...wd......wd......wd...PLC的液位控制系統(tǒng)-下位機的設計2015年5月22日摘要隨著當今社會科學技術(shù)的迅猛開展，各類監(jiān)測并調(diào)控液位系統(tǒng)對自動化程度的要求也越來越高，原有的水位控制系統(tǒng)，已遠遠不能滿足當前高度自動化的需要。本課題是研究通過PLC系統(tǒng)來控制水位，監(jiān)控組態(tài)來模擬監(jiān)控界面，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，可視化。本課題首先設計PLC控制系統(tǒng)，根據(jù)要求實現(xiàn)的功能分配IO口，接線，然后編制通過V4.0step7軟件進展梯形圖的編輯、運行，并把現(xiàn)場的水塔水位狀況實時傳送給上位機，上位機采用力控組態(tài)軟件進展監(jiān)控。監(jiān)控組態(tài)界面是通過ForceContro7.0進展監(jiān)控界面的編寫、運行。首先設計監(jiān)控界面，設置通信參數(shù)和IO口，使得上下位機能夠可靠通信。本水位控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，具備開場和停頓功能，這是一種PLC控制的自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。應用此控制系統(tǒng)能顯著提高勞動效率，減少勞動強度。關(guān)鍵詞：PLC監(jiān)控組態(tài)STEP7力控目錄TOC\o"1-3"\h\u25916摘要 I23195AbstractII5534第一章緒論1102741.1設計的意義及目的1100111.2課題的開展現(xiàn)狀1171711.3本設計主要工作212083第二章PLC及SIEMENSS7-2003191152.1PLC概述3145642.1.1PLC的產(chǎn)生及開展3193992.1.2PLC的組成4235932.2PLC的特點、性能及分類9273472.2.1PLC的特點9283042.2.2PLC的性能指標10180752.2.3PLC的分類及應用11320992.3SIEMENSS7-200系列PLC1287682.3.1S7-200系統(tǒng)組成1215932.3.2S7-200內(nèi)存構(gòu)造1261632.3.3S7-200尋址方式13186622.3.4S7-200控制指令1425652第三章液位控制系統(tǒng)硬件設計1697713.1PLC選型1633513.2液位傳感器〔YWCGQ〕選型16226693.3變頻器及PLC連接1785553.4電機183173.5系統(tǒng)接線圖〔見附圖3-5〕19158593.6I/O地址分配194350第四章液位控制系統(tǒng)軟件設計20254154.1V4.0STEP7MicroWINSP3軟件的使用2054744.1.2控制程序2388664.1.3控制程序通信25299164.2程序設計2687464.3S7-200仿真2914459第五章監(jiān)控系統(tǒng)設計33154365.1ForceContro7.0簡介33143995.2ForceContro7.0作用33233315.3監(jiān)控系統(tǒng)概述33第一章緒論1.1設計的意義及目的基于PLC的水位控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，使實際操作簡單容易，省時省力。對于降低運行成本，充分利用資源，更大的獲得利益，是有重要意義的。本設計目的在于：培養(yǎng)我們分析并解決本專業(yè)實際工程問題的反響速度和獨立思考的能力，增長實際工作經(jīng)歷。使學生能正確的運用科學技術(shù)資料，國家標準手冊、圖冊等工具研究開發(fā)工業(yè)工程。了解液位控制系統(tǒng)的工作原理，設計理念和現(xiàn)實意義。了解控制系統(tǒng)上位機的后臺開發(fā)過程，熟知控制系統(tǒng)下位機的硬件選型，連接，程序的編寫等詳細過程。掌握數(shù)據(jù)的交換的內(nèi)容及信息的接收發(fā)送。學會利用I/O設備驅(qū)動完成上位機對下位機的實時監(jiān)控。1.2課題的開展現(xiàn)狀從最初的理念上來講，邏輯控制上普遍應用PLC，并且數(shù)量巨大，占有主導地位。適合在相對較簡單，過程不復雜的簡易控制上應用，例如順序控制和時序控制等場合。當今工業(yè)生產(chǎn)對于脫離人力生產(chǎn)的需要飛速提升，計算機領域的開展也突飛猛進，尤其是CPU也飛速開展，不斷更新?lián)Q代，包括微型計算機同類的芯片都可以用作新一代PLC的核心處理器的選擇對象，PLC在今后的開展當中必將失去一局部市場份額。但換個角度去思考，現(xiàn)如今一些規(guī)模龐大，技術(shù)先進，市場占有率高的大工業(yè)控制器廠商，也迅速的嘗試將微機業(yè)的一些最新的軟件技術(shù)移植到現(xiàn)代的PLC當中，使其不斷完善與改良，增加了更強大的功能，也大大提高了設備的性能。PLC也早已不只是邏輯控制這么簡單的設備了。對于這些現(xiàn)代的PLC已經(jīng)遠遠不能再簡單的理解為過去的“可編程邏輯控制器〞。顯而易見，這些新的PLC必將會在以后的制動化領域大有作為。