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文檔簡(jiǎn)介
1、安徽大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課 題: 基于S7-200 PLC的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè):自動(dòng)化安徽建筑大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院二O三年六月安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)摘要隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和社會(huì)飛速發(fā)展,熱水器成為人民日常生活息息相關(guān) 的電器產(chǎn)品;。設(shè)計(jì)方法也開(kāi)始多種多樣,從而使全自動(dòng)熱水機(jī)顯得更加智能化。 可編程控制器(PLC)以微處理器為核心,普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣 原理圖編制的梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì),編程容易,功能擴(kuò)展方便,修改靈活而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,抗干擾能力強(qiáng)。矚慫潤(rùn)厲釤瘞睞櫪廡賴。S7-200 系列可編程控制器指令豐富,可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備,有豐 富的特
2、殊擴(kuò)設(shè)備,其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備更是符合全自動(dòng)洗衣機(jī)控制系 統(tǒng)的要求與特點(diǎn)。聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛(ài)氌譴凈。本設(shè)計(jì)選擇 S7-200 為核心部件,著重進(jìn)行硬件接口設(shè)計(jì),利用梯形圖和指令 表進(jìn)行編程,實(shí)現(xiàn)了水的加熱控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。在整個(gè)設(shè)計(jì)程序以及程序結(jié)束的處理操作過(guò)程中,更快捷。總之,整體梯形圖的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練,有很強(qiáng)的可讀性及 操作性。殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。關(guān)鍵字:PLC、繼電接觸器、可編程控制器、自動(dòng)化ModelAlong with the con sta nt progress of scie nee and tech no logy and the social rapid developme
3、 nt,the water heater become Peoples Daily life is closely lin ked釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。Electrical products; . Desig n method are also begi nning to varied, so that the automatic hot watermach ine appear more in tellige nt. Programmable con troller (PLC) in the microprocessor as the core,the widely used electri
4、cal prin ciple diagram based on relay contactor control system establishmentof ladder diagram programmingIanguage,programming easy, convenient function extension and modification flexible and simple structure, strong an ti-jam ming capability.彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。S7-200 series programmable con troller in stru
5、ctio n is rich, can meet various output and in putexpa nsion equipme nt, has a lot of special equipme nt, and the an alog in put equipme nt and communi cati on equipme nt is in accorda nee with the requireme nts and features of fully automatic washing mach ine con trol system.謀養(yǎng)摶篋飆鐸懟類蔣薔。This design
6、choose S7-200 as the core part, emphatically carries on the hardware in terfacedesig n and program ming using ladder diagram and in struct ion list, automate the water heatingcontrol system. Throughout the design process, in the process of the process ing operati ons by theend of the program and mor
7、e quickly .In a word, the whole ladder diagram desig n con cise, has thevery strong readability and operability.廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。Key words: PLC, relay con tactor , PLC, automati on畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)安徽建筑大學(xué)安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1緒論 .煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。2 系統(tǒng)的介紹 .鵝婭盡損鶴慘歷蘢鴛賴。2.1 系統(tǒng)的描述. .籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。2.2 系統(tǒng)的功能.預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。2.3 系統(tǒng)的流程圖. .滲釤嗆儼勻
