,電鍍,直流電力拖動等方面。 交流電的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在發(fā)電和配電方面：利用建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的交流發(fā)電機(jī)可以很經(jīng)濟(jì)方便地把機(jī)械能（水流能、風(fēng)能）、化學(xué)能（石油、天然氣）等其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能；交流電源和交流變電站與同功率的直流電源和直流換流站相比，造價大為低廉；交流電可以方便地通過變壓器升壓和降壓，這給配送電能帶來極大的方便這是交流電與直流電相比所具有的獨(dú)特優(yōu)勢因此課題選用交流拖動電機(jī)如圖2.2所示為生產(chǎn)電機(jī)接線圖， QS是一個帶有

43、的閘刀開關(guān)，各個電機(jī)都有熱繼電器用于電動機(jī)的長期過載保護(hù)。圖2.2 電機(jī)接線圖Fig.2.2 Electrical wiring diagram2.3 系統(tǒng)的控制電路設(shè)計PLC是以繼電器控制為基礎(chǔ)，以微處理器為核心，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)，專門為工業(yè)應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計的功能強(qiáng)大的新型控制器，其實(shí)質(zhì)是工業(yè)控制專用計算機(jī)。.1 PLC的選型設(shè)計S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比15。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個

44、方面：極高的可靠性，極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時特性，強(qiáng)勁的通訊能力，豐富的擴(kuò)展模塊。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)。S7-200系列PLC可提供4個不同的基本型號的8種CPU供選擇。 CPU單元設(shè)計：集成的24V負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222

45、具有180mA輸出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分別輸出280，400mA?？捎米髫?fù)載電源。 不同的設(shè)備類型：CPU 221226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。 本機(jī)數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)：CPU 221具有6個輸入點(diǎn)和4個輸出點(diǎn)，CPU 222具有8個輸入點(diǎn)和6個輸出點(diǎn)，CPU 224具有14個輸入點(diǎn)和10個輸出點(diǎn)，CPU 224XP具有14個輸入點(diǎn)和10個輸出點(diǎn)，CPU 226具有24個輸入點(diǎn)和16個輸出點(diǎn)。 本機(jī)模擬量輸入/輸出點(diǎn)：CPU 224XP具有2個輸入點(diǎn)，1個輸出點(diǎn)。 中斷輸入：允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。 高速計數(shù)器：C

46、PU 221/222，4個高速計數(shù)器（30KHz），可編程并具有復(fù)位輸入，2個獨(dú)立的輸入端可同時作加、減計數(shù)，可連接兩個相位差為90°的A/B相增量編碼器。CPU 224/224XP/226，6個高速計數(shù)器（30KHz），具有CPU 221/222相同的功能。CPU 222/224/224XP/226，可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。可使用仿真器（選件）對本機(jī)輸入信號進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。 模擬電位器：CPU 221/222 1個，CPU 224/224XP/226 2個。脈沖輸出：2路高頻率脈沖輸出（最大20KHz），用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)定位任務(wù)。 實(shí)時時

47、鐘：例如為信息加注時間標(biāo)記，記錄機(jī)器運(yùn)行時間或?qū)^程進(jìn)行時間控制。 EEPROM存儲器模塊（選件）可作為修改與拷貝程序的快速工具（無需編程器），并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。 電池模塊：用于長時間數(shù)據(jù)后備。用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)，數(shù)據(jù)塊，定時器，計數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存貯大約5天。選用電池模塊能延長存貯時間到200天（10年壽命）。電池模塊插在存儲器模塊的卡槽中。 編程：CPU 221/222/224/224XP/226?？梢岳肞C/PPI 電纜和自由口通訊功能把 S7-200 CPU 連接到許多和RS-232標(biāo)準(zhǔn)兼容的設(shè)備。 有兩種不同型號的 PC/PPI 電纜：帶有RS-232口的隔離