PLC是一個與時俱進的產(chǎn)品，它最初是受到計算機設計思想的啟發(fā)而研發(fā)的，經(jīng)歷了幾十年的開展歷程，各個生產(chǎn)廠商在競爭中不斷的創(chuàng)新、完善，使其更符合自動化的開展，更適應自動化的實際要求。PLC始終屹立不倒，昂首挺立于工業(yè)領域靠的就是它無論在若何的環(huán)境下都能正常準確的發(fā)揮作用。微型計算機適應艱辛惡劣的周邊環(huán)境的能力太差，很難適應工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，所以他是遠遠不能取代PLC的。因此工業(yè)生產(chǎn)中離不開PLC，是沒有爭議的。目前中國PLC市場外鄉(xiāng)品牌幾乎沒有，最受國人青睞的品牌有三菱、歐姆龍、西門子、羅克韋爾、施耐德、GE-Fanuc等國際知名公司。大中型PLC歐美品牌市場份額最大，小型PLC日本品牌也實力雄厚，另外，中國臺灣與韓國也有一小局部市場。網(wǎng)絡化、微型化、電腦化和開放性是PLC未來開展的主要趨勢。在PLC自動化的最初時期，其體積龐大而且價格不菲。但近些年以來，微型PLC〔小于32I/O口〕已經(jīng)問世，價格也只有幾百美元?，F(xiàn)如今我們使用PLC的同時還要必須使用單獨的監(jiān)控組態(tài)軟件作為輔助工具，PLC以后的開展趨勢就是在自身的系統(tǒng)里自帶有與自身硬件相匹配的監(jiān)控組態(tài)軟件，這樣會更受到廣闊用戶的喜歡，也更符合市場的需求，也是新的商機，更是一種趨勢。1.3本設計主要工作選取西門子S7-200系列PLC來主要控制變頻器及水泵等設備到達自動調(diào)節(jié)液位的目的，主要實現(xiàn)方法：利用投入試液位測量器捕捉水箱液位信息，將水位傳達給輸入輸出模塊；經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，進展數(shù)據(jù)對比，來控制變頻器的輸出頻率變化，于此同時，顯示水位具體信息；本系統(tǒng)設計有自動報警功能，當液位異常超過戒備水位或是低于最低水位就會傳遞預警；根據(jù)上位機的要求還可以水位的PID閉環(huán)控制，同時把水位數(shù)據(jù)傳送給上位機，實現(xiàn)水位數(shù)據(jù)的實時顯示和狀態(tài)監(jiān)控。具體任務如下：以PLC為控制核心的硬件電路設計；根據(jù)所提功能完成硬件接線；軟件設計，實現(xiàn)水位的采集和傳輸以及越限報警；(4)可以實現(xiàn)水位的PID閉環(huán)控制。第二章PLC及SIEMENSS7-2002.1PLC概述2.1.1PLC的產(chǎn)生及開展可編程序控制器〔ProgrammableLogicController〕簡稱PLC，1969年第一臺可編程序控制器問世。如今PLC已成為工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)中必不可少的，利用率最高的，應用最普及的，市場占有率最高的的工業(yè)生產(chǎn)控制器。PLC的產(chǎn)生PLC產(chǎn)生之前，控制電氣裝置主要依靠繼電器，接觸器等電子元件來實現(xiàn)操作，并用導線按一定順序連接。由于其裝置龐大，生產(chǎn)費時費力，靈活性差，復雜，事故率高，等諸多不便，人們對于自動控制有了更高的要求。68年美國通用汽車公司〔GM〕招標要求：“①軟連接代替硬接線②維護方便③可靠性高于繼電器控制柜④體積小于繼電器控制柜⑤成本低于繼電器控制柜⑥有數(shù)據(jù)通訊功能⑦輸入115V⑧可在惡劣環(huán)境下工作⑨擴展時，原系統(tǒng)變更要少⑩用戶程序存儲容量可擴展到4K〞。其核心思想是用程序代替硬件接線，輸入/輸出電平可與外部裝置直接相連，構(gòu)造易于擴展。這便是PLC理念的雛形。次年美國DEC公司根據(jù)這一理念開發(fā)出世界上第一臺PLC〔PDP-14〕，并成功的應用在通用汽車公司的生產(chǎn)線上。PLC的開展微處理器誕生于20世紀70年代初。微處理器問世后人們很快將其引入PLC，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，使其真正成為具有計算機特征的工業(yè)控制設備。此時的PLC為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著個人計算機的普遍利用后，為了更加便捷和凸顯可編程控制器的功能以及特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController。20世紀70年代中晚期，PLC進入了一個更加貼近實際應用化的開展階段，可編程控制器大規(guī)模吸收并采納計算機技術(shù)擴展和改良自身功能功能，使其功能發(fā)生了翻天覆地的變化。越來越小的體積及更美的外觀，越來越高的運算速度、更可靠越來越穩(wěn)定的工業(yè)抗干擾設計、越來越精準的模擬量運算以及更完善的PID功能及越來越低的市場價格更加穩(wěn)固了它在現(xiàn)代工業(yè)領域的地位。20世紀80年代初，西方先進工業(yè)國已經(jīng)大量的使用PLC為工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)了高度的自動化。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。