8、諤鱉調(diào)硯錦。3 硬件設(shè)計(jì).鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。3.1 溫度變送器.擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。3.3PLC 的簡(jiǎn)介.1贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。3.3.1 PLC 主機(jī)的選型 .1(壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。3.3.2PLC 的輸入和輸出模塊的選型 .11蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。3.4 PID. 1買(mǎi)鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。3.4.1 PID 在 PLC 中的回路指令 .14綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。3.4.2 回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法 .15驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。3.4.3 實(shí)數(shù)歸一化處理 .15苗蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。3.4.4 PID 參數(shù)整定. .15鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。3.5 可控硅.1構(gòu)氽頑黌碩飩
9、薺齦話騖。4 軟件設(shè)計(jì).1輒嶧陽(yáng)檉籪癤網(wǎng)儂號(hào)澩。4.1 軟件的設(shè)計(jì) .1堯側(cè)閆繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。4.2 程序的編寫(xiě) .1識(shí)饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。致 謝.2凍鈹鋨勞臘錯(cuò)癇婦脛糴。參考文獻(xiàn).2恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。附錄1 .2鯊腎鑰詘漣鉀溈懼統(tǒng)庫(kù)。附錄 2.2碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。1 夕卜文文獻(xiàn). 2閿擻輳嬪諫遷擇植秘騖。安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11 緒論溫度及濕度的測(cè)量和控制對(duì)人類日常生活、 工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉(cāng)儲(chǔ) 等都起著極其重要的作用。在許多場(chǎng)合,及時(shí)準(zhǔn)確獲得目標(biāo)的溫度、濕度信息是 十分重要的,近年來(lái),溫濕度測(cè)控領(lǐng)域發(fā)展迅速,并且隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,溫 濕度的測(cè)控芯片也相應(yīng)的登上歷史的
10、舞臺(tái),能夠在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各領(lǐng)域中廣泛使用。氬嚕躑竄貿(mào)懇彈濾頷澩。自 70 年代以來(lái),由于工業(yè)過(guò)程控制的需要,特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī) 技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下,國(guó)內(nèi)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速,并在職能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果,在這方面,一 日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞典等國(guó)技術(shù)領(lǐng)先,都產(chǎn)生了一批商品化的、性能優(yōu)異的溫 度控制器及儀器儀表,并在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。其中 PLC 的快速發(fā)展使得各種控制系統(tǒng)更加的簡(jiǎn)潔, 效率更高,而且系統(tǒng)穩(wěn) 定可靠。S7-200 是西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的一種可編程控制器。PLC (Programmable LogicCon
11、troller )可編程邏輯控制器是一種數(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(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序,執(zhí)行邏輯 運(yùn)算,順序控制,定時(shí),計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過(guò)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(guò)程。是工業(yè)控制的核心部分。慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫(huà)長(zhǎng)涼。S7-200 系列在集散自動(dòng)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(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛,覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè),自動(dòng)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。女口:沖壓機(jī)床,磨床,印刷機(jī)械,橡膠化工機(jī)械,
