基于plc工業(yè)攪拌過程控制系統(tǒng)畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 種類很多，用起來都較方便，還有數(shù)據(jù)監(jiān)控器，可監(jiān)控PLC的工作。使用PLC的軟件也很多，不僅可用類似于繼電電路設(shè)計的梯形圖語言，有的還可用BASIC語言、C語言，以至于自然語言。這些也為PLC編程提供了方便。④ 維修方便：首先PLC工作可靠，出現(xiàn)故障的情況不多，這大大減輕了維修的工作量。其次即使PLC出現(xiàn)故障，維修也很方便。這是因為PLC都設(shè)有很多故障提示信號，如PLC支持內(nèi)存保持數(shù)據(jù)的電池電壓不足，相應的就有電壓低信號指示。而且，PLC本身還可作故障情況記錄。所以，PLC出了故障，很易診斷。同時，診斷出故障后排故也很簡單。⑤ 改用方便：PLC用于某設(shè)備，若這個設(shè)備不再使用了，其所用的PLC還可給別的設(shè)備使用，只要改編一下程序，就可辦到。(3) 工作可靠用PLC實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制是非常可靠的。這是因為PLC在硬件與軟件兩個方面都采取了很多措施，確保它能可靠工作。事實上，如果PLC工作不可靠，就無法在工業(yè)環(huán)境下運用，也就不成其為PLC了。① 在硬件方面：PLC的輸入輸出電路與內(nèi)部CPU是電隔離，其信息靠光耦器件或電磁器件傳遞。而且，CPU板還有抗電磁干擾的屏蔽措施。故可確保PLC程序的運行不受外界的電與磁干擾，能正常地工作。② 在軟件方面：PLC的工作方式為掃描加中斷，這既可保證它能有序地工作，避免繼電控制系統(tǒng)常出現(xiàn)的“冒險競爭”，其控制結(jié)果總是確定的；而且又能應急處理急于處理的控制，保證了PLC對應急情況的及時響應，使PLC能可靠地工作。PLC還有很多防止及檢測故障的指令，以產(chǎn)生各重要模塊工作正常與否的提示信號。可通過編制相應的用戶程序，對PLC的工作狀況，以及PLC所控制的系統(tǒng)進行監(jiān)控，以確保其可靠工作。(4) 經(jīng)濟合算高新技術(shù)的使用必將帶來巨大的社會效益與經(jīng)濟效益，這是科技是第一生產(chǎn)力的體現(xiàn)，也是高新技術(shù)生命力之所在。PLC也是如此。盡管使用PLC首次投資要大些，但從全面及長遠看，使用PLC還是經(jīng)濟的。使用PLC的投資雖大，但它的體積小、所占空間小，輔助設(shè)施的投入少；使用時省電，運行費少；工作可靠，停工損失少；維修簡單，維修費少；還可再次使用以及能帶來附加價值等等，從中可得更大的回報。所以，在多數(shù)情況下，它的效益是可觀的。 PLC的主要技術(shù)指標及抗干擾分析(1) 存儲器容量 存儲器用來存儲程序和系統(tǒng)參數(shù)等，其容量是由用戶程序存儲器組成的。程序存儲器容量大小決定了用戶所能編寫程序的最大長度，一般中小型的PLC的存儲器容量在16KB以下，大型的PLC可達到2MB左右。(2) 輸入/輸出（I/O）點數(shù)輸入/輸出點數(shù)是指根據(jù)工業(yè)系統(tǒng)控制所得到的對應PLC的輸入/輸出端的個數(shù)。I/O點數(shù)越多，說明需要控制的器件和設(shè)備就越多。(3) 掃描時間掃描時間是指CPU內(nèi)部根據(jù)用戶程序，按邏輯順序，從開始到結(jié)束掃描一次所需的時間。PLC用戶手冊一般給出執(zhí)行指令所用的時間。(4) 指令種類和數(shù)量指令的種類和數(shù)量決定了用戶編制程序的方式和PLC的處理能力和控制能力。(5) 內(nèi)部寄存器的種類的數(shù)量內(nèi)部寄存器主要包括定時器、計數(shù)器、中間繼電器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊寄存器等。它們主要用來完成計時、技術(shù)、中間數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)存儲還有其他一些功能。種類和數(shù)量越多，PLC的功能就越強大。(6) 擴展能力 PLC擴展能力是指PLC是否具有I/O擴展、聯(lián)網(wǎng)等一些功能。(7) 智能模塊的種類的數(shù)量智能模塊是指能完成模擬量控制、遠程控制以及通信等功能的模塊。智能模塊種類和數(shù)量越多說明PLC功能越強大。(8) 編程工具可以使用編程器或者使用專用的編程軟件。一般編程只能使用助記符語言，而用編程軟件則可使用梯形圖和助記符等語言來進行編程。 干擾源及干擾一般分類影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源[5]。干擾類型通常按干擾產(chǎn)生的原因、噪聲干擾模式和噪聲的波形性質(zhì)的不同劃分。其中：按噪聲產(chǎn)生的原因不同，分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等；按噪聲的波形、性質(zhì)不同，分為持續(xù)噪聲、偶發(fā)噪聲等；按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾和差模干擾是一種比較常用的分類方法。 PLC控制系統(tǒng)中電磁干擾的主要來源(1) 來自空間的輻射干干擾空間的輻射電磁場（EMI）主要是由電力網(wǎng)絡、電氣設(shè)備的暫態(tài)過程、雷電、無線電廣播、電視、雷達、高頻感應加熱設(shè)備等產(chǎn)生的，通常稱為輻射干擾，其分布極為復雜。