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀80年代至90年代中期，一個東西正以不可思議的超高速度在飛速開展，那就是PLC。之所以它如此的開展迅速，全要歸結(jié)于當時工業(yè)的超高速開展，因此，PLC的產(chǎn)量有了質(zhì)的飛躍，始終穩(wěn)定在30%以上。也正是在此過程中，PLC在某些領域撼動了處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。因為PLC在處理模擬量、數(shù)字量的運算方面，人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域。到上世紀末，可編程控制器朝著更適合現(xiàn)代工業(yè)開展的特點不斷完善與改良。超大型PLC和超小型PLC都相繼出現(xiàn)，為了迎合不同控制要求的工業(yè)場合。特殊功能單元也種類繁多，擴展了PLC的功能。人機交互界面單元、通信單元更加方便人們的使用，PLC的這些變化，給工業(yè)生產(chǎn)自動化增添了強大的動力。2.1.2PLC的組成PLC基本組成簡單明了，分為幾大局部，每一局部又有各自不同功能的模塊，具體包括中央處理器(CPU)、存儲器、接收發(fā)出信息的端口、對外另外連接的儀器的編程器及提供電能的局部這幾大局部。其中對外接收和發(fā)送信息的端口又分為好幾類，具體的形式見圖2-1。PLC分管不同功能的每個東西通過總線連起來，對外的連接需要按照實際的被控對象連接與之對應的設備，使之構(gòu)成一個完整的PLC控制系統(tǒng)。圖2-1PLC基本組成〔1〕中央處理器其簡稱CPU，是PLC的最高級指揮中心。相當于我們的大腦?！?〕存儲器PLC的存儲器組成主要有三局部，分別是系統(tǒng)程序存儲器，用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。①系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)程序存儲器是存放PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序的地方，并且鎖定在ROM內(nèi)，個人用戶不能隨意的擦出及寫入。它使PLC具有基本功能，能夠完成PLC設計者規(guī)定的各項工作。系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞很大程度上決定了PLC的性能。②用戶程序存儲器及數(shù)據(jù)存儲器用戶存儲器又分為用戶程序存儲器〔程序區(qū)〕和數(shù)據(jù)存儲器〔數(shù)據(jù)區(qū)〕這兩個存儲器，分別負責不同的存儲任務。用戶程序存儲器是專門存放用戶根據(jù)實際控制情況具體編寫的程序的地方，程序要采用PLC編程語言編寫。這個存儲器當中的存儲單元類型又分為多種，有RAM〔隨機存取存儲器〕、EPROM〔可擦除可編程序存儲器〕和EEPROM〔電可擦除可編程只讀存儲器〕。存儲器中的內(nèi)容可讀可寫可修改，用戶可以根據(jù)自己的需要自行發(fā)揮。用戶數(shù)據(jù)存儲器是保存運行程序中器件所使用的開關(guān)量以及運算過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的空間。程序容量的大小靠的就是用戶存儲器的大小，存儲器越大，能開發(fā)的程序就能越大，這就說明PLC性能也就越好。判斷PLC的優(yōu)劣，很重要的指標就是看用戶程序存儲器的大小。為了方便用戶程序的讀寫，更改，檢驗，也為了更安全有效的保護用戶程序的信息，防止程序因斷電等意外喪失，因此，一般用RAM用作程序存儲器，并備有后備電源。由于RAM的抗干擾能力稍差，在程序已經(jīng)運行并且無誤的情況下，通常將其固化在只讀存儲器中。如今電可擦除可編程只讀存儲器正逐步成為用戶存儲器的首選，直接將程序?qū)戇MEEPROM中已成為時下流行的潮流。工作數(shù)據(jù)指的是在PLC運行時一直都在變化、一直都在存取的一些數(shù)據(jù)。工作數(shù)據(jù)需要隨即存取，因此存放在RAM中最恰當。開發(fā)人員需要通過編寫程序來設定這些器件的初始狀態(tài)，以便更好的完成自動控制的目的。在管理數(shù)據(jù)的區(qū)域中，有這樣一個數(shù)據(jù)保持區(qū)，它是能在一些數(shù)據(jù)在掉電時用后備電池保持原有狀態(tài)的時刻，可以將這些數(shù)據(jù)保存下來的存儲區(qū)。用戶在開發(fā)使用PLC的過程中是不會觸及系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)的，PLC產(chǎn)品說明書或使用手冊中所標明的存儲器的說明，包括其形式以及存儲器的容量都指的是用戶程序存儲器。功能不強大的PLC往往用戶存儲器容量小，用戶在開發(fā)使用的過程中也會出現(xiàn)信息超出用戶存儲器的容量的情況，為了解決這種情況帶來的不便，許多PLC還有存儲器擴展功能。常見的存儲器主要有1.RAM，可讀可寫的隨機存儲器；2.ROM，只讀存儲器。ROM又有PROM、EPROM等多種形式可供用戶根據(jù)需要來自行選擇，但他們均為可擦除可編程的只讀存儲器?！?〕接口要想利用PLC進展完整的控制任務，PLC就必須與外界建設聯(lián)系，接收和發(fā)送各種信號就需要輸入輸出接口。