基于西門子s7-200plc溫度控制系統的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 系列產品。這需要用戶去選擇最適合自己要求的產品。正確選擇產品中，首要的是選定機型。 A. 根據系統類型選擇機型 從選機型的角度看，控制系統可以分成單體控制小系統、慢過程大系統和快速控制大系統。這些系統在 PLC 的選型上是有區別的。 單體控制的小系統：這種系統一般使用一臺可編程序控制器就能 完成控制要求，控制對象常常是一臺設備或多臺設備中的一個功能。如對原有系統的改造、完善或改進原有設備的某方面功能等等。這種系統對可編程序控制器間的通信問題要求不高，甚至沒有要求。但有時功能要求全面，容量要求變化大，有些還要與原設備系統的其它機器連接。對這類系統的機型選擇要注意三種情況。 一是設備集中，設備的功率較小，如機床。這時需選用局部式結構，低電壓高密度輸入輸出模板。 二是設備分散，設備的功率較大，如料場設備。這時需選用離散式結構，高電壓低密度輸入輸出模板。 三是有專門要求的設備，如飛剪。這時輸入輸出容量 不是關鍵參數，更重要的是控制速度功能，選用高速計數功能模板。 慢過程大系統：對運行速度要求不高但設備間有連鎖關系，設備距離遠，控制動作多，如大型料場、高爐、碼頭、大型車站信號控制；也有的設備本身對運 13 行速度要求高，但是部分子系統要求并不高，如大型熱連續軋鋼廠、冷連續軋鋼廠中的輔助生產機組和供油系統、供風系統等。對這一類型對象，一般不選用大型機，因為它編程、調試都不方便，一旦發生故障，影響面也大。一般都采用多臺中小機型和低速網相連接。由于現代生產的控制器多為插件式模板結構，它的價格是隨輸入輸出板數和智能模板數的 多少決定的。同一種機型輸入輸出點數少，則價格便宜，反之則貴。所以一般使用網絡相連后就不必要選大型機。這樣選用每一臺中小型可編程序控制器控制一臺單體設備，功能簡化，程序好編，調試容易，運行中一旦發生故障影響面小，且容易查找。例如東北建筑設計院和東北大學為鞍山市小型砌塊廠和鞍鋼礦碴廠設計的砌塊自動生產線就是采取這種結構進行控制的。其中成型機、升板機、降板機、排塊機、碼垛機、大車、小車每個部分都是采用了一臺小型 PLC 控制。在這個系統中每個生產設備都由一臺可編程序控制器完成控制任務，然后用網絡把整個系統管理起來。這 種結構，所用控制器的臺數雖然多些，但程序編寫省時，調試方便，故障影響面小。從總體上看是合理的，可滿足系統要求，價格也便宜。 快速控制大系統：隨著可編程序控制器在工業領域應用的不斷擴大，在中小型的快速系統中，可編程序控制器不僅僅完成邏輯控制和主令控制，它已逐步進入了設備控制級，如高速線材，中低速熱連軋等速度控制系統。在這樣的系統中即使選用輸入輸出容量大、運行速度快、計算功能強的一臺大型可編程序控制器也難以滿足控制要求。如用多臺可編程序控制器，則有互相間信息交換與系統響應要求快的矛盾。采用可靠的高速網能滿足系統 信息快速交換的要求。高速網一般價格都很貴，適用于有大量信息交換的系統。 對信息交換速度要求高，但交換的信息又不太多的系統，也可以采用可編程序控制器的輸出端口與另一臺可編程序控制器的輸入端口硬件互聯，通過輸出輸入直接傳送信息，這樣傳送速度快而且可靠。當然傳送的信息不能太多，否則輸入輸出點占用太多。 B. 根據控制對象選擇機型： 對控制對象要求進行估計，對確定機型十分重要。根據控制對象要求的輸入/輸出點數的多少，可以估計出 PLC 的規模。根據控制對象的特殊要求，可以估計出 PLC 的性能。根據控制對象的操作規 則可以估計出控制程序所占內存的容 14 量。有了這些初步估計，會使得機型選擇的可行性更大了。為了對控制對象進行粗估，首先要了解下列問題。 對輸入 /輸出點數的估計：為了正確地估計輸入 /輸出點數，需要了解下面問題 ： ，按參數等級分類統計。 ，按輸出功率要求及其它參數分類統計。 /輸入，按點數進行粗估。 對 PLC 性能要求的估計：為了正確地估計 PLC 性能要求，需要了解下面問題 : ，如高速計數器等。 ？ 應速度有何要求。 在此基礎上選擇控制器時尚需注意兩個問題。其一是 PLC 可帶 I/O 點數。有的手冊或產品目錄單上給出的最大輸入點數或最大輸出點數，常意味著只插輸入模塊或只插輸出模塊的容量，即實際給出的是輸入輸出容量之和，有時也稱為掃描容量，需格外注意。其二是 PLC 通訊距離和速度。