若PLC系統(tǒng)置于所射頻場內(nèi)，就回收到輻射干擾，其影響主要通過兩條路徑：一是直接對PLC內(nèi)部的輻射，由電路感應產(chǎn)生干擾；而是對PLC通信內(nèi)網(wǎng)絡的輻射，由通信線路的感應引入干擾。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。(2) 來自系統(tǒng)外引線的干擾主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在我國工業(yè)現(xiàn)場較嚴重。(3) 來自電源的干擾實踐證明，因電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多，PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓和電路。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，入開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。PLC電源通常采用隔離電源，但其機構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性并不理想。實際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對隔離是不可能的。(4) 來自信號線引入的干擾與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入，此干擾主要有兩種途徑：① 通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視。② 信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動和死機。PLC控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當嚴重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。(5) 來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使PLC系統(tǒng)將無法正常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂對PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A、B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)有會出現(xiàn)感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序丟失或死機。模擬地電位的分布將導致測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。(6) 來自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。這都屬于PLC制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，比較復雜，作為應用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。 PLC控制系統(tǒng)工程應用的抗干擾設(shè)計為了保證系統(tǒng)在工業(yè)電磁環(huán)境中免受或減少內(nèi)外電磁干擾，必須從設(shè)計階段開始便采取三個方面抑制措施：抑制干擾源；切斷或衰減電磁干擾的傳播途徑；提高裝置和系統(tǒng)的抗干擾能力。這三點就是抑制電磁干擾的基本原則[6]。PLC控制系統(tǒng)的抗干擾是一個系統(tǒng)工程，要求制造單位設(shè)計生產(chǎn)出具有較強抗干擾能力的產(chǎn)品，且有賴于使用部門在工程設(shè)計、安裝施工和運行維護中予以全面考慮，并結(jié)合具有情況進行綜合設(shè)計，才能保證系統(tǒng)的電磁兼容性和運行可靠性。進行具體工程的抗干擾設(shè)計時，應主要以下兩個方面。(1) 設(shè)備選型在選擇設(shè)備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性（EMC），尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC系統(tǒng)；其次還應了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標，如共模擬制比、差模擬制比，耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作；另外是靠考查其在類似工作中的應用實績。在選擇國外進口產(chǎn)品要注意：我國是采用220V高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110V低內(nèi)阻電網(wǎng)。由于我國電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高4倍以上，對系統(tǒng)抗干擾性能要求更高，在國外能正常工作的PLC產(chǎn)品在國內(nèi)工業(yè)就不一定能可靠運行，這就要在采用國外產(chǎn)品時，按我國的標準（GB/T13926）合理選擇。(2) 綜合抗干擾設(shè)計主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如果抑制措施。