負責接收信息的端口是用來接收程序正常運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的各種變量的。接收的不同變量在PLC中經(jīng)過特定的程序計算處理產(chǎn)生被控信息，這些信息由輸出口送出PLC。執(zhí)行設備接收到輸出口傳遞的信號后，帶動被控器件動作，最終完成控制。PLC控制好壞的評判很大程度上取決于接口接收和發(fā)送信號的能力。由于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場情況復雜多變，干擾也對比強烈，所以接口要有抗干擾的能力。另外，工業(yè)控制信號種類繁多，類型不一，所以接口還必須有處理不同類別信號的能力，滿足各類信號的匹配能力。①輸入接口可編程序控制器因需求不同有不同的接口。·數(shù)字量輸入接口：一般傳感器傳遞給PLC的信號如果是數(shù)字量，那么這些數(shù)字量就需要由數(shù)字量輸入接口接收，并把他們轉(zhuǎn)化成能用作PLC內(nèi)部處理的標準信號。數(shù)字信號可能由交流電傳遞也可能用直流電傳遞，因為這個緣故，接口只能又分成接收直流信號的直流輸入接口和接收交流信號的交流輸入接口。如圖2-1、圖2-2、圖2-3所示。圖2-1直流輸入接口電路圖2-2交/直流輸入接口電路圖2-3交流輸入電路由上圖可以看到輸入接口的電源局部畫在了虛線框以外，這說明這類接口是分體式數(shù)字量輸入接口。但現(xiàn)如今的PLC一般不采用這種接法，另提供電源既不節(jié)能又不便捷，現(xiàn)在的輸入接口都采用本機直流電源直接供電?！つM量輸入接口：顧名思義，模擬量輸入接口就是能將輸入到PLC的模擬量轉(zhuǎn)化成PLC可處理的信號。但凡模擬量，不管是電壓的模擬信號還是電流的電信號，只要是標準的模擬信號，接口都能自動匹配。②輸出接口·數(shù)字量輸出接口：它的作用是把可編程內(nèi)部的標準信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)所需的數(shù)字〔開關(guān)〕量信號。·模擬量輸出接口：它的作用是將可編程控制器運算處理后的假設干位數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為響應的模擬量信號輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制信號的需求。③智能接口為了適應較復雜的控制工作的需要，可編程控制器還有一些智能控制單元。如PID工作單元、高速計數(shù)器工作單元、溫度控制單元等。這類單元大多是獨立的工作單元。它們和普通輸入輸出接口的區(qū)別在于其一般帶有單獨的CPU，有專門的處理能力。在具體的工作中，每個掃描周期智能單元和主機的CPU交換一次信息，共同完成控制任務。從近期的開展來看，不少新型的可編程控制器本身也帶有PID功能及高速計數(shù)器接口，但它們的功能一般比專用智能輸入輸出單元的功能稍弱?！?〕編程器當你編輯好你所要用的PLC控制程序時，你就需要用到編程器來進展下一步的工作。它能將你要用到的程序送到PLC的用戶程序存儲器。另外，它還能幫你查看程序的運行流程，當程序出現(xiàn)錯誤或有不符合控制要求的時候，還可以利用它對其進展修改、調(diào)試等。編程器又有兩種分類。簡易編程器：顧名思義，簡易就是簡單容易，它占地不大，可輕易移動，缺點就是僅僅可以識別語句編程。如果PLC選的不大，用這簡易的就挺好。圖形編程器：它的功能不僅包括簡易編輯器的功能，另外又能識別梯形圖語言，功能更完善，用戶可根據(jù)自己的需要自行選擇。PLC強大的功能隨之衍生出來的是名目繁多的周邊配套產(chǎn)品，輔助編程軟件就是其中之一。當我們在電腦里安裝了它之后，我們就能用我們熟悉的梯形圖，語句之類的編寫我們自己的程序了，并且我們可以實現(xiàn)電腦和PLC之間的通信，觀察正在工作的PLC等?！?〕電源PLC的電源簡單來說就是交流變直流整流器。他將我們提供的交流電變成直流電，因為PLC的各個模塊的工作電流必須采用直流電。PLC的電源必須各項性能都強大，自身穩(wěn)定，抗干擾，并且要求有些電源還帶有向外輸出電能的能力，因為這樣就可以直接給被控設備供電，簡化了電路接線。2.2PLC的特點、性能及分類2.2.1PLC的特點可靠性強所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10~20ms.各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。PLC的供電系統(tǒng)必須穩(wěn)定。制作PLC的所有工件必須精挑細選，不容馬虎。之所以稱為穩(wěn)定，它還具有自救能力，當其構(gòu)成局部出現(xiàn)意外事故，他的CPU能馬上做出動作，防止事故擴大。大型PLC還通過增加CPU的個數(shù)來增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性，可靠性。這個方法極大地提高了它的穩(wěn)定性。豐富的I/O接口模塊PLC所控制的器件是多種多樣的，接收的電信號也類型多種多樣，各種各樣的信號也難不倒強大的PLC。為了適應各種外來信號，PLC有一系列處理不同情況的裝置來解決。