手冊上給出的覆蓋距離，有時叫最大距離，包括遠程 I/O 板在內達到的距離。但遠程 I/O 板的 I/O 反應速度大大下降，一般為 波特率。 對所需內存容量的估計：用戶程序所需內存與下列因素有關。 。 入輸出點數的估計。 。 。 程序中的各條指令最后都是以機器語言的形式存放在內存中。控制系統中輸入輸出點數和存放該系統用戶機器語言與所占用的內存數字之比稱為內存利用率 。 內存利用率與編程水平有關。內存利用率的提高會使同樣程序減少內存容量，從而降低內存投資、縮短周期時間、從而提高系統的響應時間。 從上面內容的綜合可以選擇出合適的機型。 當然，最后還要校驗一下所用電源的容量。在校驗電源容量時，要注意 PLC系統所需電流一定要在電源限定電流之內。如果滿足不了這個條件，解 決的辦法只能有三個。其一是更換電源。其二是調整 I/0 模塊。其三是更換 PLC 系統。 15 在機型選定之后就要確定接口設備。 PLC 的接口設備的選擇如何，對控制系統的功能至關重要。 (2) 選擇接口設備 目前 PLC 的產品很多，在選擇機型和接口設備時要注意選擇質量好，控制可靠的產品。這里所說的接口設備包含兩類。一類是 PLC 自身的 I/O 模塊、功能模塊，一類是和接口模塊相連的外部設備。對于 PLC 自身的模塊的選擇主要注意兩個問題。 一是和 PLC 能否很好塊對接。這一點請注意模塊的型 號、規格要配套。最好類型、型號一致。這樣才能使對 接的方便、可靠、 穩定。 二是這些模塊能和外部設備對接。這就考慮到模塊和外部設備要匹配，要性能匹配、速度匹配、電平匹配。不僅要注意它們穩態特性，也要注意它們的動態特性。 在系統的硬件選定之后，主要的問題是程序設計。為了能夠便于程序設計，便于日常維護，合理地分配輸入 /輸出點、恰當地對輸入 /輸出點進行命名、完整地編制輸入輸出變量表是必要的。 (3) 分配輸入輸出點 機型選好之后，系統設計人員需慎重考慮輸入輸出定義問題。所謂輸入輸出定義是指整體輸入輸出點的分布和每個輸入輸出點的名稱定義，它們會給程序編制、系統調試和文本打印等帶來很多方便。 可編程控制器 1969 年， 在美國出現第一臺可編程序邏輯控制器（ Programmable Logic Controller－ PLC）以來，經過 30 多年的發展，現在已經成為一種最重要、高可靠性、應用場合最多的工業控制微型計算機。它應用大規模集成電路、微型機技術和通信技術的發展成果，逐步形成具有多種優點和微型、小型、中型、大型、超大 型等各種規格的 PLC 系列產品，應用于從繼電器控制系統到監控計算機之間的許多過程控制領域。可編程序控制器已和數控技術及工業機器人并列為工業自動化的三大支柱。 初期的 PLC 只是用于邏輯控制場合，代替繼電器控制系統。隨著微電子技術 16 的發展， PLC 以微處理器為核心，適用于開關量、模擬量和數字量的控制，它已進入過程控制和位置控制等場合的控制領域。目前，可編程序控制器既保留了原來可編程序邏輯控制器的所有優點，又吸收和發展了其他控制裝置的優點，包括計算機控制系統、過程儀表控制系統、集散系統、分散系統等。在許多場合，可編程序 控制器可以構成各種綜合控制系統，列如構成邏輯控制系統、過程控制系統、數據采集和控制系統、圖形工作站等等。 可編程控制器的特點 （ 1） 可靠性高。 可 靠性是用戶選用的首位依據，因此，每個 PLC 生產廠都將可靠性作為第一指標而加以研制，以單片機為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使 PLC 的平均無故障時間達到 30 萬小時以上，使用壽命更長。 （ 2） 控制功能強。 PLC 具有邏輯判斷 、計數、定時、步進、跳轉、移位、記憶、四則運算和數據傳送等功能， 可以實現順序控制、邏輯控制、位置控制和過程控制等。 （ 3） 編程 方便，易于使用。 PLC 采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術人員和電工的歡迎，容易推廣應用。 PLC 可取代原繼電器控制系統，有利于對老設備的技術改造。 （ 4）使用于惡劣的工業環境，抗干擾能力強。 （ 5）具有各種接口，與外部設備連接非常方便。 （ 6）采用積木式結構或模塊式結構，具有較大的靈活性和可擴展性，擴展靈活方便。 （ 7）維修方便。 PLC 上有 I/O 指示燈（ LED），哪個 I/O 元件有故障，一目了然。 （ 8）可根據生產工藝要求或運行情況，隨時對程序進行在線修改，不用更改硬接線，靈 活性大，適應性強。 可編程控制器的工作原理 17 圖 7 PLC 是一種微機控制系統，其工作原理也與微機相同，但在應用時，可不必用計算機的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時器、計數器、移位器等組成的裝置， 從而把 PLC 等效成輸入、輸出和內部控制電路 。 西門子 S7200PLC 功能介紹 S7200 系列 PLC 是 SIEMENS 公司新推出的一種小型 PLC。它以緊湊的結構、良好的擴展性、強大的指令功能、低廉的價格，已經成為當代各種小型控制工程的理想控制器。 S7200 PLC 包含了一個單獨的 S7200 CPU 和各種可選擇的擴展模塊，可以十分方便地組成不同規模的控制器。其控制規模可以從幾點上到幾百點。 S7200 PLC 可以方便地組成 PLCPLC 網絡和微機 PLC 網絡，從而完成規模更大的工程。 S7200的編程軟件 STEP7Micro/WIN32可以方便地在 Windows環境下對 PLC編程、調試、監控，使得 PLC 的編程更加方便、快捷。可以說， S7200 可以完美地滿足各種小規模控制系統的要求。 S7200 有四種 CPU，其性能差異很大。這些性能直接影響到 PLC 的控制規模和 PLC 系統的配置。 S7200 的技術指標 目前 S7200 系列 PLC 主要有 CPU22 CPU22 CPU224 和 CPU226 四種。檔次最低的是 CPU221，其數字量輸入點數有 6 點，數字量輸出點數有 4 點，是控制規模最小的PLC。檔次最高的應屬 CPU226，CPU226 集成了 24 點輸入／ 16點輸出，共有 40 個數字量 I/O。可連接７個擴展模塊，最大擴展至 248 點數字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O。 S7200 系列 PLC 四種 CPU 的外部結構大體相同，見圖 7。狀態指示燈 LED 顯示 CPU 所處的工作狀態指示。 18 存儲卡 接口可以插 入存儲卡。通訊接口可以連接 RS485 總線的通訊電纜。 頂部端子蓋下邊為輸出端子和 PLC 供電電源端子。輸出端子的運行狀態可以由頂部端子蓋下方一排指示燈顯示， ON 狀態對應的指示燈亮。底部端子蓋下邊為輸入端子和傳感器電源端子。 輸入端子的運行狀態可以由底部端子蓋上方一排指示燈顯示， ON 狀態對應的指示燈亮。 前蓋下面有運行、停止開關和接口摸塊插座。將開關撥向停止位置時，可編程序控制器處于停止狀態，此時可以對其編寫程序。將開關撥向運行位置時，可編程序控制器處于運行狀態，此時不能對其編寫程序。將開關撥向監控狀 態，可以運行程序，同時還可以監視程序運行的狀態。接口插座用于連接擴展模塊實現I/O 擴展 。 CPU224 的技術指標 CPU224 本機集成了 14 點輸入／ 10 點輸出，共有 24 個數字量 I/O。它可連接 7 擴展模塊，最大擴展至 168 點數字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。 CPU224有 13K字節程序和數據存貯空間， 6個獨立的 30KHｚ高速計數器， 2路獨立的 20KHｚ高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 CPU224 配有 1 個 RS485 通訊／編程口，具有 PPI 通訊、 MPI 通訊和自由方式通訊能力，是具有較強控制能力的 小型控制器。 (1)CPU224 的技術指標 外形尺寸： *80*62mm 存儲器： 程序存儲器 4096 字 用戶數據存儲器 2560 字 存儲器類型 EEPROM 存儲卡 EEPROM 數據后備（超級電容） 190 小時 編程語言 LAD， FBD 和 STL 程序組織 一個組織塊（可以包含子程序和中斷程序） 系統 I/O： 本機 I/O 14 入／ 10 出 擴展模塊數量 7 個模塊 19 數字量 I/O 映像區 256（ 128 入／ 128 出） 數字量 I/O 物理區 168（ 94／ 74） 模擬量 I/O 映像區 32 入／ 32 出 模擬量 I/O 物理區 35（ 28／ 7）或 14 出 附加功能：