主要內(nèi)容包括：對PLC系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行隔離、濾波，特別是原理動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導電磁干擾；正確設(shè)計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。 主要抗干擾措施(1) 采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾(2) 硬件濾波及軟件抗干擾措施(3) 正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計中應綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，對有些干擾情況還需做具體分析，采取對癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。工業(yè)現(xiàn)場電磁環(huán)境復雜，有時只采用硬件措施不能完全消除干擾的影響，必須用軟件措施加以配合。 西門子S7300可編程控制器簡述SIMATIC S7 系列PLC是德國西門子公司在S5系列PLC基礎(chǔ)上于1995年陸續(xù)推出的性能價格比較高的PLC系統(tǒng)[7]。其中，微型的有SIMATIC S7200系列，最小配置為8DI/6DO，可擴展2～7個模塊，最大I/O點數(shù)為64 DI/DO、12 AI/4 AO；中小型的有SIMATIC S7300系列；中高檔性能的有S7400系列。SIMATIC S7系列PLC都采用了模塊化、無排風扇結(jié)構(gòu)且具有易于用戶掌握等特點，使得S7系列PLC成為各種從小規(guī)模到中等性能要求以及大規(guī)模應用的首選產(chǎn)品。SIMATIC S7300的大量功能能夠支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護，其主要功能如下：(1) 高速的指令處理，～ us的指令處理時間在中等到較低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應用領(lǐng)域。(2) 人機界面(HMI)，方便的人機界面服務已經(jīng)集成在S7300操作系統(tǒng)內(nèi)，因此人機對話的編程要求大大減少。(3) 診斷功能，CPU的智能化的診斷系統(tǒng)可連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常，記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件。(4) 口令保護，多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復制和修改。 SIMATIC S7300系列PLC系統(tǒng)基本構(gòu)成S7300系列PLC與其它可編程控制器一樣，都采用循環(huán)掃描工作方式。S7300系列PLC有CPU312 IFM、CPU31CPU31CPU314 IFM、CPU315/3152DP、CPU3162DP、CPU3182DP等8種不同的中央處理單元可供選擇。它們的主要性能指標如表21所示。CPU3152DP、CPU3162DP、CPU3182DP都具有現(xiàn)場總線擴展功能。CPU以梯形圖LAD、功能塊FBD或語句表STL進行編程。表21 S7300 CPU性能指標CPU 312IFMCPU 313CPU 314CPU 315CPU3152DP存放程序和數(shù)據(jù)的RAM6KB/典型2KB語句12KB/典型4KB語句24KB/典型8KB語句48KB/典型16K語句48KB/典型16K語句每1K二進制語句執(zhí)行時間位存儲器10242048204820482048計數(shù)器3264646464定時器64128128128128數(shù)字量輸入/輸出（主機）144/16128/0512/01024/01024/0模擬量入/輸出（最多）323264128128通信口MPI接口MPI接口MPI接口MPI接口MPI接口實時時鐘——內(nèi)置內(nèi)置內(nèi)置IM361SM321SM332IM360FM351SM331SM332PS307PGOP其他PLCCPU模塊圖22 S7300系統(tǒng)構(gòu)成 SIMATIC S7300的組成 SIMATIC S7300系列PLC是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨模塊之間可進行廣泛組合和擴展。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖22所示。它的主要組成部分有導軌（RACK）、電源模塊（PS）、中央處理單元模塊（CPU）、接口模塊（IM）、信號模塊（SM）、功能模塊（FM）等。它通過MPI網(wǎng)的接口直接與編程器PG、操作員面板OP和其它S7 PLC相連。 S7300的擴展能力S7300是模塊化的組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應用對象的不同，可選用不同型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機架（導軌）或多個機架上。與CPU312 IFM和CPU313配套的模塊只能安裝在一個機架上。除了電源模塊、CPU模塊和接口模塊外，一個機架上最多只能再安裝8個信號模塊或功能模塊。CPU314/315/31