模塊化構(gòu)造采用模塊化構(gòu)造為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化構(gòu)造。PLC的各個部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。編程簡單易學PLC的程序基本是移植繼電器的電路圖，對于熟悉繼電器的電氣工作者，它的程序簡單易懂，難度也不大，廣泛的適合大家學習。安裝簡單，維修方便使用PLC可以隨時隨地，完全不必考慮地點的限制，對環(huán)境的適應能力也相當強悍，所以說很方便。其硬件安裝也相當簡便，只要把你要用到的機器通過導線與PLC的輸入輸出接口相連，檢查無誤后便可馬上發(fā)揮作用。如果使用時出現(xiàn)錯誤，或者器件自身由于某些原因出現(xiàn)故障，在哪出現(xiàn)毛病，在哪局部就會有明顯的提示，使用戶及時的處理問題。每局部都是可拆卸的，也就意味著局部出現(xiàn)問題可以立即更換，以減少因故障帶來的損失。2.2.2PLC的性能指標〔1〕I/O總點數(shù)I/O總點數(shù)是衡量PLC接入信號和科輸出信號的數(shù)量。PLC的輸入輸出有開關(guān)量和模擬量兩種?！?〕存儲器容量這個指標代表的是PLC中能夠存儲我們編寫的程序的能力。一般情況下我們默認以字來計量他的大小。每1024個字為1千字。PLC中通常以字為單位?！?〕編程語言編程語言是PLC廠家為用戶設計的用于實現(xiàn)各種控制功能的編程工具，它有多種形式，常見的是梯形圖編程語言及語句表編程語言，另還有邏輯圖編程語言、布爾代數(shù)編程語言等，它的功能強否主要取決于該機型指令系統(tǒng)的功能與否。一般來講，指令的種類和數(shù)量越多，功能越強。〔4〕掃描時間這個時間指的是讀取并完成1000條指令要花費的時間。通常來講這個過程一共消耗10ms左右?！?〕內(nèi)部存放器的種類和數(shù)量PLC里面的存放器有好多種不同的分類，且不同的PLC所擁有的數(shù)量也會不同，這是判斷PLC好壞的標準之一?！?〕通信能力這個能力指的是PLC與同類之間的信息相互遞送的能力，也包括PLC與電腦連接后相互遞送信息的能力，它是工廠自動化的必備根基。現(xiàn)在所有的已經(jīng)生產(chǎn)出來的PLC無論類型若何，功能好壞，幾乎全帶有通信口，最少一個，無上限數(shù)量?！?〕智能模塊智能模塊是那些自身具有處理器的能獨立完成某些任務的立方體。它并不是整個系統(tǒng)完整動作的不可或缺的一局部，也不再循環(huán)中，是獨立的。但它的意義在于執(zhí)行PLC的命令，完成特殊的動作。如常見的位置模塊、溫度模塊、PID模塊和模糊模塊等等。2.2.3PLC的分類及應用PLC可從多種角度進展分類：〔1〕按控制規(guī)模分：輸入輸出量，開關(guān)量是這樣分類的評判標準，都是按照路數(shù)來分類。有了點數(shù)的區(qū)別，也就有了不同點數(shù)的PLC。根據(jù)點數(shù)由少到多PLC也就有微小中大超大之分，這區(qū)分依據(jù)就不在此一一贅述，有興趣可以查閱下相關(guān)資料。〔2〕按構(gòu)造組成分：通過上文我們了解了完整PLC有幾大局部組成，把這幾大局局部別獨立的割裂開來，然后再一一連接，這就是模塊化的。將這些組成局部直接集成在一個立方體中，這就是箱式的。如OMRON公司，原來小型機都是箱體式，現(xiàn)在的CQM1那么為模塊式的。箱體的PLC把電源、CPU、內(nèi)存、I/O系統(tǒng)都集成在一個小箱體內(nèi)。整個四方體就能實現(xiàn)全部的功能。通常這個小箱子是不符合設計需要的，這就需要在另外連接小箱子，到達目的。模塊式的PLC是把PLC的組成構(gòu)造一局部一局部的單獨割裂開來，然后加以連接，組成完整的系統(tǒng)。類型對比大的設備需要的模塊用不著很強，所以與之相匹配的模塊類型就很有選擇性。今后這種潮流定會十分流行。在自動化的今天，但凡機器取代了人力用作工業(yè)生產(chǎn)的領域，就會有PLC的存在。PLC就是取代人類勞動的機器人，有了它，人類文明的進步速度迅猛加快。PLC的應用之廣，幾乎遍布我們社會活動的所有方面。工業(yè)上完全依賴PLC作為生產(chǎn)控制的中樞，接收信息處理數(shù)據(jù)并傳達指令，使工業(yè)生產(chǎn)能高效，有序，穩(wěn)定的運行，全靠PLC的作用。這些行業(yè)所有設備的連續(xù)生產(chǎn)運行，總存在許多的監(jiān)控點和大量的實時參數(shù)，而要監(jiān)視、控制、和采集這些流程參數(shù)和相關(guān)的工藝設備，也必須依靠PLC這個大腦來完成，當然傳統(tǒng)叫法也有DCS，盡管設計之初的理念不一樣，但現(xiàn)技術(shù)路線已逐漸融合。但凡與工業(yè)掛鉤的地方，有機器參與生產(chǎn)，這么說吧，只要是通過耗電來搞生產(chǎn)的地方，就有PLC的存在！可能我們還不是很了解PLC，但它已經(jīng)悄無聲息的存在于我們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€角落。只要是我們應用的各種物品，是人類后續(xù)加工出來的產(chǎn)品，不是直接獲取自大自然的任何東西，都離不開PLC的身影，我們方便快捷的享受著的物質(zhì)生活都是PLC的功績。