12、中央空調(diào),電梯控制,運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類。溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然十分廣泛,但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度 控制器來(lái)講,總體發(fā)展水平仍然不高,同日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比仍然 有著較大的差距。目前,我國(guó)在這方面總體水平處于 20 實(shí)際 80 年代中后期水平,成熟產(chǎn)品主安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)2要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主,它只能適應(yīng)一般溫度系 統(tǒng)控制,難于控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變溫度系統(tǒng)控制。而適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智 能化、自適應(yīng)控制儀表,國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟。形成商品化并在儀表控制系統(tǒng) 參數(shù)的自整定方面,還沒(méi)開(kāi)發(fā)性能可靠的自整定軟件。 參數(shù)大多靠人工經(jīng)驗(yàn)及我 國(guó)
13、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對(duì)溫度控制系統(tǒng)的要求越來(lái)越高,因此,高精度、智能化、人性化的溫度控制系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外必然發(fā)展趨勢(shì)。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫(kù)。本次設(shè)計(jì)即是利用溫度控制硬件設(shè)備、計(jì)算機(jī)與 PLC 相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱溫 度自行控制的測(cè)量。本裝置主要由電源、S7-200 PLC 模擬量輸入模塊,模擬量輸出模塊,計(jì)算機(jī), 溫度傳感器及變送器,電力調(diào)整器、水箱構(gòu)成。本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)以上各個(gè)部分。本 論文主要完成溫度的采集,溫度的調(diào)節(jié)以及水加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)32 系統(tǒng)的介紹2.1 系統(tǒng)的描述本系統(tǒng)為基于 PLC 的水箱溫度
14、控制系統(tǒng)。開(kāi)始的時(shí)候打開(kāi)入口電磁閥箱水箱中加水, 在水箱中放置一個(gè)浮球用來(lái)測(cè)試 水面的高度。系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí),將水箱中得水溫通過(guò)傳感器傳送給PLC 主機(jī),主機(jī)再通過(guò)控制加熱器來(lái)加熱水箱中的水, 當(dāng)水箱中的水溫達(dá)到設(shè)定值時(shí),就自 動(dòng)減少功率加熱。當(dāng)熱水層中的水量少于一半時(shí),停止加熱,加熱層在自動(dòng)補(bǔ)水, 補(bǔ)滿后繼續(xù)加熱,以此往復(fù)的工作。紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。2.2 系統(tǒng)的功能本系統(tǒng)中所使用的有溫度傳感器用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的數(shù)據(jù)的采集,所采集的 數(shù)據(jù)通過(guò)溫度變數(shù)器傳送給 PLC,中間有個(gè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,我們所使用的溫度傳感 器是 PtIOO,它主要是受溫度的變化是的電阻也發(fā)生變化,根據(jù)這個(gè)原理來(lái)采集 溫度數(shù)據(jù)
15、,因?yàn)橹苯硬杉牟皇菧囟鹊木唧w值,所以要通過(guò)溫度變送器來(lái)轉(zhuǎn)化數(shù) 據(jù),然后通過(guò) PLC 的程序來(lái)調(diào)節(jié)。這個(gè)被采集的數(shù)據(jù)不能直接送到PLC 中,需要一個(gè)輸入模塊,通過(guò)輸入模塊把數(shù)據(jù)送到PLC 中,因?yàn)閷?duì)數(shù)直接加熱而不經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)會(huì)使得誤差較大,所以在這個(gè)系統(tǒng)中用了PID 控制,它可以使得誤差更小,對(duì)水溫的調(diào)節(jié)更加的精確。經(jīng)過(guò) CPU 處理后,輸出的數(shù)據(jù)通過(guò) PLC 的輸出 模塊,來(lái)控制可控硅的偏轉(zhuǎn)角,從而控制加熱器。當(dāng)達(dá)到所要求的水溫時(shí),因?yàn)?水箱會(huì)散熱,安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)4所以加熱器不能停止加熱,而是小功率的在加熱。穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)52.3 系統(tǒng)的框圖安徽
16、建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)63 硬件設(shè)計(jì)3.1 溫度變送器工作原理:溫度變送器采用熱電偶、熱電阻作為測(cè)溫元件,從測(cè)溫元件輸出信號(hào)送到變送器模塊,經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線性校正、v/i 轉(zhuǎn)換、恒流及反向保護(hù)等電路處理后,轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的420mA 電流信號(hào)輸出。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。作用:將物理測(cè)量信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或能夠以通訊 協(xié)議方式輸出的設(shè)備。溫度變送器是將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào) 的儀表,主要用于工業(yè)過(guò)程溫度參數(shù)的測(cè)量和控制。電流變送器是將被測(cè)主回路 交流電流轉(zhuǎn)換成恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),連續(xù)輸送到接收裝置。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。溫度電流變送器是把溫度傳感