48、型 PC/PPI 電纜，用5個DIP開關(guān)設(shè)置波特率和其它配置項(xiàng)。帶有RS-232口的非隔離型 PC/PPI 電纜，用4個DIP開關(guān)設(shè)置波特率。有關(guān)非隔離型PC/PPI電纜的技術(shù)規(guī)范，請參閱S7-200 可編程控制器系統(tǒng)手冊9。.2 PLC的I/O編址編址：就是對輸入/輸出模塊上的I/O點(diǎn)進(jìn)行編碼，以便程序執(zhí)行時可以唯一的識別每個I/O點(diǎn)。數(shù)字量I/O點(diǎn)的編址是以字長為單位，采用標(biāo)志域（I或Q）、字節(jié)號和位號三部分的組成形式，在字節(jié)號和位號之間以點(diǎn)分隔，習(xí)慣上稱做字節(jié)·位編址。每個I/O點(diǎn)就有了唯一的識別地址，地址的表示如表2.3所示。表2.3數(shù)字量I/O點(diǎn)的編址Tab.2.3Digi

49、tal quantity a I/O address輸入量輸出量CPU224有14個輸入和10個輸出，根據(jù)設(shè)計要求I/O地址分配如表2.4所示。表2.4數(shù)字量I/O點(diǎn)的分配Tab.2.4Digital quantity a I/O assignment輸入點(diǎn)輸入設(shè)備輸出點(diǎn)輸出設(shè)備自動手動轉(zhuǎn)換開關(guān)秤斗閘門開啟繼電器小車上行開關(guān)秤斗閘門關(guān)閉繼電器下限位置開關(guān)鐵礦皮帶開啟繼電器秤斗閘門開動合觸點(diǎn)焦炭皮帶開啟繼電器秤斗閘門關(guān)動合觸點(diǎn)鐵礦料斗開啟繼電器鐵礦皮帶開動合觸點(diǎn)鐵礦料斗關(guān)閉繼電器鐵礦皮帶關(guān)動合觸點(diǎn)鐵礦皮帶關(guān)閉繼電器鐵礦料斗開動合觸點(diǎn)焦炭料斗開啟繼電器鐵礦料斗關(guān)動合觸點(diǎn)焦炭料斗關(guān)閉繼電器焦炭皮帶開

50、動合觸點(diǎn)焦炭皮帶關(guān)閉繼電器當(dāng)主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足控制要求是，通過I/O擴(kuò)展接口增加I/O模塊來完成要求。S7-200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，S7-200系列PLC擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表2.5所示。表2.5擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù)Tab.2.5Expansion unit model and input output points類 型型 號輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM2218無EM222無8EM2234/8/164/8/16由于CPU224的輸入輸出點(diǎn)數(shù)不夠，所以選用EM223(16輸入/16輸出擴(kuò)

51、展模塊。表2.6擴(kuò)展模塊（EM223）I/O地址分配表.6distribution list of expansion modules (EM223) I/O address 輸入點(diǎn)輸入設(shè)備輸出點(diǎn)輸出設(shè)備上限位置開關(guān)小車上行繼電器小車下行開關(guān)小盅開啟繼電器焦炭皮帶關(guān)動合觸點(diǎn)小盅關(guān)閉繼電器焦炭料斗開動合觸點(diǎn)布料器開啟繼電器焦炭料斗關(guān)動合觸點(diǎn)大盅開啟繼電器小盅開動合觸點(diǎn)大盅關(guān)閉繼電器小盅關(guān)動合觸點(diǎn)布料器關(guān)閉繼電器大盅開動合觸點(diǎn)小車下行繼電器大盅關(guān)動合觸點(diǎn)配料繼電器布料器開動合觸點(diǎn)布料器關(guān)動合觸點(diǎn).3 PLC的輸入/輸出接線圖根據(jù)以上的I/O編址，I/O接線圖所示。由于此設(shè)計有21個輸入量和19個輸