2.3SIEMENSS7-200系列PLC2.3.1S7-200系統(tǒng)組成S7-200系列PLC的CPU有四種型號，當然功能價格也有所差異，功能最弱的是221,當然價格也最廉價，最高端的是226的。PLC的擴展模塊也有幾種供用戶選擇，根據(jù)需要的不同，分為輸入模塊，輸出模塊，還有輸入輸出合體的高級模塊。表2-1S7-200基本單元2.3.2S7-200內(nèi)存構(gòu)造2.3.3S7-200尋址方式編址方式計算機中數(shù)字采用二進制運算，1字節(jié)為8位二進制數(shù)，1個字由兩個字節(jié)組成，1個雙字由2個字組成。存儲器里儲存的數(shù)據(jù)可以用位作為存儲的標準，也可以用字節(jié)來作為衡量的標準，也可以是用字來作為衡量的標準，也可以是用雙字來作為衡量的標準，編寫地址的數(shù)據(jù)方式也可以是上述單位。存儲單元的地址由區(qū)域標識符、字節(jié)地址和位地址組成。位編址：存放器標識符＋字節(jié)地址＋位地址。如I0.0、M0.1、Q0.2等。字節(jié)編址：存放器標識等＋字節(jié)長度B＋字節(jié)號。如IB1、VB20、QB2等。字編址：存放器標識等＋字長度W＋起始字節(jié)號。雙字編址：存放器標識等＋雙字長度D＋起始字節(jié)號。如VD20表示VB20到VB23這4個字節(jié)組成的雙字。位，字節(jié)，字，雙字編址如圖2-4所示。圖2-4編址數(shù)據(jù)類型：S7-200PLC的數(shù)據(jù)類型有布爾型〔BOOL〕、整數(shù)型〔INT〕和實數(shù)型〔REAL〕3種。表2-2給出了字節(jié)、字、雙字所表示的數(shù)值范圍。表2-2字節(jié)、字、雙字的數(shù)值范圍數(shù)據(jù)大小無符號整數(shù)范圍有符號整數(shù)范圍十進制十六進制十進制十六進制字節(jié)B〔8位〕0～2550～FF-128～12780～7F字W〔16位〕0～655350～FFFF-32768～327678000～7FFF雙字〔32位〕0～65535*655370～FFFFFFFF-2147483648～214748364780000000～7FFFFFFF尋址方式尋址的方式有立即尋址、直接尋址、間接尋址三類:①立即尋址：立即數(shù)尋址的數(shù)據(jù)在指令中是以常數(shù)的形式出現(xiàn)。常數(shù)的長度由二進制的位數(shù)決定，常數(shù)的格式有二進制、十進制、十六進制、ASCII碼等。如:二進制數(shù)：2#1001十進制數(shù)：20047十六進制數(shù):16#3EB5②直接尋址方式：存儲器或存放器都有自己所在位置的地址編號，通過直接查找這些唯一的位置地址，就能到你想要的地點識別或?qū)戇M數(shù)據(jù)。③間接尋址：操作數(shù)利用一個指針來提取數(shù)據(jù)，這個指針是指向你要尋找數(shù)據(jù)所在的地址的一個針。2.3.4S7-200控制指令〔1〕順序控制指令順序功能能捕捉運行過程中輸出量的不同，自動用一些步來構(gòu)成一個工作周期。步將系統(tǒng)的工作過程分為假設干個階段，這些階段稱為“步〞。轉(zhuǎn)換條件步與步之間的轉(zhuǎn)換條件，用小短線表示，轉(zhuǎn)換條件可以是一個或多個，當條件滿足，轉(zhuǎn)換得以實現(xiàn)。上一步的動作完畢，下一步動作開場。系統(tǒng)處于的當前步稱為“活動步〞。通常用狀態(tài)繼電器的位S0.0～S31.7代表程序的狀態(tài)步。表2-3順序控制繼電器指令表梯形圖LAD語名表功能操作碼操作數(shù)LSCRn當順序控制繼電器位為1時，SCR〔LSCR〕指令被激活，標志著該順序控制程序段的開場SCRTn當滿足條件使SCRT指令執(zhí)行時，那么復位本順序控制程序段，激活下一順序控制程序段nSCRE執(zhí)行SCRE指令，完畢由SCR〔LSCR〕開場到SCRE之間順序控制程序段的工作。注：順序控制繼電器位n必須尋址順序控制繼電器S的位。不能把同一編號的順序控制繼電器位用在不同的程序中。在SCR段當中制止使用JMP隨意跳入，也制止使用LBL隨意跳出。第三章液位控制系統(tǒng)硬件設計3.1PLC選型PLC的選擇需要考慮諸多因素，構(gòu)造形式、容量、性能、指令系統(tǒng)、編程語言、市場價格等等都是必須考慮的重要因素。對于PLC的選擇有個通用的慣例，那就是首先你選的機型要適合你的控制要求，并且靠譜，而且運行期間的保養(yǎng)維護也要便捷，在到達上述要求的同時，再去對比同類型產(chǎn)品的市場價格，擇優(yōu)錄取。由于本設計相對簡單且輸入輸出少，加之本人對西門子PLC略有接觸，因此選擇西門子S7-200型PLC。S7-200型PLC集成性好，也不算貴，非常實用，尤其是控制一些低端系統(tǒng)，很受人們的青睞。Siemens公司生產(chǎn)PLC的歷史很長，可以說是鼻祖了，它生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量信得過，安全可靠，各種擴展功能及其完善，很適合用戶自行開發(fā)擴展功能，是我們的不二選擇。我們的系統(tǒng)設計的選擇PLC要富裕出一定量的輸入輸出端口，以便日后系統(tǒng)升級擴展之用，所以選擇輸入輸出點數(shù)最多的CPU，226是功能對比強大的CPU了。擴展模塊選定EM235。3.2液位傳感器〔YWCGQ〕選型液位傳感器是一種測量液位的壓力傳感器，有多種類型可供選擇。一類是期間直接與液體相接觸。第二類是器件不與液體接觸，采用聲波或光波測量。輸出信號的標準方式有三種4～20mA、0～5v、0～10mA，我們根據(jù)實際目的，技術(shù)要求的不同來自行選取。我們選用的投入式傳感器其采用先進的密封技術(shù)，不會漏水。且其中間能有氣管與外界相通，使之能與外界氣壓比照從而工準確地測量壓力大小。投入式液位傳感器見圖3-1。圖3-1投入式液位傳感器3.3變頻器及PLC連接易能電氣的EDS1000系列變頻調(diào)速器提供串行通訊技術(shù)的支持。它所支持的串行通訊技術(shù)包括標準RS-485、PROFIDRIVE、LONWORKS在內(nèi)的多種現(xiàn)場總線方式。其中，RS-485通訊方式為用戶提供了無需附加任何用度的、最為廉價實用的串行通訊方式。獨立的變頻器都有與之相匹配的，預先規(guī)定好的通訊數(shù)據(jù)構(gòu)造，字的格式，要想完成與其他器件的連接，事先了解其通訊協(xié)議，就能實現(xiàn)我們所要到達的通信目的。圖3-2易能變頻器本變頻器與PLC的連接接線方式如圖3-3所示。通過PLC的R485通訊口相連。PLC為主機，變頻器為從機，主從機點對點通訊。圖3-3變頻器與PLC配線圖我們采用EDS1000系列變頻器的串行通訊作為與PLC的連接方式。簡要介紹一下，這個變頻器的通訊方式為異步半雙工的方式。PLC與EDS1000構(gòu)成主從關(guān)系，主機的作用就是傳達命令給從機，PLC里存有控制變頻器的指令，PLC連續(xù)發(fā)出這些指令的地址給變頻器，等待變頻器動作。PLC自身最多能連接多達31臺像變頻器這樣的從機，也可以擴展到連接126臺。通訊時，傳輸?shù)哪J格式和傳輸速率為：8-N-1，9600bps。3.4電機水泵電機〔pumpmotor〕按構(gòu)造分類有倒著放的，那是臥式的；也有像人一樣站立的，那叫立式的。我們設計的系統(tǒng)里因為需要的水泵的工作特點為啟動力矩不大，也不是次數(shù)很多的開關(guān)啟動，基本是連續(xù)不斷地運行，由于這些特征，我們選用鼠籠式異步電機。圖3-4水泵電機3.5系統(tǒng)接線圖〔見附錄圖3-5〕3.6I/O地址分配信號變量名信號變量名I0.0啟動按鈕Q0.0液位過高報警I0.1停頓按鈕Q0.1液位過低報警Q0.2運行指示AIW0液位反響值Q0.3停頓指示AQW0PID頻率輸出Q0.4啟動表3-1I/O地址分配表開場初始化開場初始化壓力差＜0調(diào)節(jié)水泵增大頻率PID控制調(diào)節(jié)水泵減小頻率PID控制報警顯示信息停頓完畢第四章液位控制系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)設計主要包括硬件和軟件兩大局部內(nèi)容，本章介紹系統(tǒng)軟件設計。主要包括軟件設計的基本步驟、方法，編程軟件STEP7-Micro/WIN的介紹以及本工程程序設計。PLC程序的編寫有多種方法。電氣工作者慣用經(jīng)歷法，他們有著異常豐富的工作經(jīng)歷，因此也最適合經(jīng)歷法。初學者應當了解圖解法，這是入門的方法。我們學習的是計算機法。當然還有許多別的方法，在此就不一一贅述。圖解法圖解法就是用圖形進展PLC編程設計，最方便的就是梯形圖編程，這與繼電器電路十分相似，是一種簡單易懂的編程方法。經(jīng)歷法運用已有的相似程序，加以修改調(diào)試，使之成為適合自己工程工程的程序。計算機輔助編程計算機輔助設計是通過PLC編程軟件(比方STEP7-Micro/WIN)在計算機上進展程序設計、離線或在線編程、離線仿真和在線調(diào)試等。現(xiàn)在全部都是使用編程軟件進展程序的編寫，計算機普及率相當廣，并且方便快捷，不管是聯(lián)網(wǎng)還是斷網(wǎng)，都能進展程序的編寫，程序的調(diào)試，并且保存方便。需要的話還可以進展文件的加密，防止竊取。4.1V4.0STEP7MicroWINSP3軟件的使用V4.0STEP7MicroWINSP3是專為西門子S7-200系列PLC開發(fā)的編程工具，使用該軟件可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制控制程序并完成與PLC的實時通信，進展程序的下載與上傳及在線監(jiān)控。4.1.1V4.0STEP7MicroWINSP3的窗口組件圖4-1STEP7-Micro/WIN的窗口組件〔1〕操作欄顯示編程特性的按鈕控制群組在操作欄中點選查看按鈕，那么下面彈出程序塊、符號表、狀態(tài)表、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊等按鈕，單擊相應的按鈕就能顯示出相應的內(nèi)容。在操作欄的下方有個工具按鈕。單擊后出現(xiàn):指令向?qū)?、文本顯示向?qū)?、位置控制向?qū)?、EM253控制面板和調(diào)制解調(diào)器擴展向?qū)У陌粹o。指令樹這一欄里顯示的是全部目標對象以及顯示當前你所編寫的程序所包括的全部指令的樹形界面。我們可以看到指令樹中有一列排列整齊的文件夾，我們單擊最上方工程里的子文件夾，可以插入POU。如果這個操作麻煩的話也可以右擊你的目標POU進展你想要的編輯。右擊你的目標ＰＯＵ，彈出的菜單里你可以選擇翻開、刪除、編輯，用密碼保護或重命名子程序及中斷例行程序等。〔3〕穿插參考允許用戶檢視程序的穿插參考和組件使用信息?！?