52、出量，應(yīng)選用CPU224，并使用擴(kuò)展模塊EM223?？紤]到SIEMENS公司的產(chǎn)品在中國的應(yīng)用非常廣泛，其功能比較全面和典型，具有一定的代表性，所以設(shè)計以西門子公司的S7系列入手，S7系列是該公司20世紀(jì)末推出的新型PLC。其中的S7-200為小型的PLC。但是許多功能卻達(dá)到了原來大、中型PLC的水平，而價格確是小型PLC的價格。因此，S7-200一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是S7-200的第二代CPU22X系列具有多種功能模塊和人機(jī)界面可供選擇，具有功能齊全的編程軟件，控制系統(tǒng)的設(shè)計更簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。SIEMENS公司的CPU224具有14個輸入和6個輸出，可連接

53、7個I/O擴(kuò)展和一個串行通訊口，還有6個高速計數(shù)器足以滿足設(shè)計需要，考慮到以后的發(fā)展留有一定的余量。因此，決定選用SIEMENS公司的CPU224和擴(kuò)展EM223作為本設(shè)計的主控制元件。圖2.7主機(jī)I/O接線圖.7 main engine I/O wiring diagram圖2.8 擴(kuò)展模塊I/O接線圖.8 Expansion module I/O wiring diagram2.4元件明細(xì)表根據(jù)的I/O接線圖把各個元件分表排列，如下表2.9所示。表2.9 元件明細(xì)表.9 Part detailed list of specifications序號名稱電氣符號型號數(shù)量1小車上行按鈕SB1LA

54、19-1112下限位置按鈕SB2LA19-1113上限位置按鈕SB3LA19-1114小車下行按鈕SB4LA19-1116位置開關(guān)SQ0-17LXW518LA19系列控制按鈕適用于交流50Hz或60Hz、額定工作電壓380V或直流額定工作電壓220V、額定工作電流不大于5A的控制電路中，帶信號燈的按鈕，其信號燈用于交、直流電壓為6V的信號電路中，作各種燈光信號指示用。LA19系列控制按鈕是由按鈕元件與信號燈組合而成的一種組合電器。按鈕有一對常開觸頭、一對常閉觸頭和一副接觸橋。LA1911是帶指示燈一般控制按鈕。LXW5系列微動開關(guān)適用于交流50Hz、電壓至380V，直流電壓至220V的控制或輔

55、助電路中，作控制、信號、聯(lián)鎖和限位之用。開關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和動作原理： LXW5微動開關(guān)是一種瞬動型單斷點(diǎn)電器元件，采用一只常閉觸頭、一只常開觸頭和一個支承在金屬支架上公共跳躍式的彈性接觸片為動觸頭。 開關(guān)在外力（撞塊等）作用下，通過操作件使接觸片壓縮到超過死點(diǎn)時，即使常閉、常開觸頭瞬時換接，當(dāng)外力減少至一定值（小于復(fù)位力）時，觸頭立即自動復(fù)位至原狀。小結(jié)本章主要介紹了硬件電路的設(shè)計，根據(jù)設(shè)計的要求對CPU的選型，使用了西門子公司的S7200系列的CPU224型主機(jī)單元，并且使用EM223擴(kuò)展模塊。對CPU224的I/O編址，輸入輸出點(diǎn)的分配，畫出了I/O接線圖，對I/O接線圖的元器件作了介紹。S

56、7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。PLC的指令都是針對元器件狀態(tài)而言的，使用是可以將它們看成是由繼電器、定時器、計數(shù)器等元件構(gòu)成的組合體。內(nèi)部設(shè)

57、置了編程使用的各種元器件，他們都是軟器件，以程序?qū)崿F(xiàn)各元件之間的連接。第三章 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。3.1 軟件開發(fā)平臺和編程語言的選擇PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計算機(jī)語言相對簡單、易懂、形象的專用語言18。3.1.1 PLC軟件系統(tǒng)及常用編程語言不同的商家的PLC有不同的編程語言，但就某個商家而言，PLC的編程語言也就那么幾種。下面，以西門子PLC的編程語言為例，說明一下，各種編程語言的異同。 順序功能圖（SFCSEAUE