〕數(shù)據(jù)塊允許用戶顯示和編輯數(shù)據(jù)塊內(nèi)容?！?〕狀態(tài)圖窗口允許用戶將程序輸入、輸出或變量置入圖表中，以便追蹤其狀態(tài)。您可以建設多個狀態(tài)圖，以便從程序的不同局部檢視組件。每個狀態(tài)圖在狀態(tài)圖窗口中有自己的標簽?！?〕符號表／全局變量表窗口我們在編寫程序的時候可能會用到全局符號，這個符號表就是專門為我們分配和編輯全局符號所設計的窗口。符號表根據(jù)我們的需求可以任意添加，有我們自己做主。由于我們選定了PLC的型號，可以在此處添加一個方便我們使用的符號表，這樣做省去了不少的麻煩?！?〕輸出窗口當用戶將程序錄入完畢，進展編譯時，本窗口能顯示一些實時的消息。假設程序運行過程中存在錯誤，在本窗口中就會及時的顯示程序的失敗。為了方便用戶的修改，在窗口里用鼠標雙擊錯誤，光標會自動追蹤定位到錯誤所在的程序網(wǎng)絡中。當您編譯程序或指令庫時，提供信息?！?〕狀態(tài)條提供用戶在STEP7-Micro/WIN中操作時的操作狀態(tài)信息?！?〕程序編輯器窗口這個窗口里有程序視圖以及局部變量表。這里的程序視圖及局部變量表都是用于該工程的編輯器的。如果需要，用戶可以拖動分割條，擴展程序視圖，并覆蓋局部變量表。當您在主程序一節(jié)〔MAIN〕之外，建設子程序或中斷例行程序時，標記出現(xiàn)在程序編輯器窗口的底部。可點擊該標記，在子程序、中斷和OB1之間移動?！?0〕局部變量表包含用戶對局部變量所作的賦值〔即子程序和中斷例行程序使用的變量〕。在局部變量表中建設的變量使用暫時內(nèi)存；地址賦值由系統(tǒng)處理；變量的使用僅限于建設此變量的POU。〔11〕菜單條這里可以用鼠標點擊或者敲擊鍵盤來控制，如果不滿意這里的工具菜單欄，我們可以根據(jù)自己的需求增加或者刪除里面的快捷操作按鈕?！?2〕工具條為最常用的STEP7-Micro/WIN操作提供便利的鼠標訪問。用戶可以定制每個工具條的內(nèi)容和外觀。4.1.2控制程序〔1〕翻開新工程雙擊STEP7-Micro/WIN圖標，或從"開場"菜單項選擇擇SIMATIC>STEP7Micro/WIN，啟動應用程序。會翻開一個新STEP7-Micro/WIN工程?！?〕翻開現(xiàn)有工程從STEP7-Micro/WIN中，使用文件菜單，選擇以下選項之一：①翻開－允許瀏覽至一個現(xiàn)有工程，并且翻開該工程。②文件名稱－我們點開文件出現(xiàn)下拉菜單，在這下拉菜單里我們可以醒目的看到下方有我們最近使用過的文件名稱，在此我們可以方便的翻開我們已經(jīng)翻開過的文件。進入編程狀態(tài)單擊左側(cè)查看中的程序塊，進入編程狀態(tài)；選擇編程語言找到菜單欄，再找到查看按鈕，按下彈出下拉菜單，可以看到有編程語言的選擇，有梯形圖、STL、FBD這三種選擇可供用戶根據(jù)需要自行選擇。〔5〕建設PC及PLC的通信連接線路并完成參數(shù)設置①聯(lián)接電腦：將電腦的COM端口聯(lián)接PC/PPI電纜的PC端，然后將電纜的另一端：PPI端與PLC的PORT0或PORT1端口相連，完成此番步驟，PLC與PC的硬件連接就完成了。②參數(shù)設置：首先找到PC/PPI電纜小盒中的DIP開關(guān)，這個開關(guān)是調(diào)節(jié)通訊波特率的，調(diào)節(jié)這個小開關(guān)，將其設置為9.6K。找到PLC的方式開關(guān)，將其設置成“停頓〞，注意是設置完此步再給PLC進展上電處理；之后翻開STEP7軟件，單擊菜單欄中的PLC-類型，彈出一個選擇PLC類型的對話框，在窗口中單擊讀取PLC按鈕，可以檢測是否成功。還有一種檢測通信是否成功的方法就是從下拉菜單中選擇CPU226,單擊通信，在彈出的窗口中雙擊電纜圖標，也能實現(xiàn)一樣的功能。圖4-5檢測通信是否成功〔1〕圖4-6檢測通信是否成功〔2〕圖4-7檢測通信是否成功〔3〕〔7〕運行和調(diào)試程序。①將CPU上的RUN／STOP開關(guān)撥到RUN位置；CPU上的黃色STOP狀態(tài)指示燈滅，綠色指示燈亮；②在STEP7軟件中單擊菜單里的命令“RUN〔運行〕〞和“STOP〔停頓〕〞，或者工具欄按鈕和改變CPU的運行狀態(tài)；③接通I0.0對應的按鈕，觀察運行結(jié)果。建設符號表在“引導條〞單擊“符號表〞圖標，或“查看〞菜單→“組件〞→“符號表〞項，翻開符號表，將直接地址編號〔如I0.0〕用具有實際含義的符號〔如正向起動按鈕〕代替。4.1.3控制程序通信可選用以下3種方式進展程序上傳：〔1〕點擊“上載〞按鈕?！?〕選擇菜單命令文件>上載?！?〕按快捷鍵組合Ctrl+U。在確認硬件連接沒有問題，硬件設備本身也沒有故障的前提下，上傳程序才會順利的進展，PLC才會正常進展信息的交流。我們要保存已上載的程序，需要先選好需要的塊，包括各種塊，比方程序塊，數(shù)據(jù)塊等，然后上載程序，軟件就能自動的從PLC中復制程序到我們現(xiàn)在已經(jīng)翻開的工程中。4.2程序設計主程序：圖4-8主程序〔1〕圖4-9主程序〔2〕圖4-10主程序〔3〕圖4-11主程序〔4〕圖4-124.3S7-200仿真編寫好程序就該檢驗程序的正確與否了。我們采用的S7-200的仿真軟件是有人為了方便的使用PLC特意編寫的用來服務PLC的程序。我們采用中文版來加以學習。這款軟件的V3.0版可以對使用STEP7編寫程序的用戶按照其要求進展仿真。雖然這款程