17、器的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào),連接到二次儀表上,從而顯示出對(duì)應(yīng)的溫度。比如,溫度傳感器的型號(hào)為PT100,那么溫度電流變送器的作用就是把電阻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào),輸入儀表,顯示溫度。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。性能指標(biāo):* 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):IEC688 : 1992,QB/LF 系列 2007 1輸入范圍: -60C175C精度等級(jí):0.5%.F.S整機(jī)功耗:20 血(DC500V)響應(yīng)時(shí)間:350mS工作環(huán)境: -10C50C,20%90% 無(wú)凝露貯存環(huán)境: -40C100C,20%95% 無(wú)凝露*將被測(cè)環(huán)境溫度隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的單路標(biāo)準(zhǔn)直流電壓或 直流電安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)7流;*低功耗、可靠
18、性高;*優(yōu)良的抗干擾能力;*拔插端子接口、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌(35mm )安裝;* 體積小、外型尺寸(mm) : 95(L)37(W)X32(H);技術(shù)參數(shù):1、熱電偶溫度變送器技術(shù)指標(biāo)輸入輸入類型:K、E、S、B、T、J 等型熱電偶溫度量程范圍:(如下圖)輸入阻抗: 20KQ冷端溫度補(bǔ)償:0100C輸出輸出電流:420mA輸出回路供電:1230VDC最小工作電壓:12VDC負(fù)載電阻與供電電源的關(guān)系:綜合參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)精度:0.2%溫度漂移:基本誤差/10C熱電阻引線補(bǔ)償:0.1% (010Q)負(fù)載變化影響:0.1% (允許負(fù)載范圍內(nèi))安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)8電源變化影響:0.1% ( 1230V)開(kāi)機(jī)
19、響應(yīng)時(shí)間:1S (090% )工作環(huán)境溫度:0+100C防護(hù)等級(jí):IP00/IP54 (傳感器防護(hù)等級(jí)決定)電磁兼容:符合 IEC61000,EN610002、熱電阻溫度變送器技術(shù)指標(biāo)輸入溫度量程范圍: Pt100: -200 850CCu50: -50 150C最小溫度量程: 100C引線電阻: 10Q輸出輸出電流:420mA輸出回路供電: 12 30VDC最小工作電壓: 12VDC負(fù)載電阻與供電電源的關(guān)系:負(fù)載電阻(包括引線電阻)=供電電源(V) -12 (V) /0.02A綜合參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)精度:0.2% (參見(jiàn)選型表)注:需要高精度可訂制溫度漂移:基本誤差/10C熱電阻引線補(bǔ)償:0.1% (
20、010Q)負(fù)載變化影響: 0.1% (允許負(fù)載范圍內(nèi))電源變化影響: 0.1% (12 30V)安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)9開(kāi)機(jī)響應(yīng)時(shí)間: 1S (0 90% )工作環(huán)境溫度: 0 +100C防護(hù)等級(jí):IP00/IP54 (傳感器防護(hù)等級(jí)決定)電磁兼容:符合 IEC61000,EN610003.2 PT100溫度傳感器溫度傳感器種類繁多,但最符合要求的 PT100 溫度傳感器.PT100 是鉑熱電 阻,它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。PT 后的 100 即表示它在 0C時(shí)阻值為 100 歐姆,在 100 C 時(shí)它的阻值約為 138.5 歐姆。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。經(jīng)過(guò)仔細(xì)的網(wǎng)上搜尋,我覺(jué)得合
21、肥中亞傳感器有限公司的產(chǎn)品性能較好.以下 是對(duì)它的一些簡(jiǎn)單的介紹:它的工作原理:當(dāng) PT100 在 0 攝氏度的時(shí)候他的阻值為 100 歐姆,它的阻 值會(huì)隨著溫度上升而成近似勻速的增長(zhǎng)。但他們之間的關(guān)系并不是簡(jiǎn)單的正比的關(guān)系,而更應(yīng)該趨近于一條拋物線。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊(cè)庫(kù)。鉑電阻的阻值隨溫度的變化而變化的計(jì)算公式:裊樣祕(mì)廬廂顫諺鍘羋藺。-200t0CRt=R01+At+Bt*t+C(t-100)t*t*t(1)0t850CRt=R0(1+At+Bt2)(2)Rt 為 tC時(shí)的電阻值,R0 為 0C時(shí)的阻值。公式中的 A,B,系數(shù)為實(shí)驗(yàn)測(cè)定。這 里給出標(biāo)準(zhǔn)的DIN IEC751 系數(shù):A=3.9
22、083E-3、B=-5.775E-7、C=-4.183E-12倉(cāng)嫗盤(pán)紲囑瓏 詁鍬齊驚。根據(jù)韋達(dá)公式求得阻值大于等于 100 歐姆的 Rt -t 的換算公式:0t850Ct=(sqrt(A*R0)A2-4*B*R0*(R0-Rt)-A*R0)/2/B/R0綻萬(wàn)璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。PT100 溫度感測(cè)器是一種以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測(cè)器,屬于正電阻 系數(shù),其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下:R=Ro(1+aT)其中a=0.00392,Ro 為安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)10100Q(在 0C的電阻值),T 為攝氏溫度br因此白金作成的電阻式溫度檢測(cè)器,又稱為 PT10Q驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。1:V
23、o=2.55mAX100(1+0.00392T)=0.255+T/1000。2:量測(cè) Vo 時(shí),不可分出任何電流,否則測(cè)量值會(huì)不準(zhǔn)。電路分析由于一般電 源供應(yīng)較多零件之后,電源是帶雜訊的,因此我們使用齊納二極體作為穩(wěn)壓零件, 由于7.2V 齊納二極體的作用,使得 1K 電阻和 5K 可變電阻之電壓和為 6.5V,靠 51 可變電阻的調(diào)整可決定電晶體的射(集極)極電流,而我們須將集極電流調(diào)為 2.55mA,使得量測(cè)電壓 V 如箭頭所示為 0.255+T/1000。其后的非反向放大器,輸 入電阻幾乎無(wú)限大,同時(shí)又放大 10 倍,使得運(yùn)算放大器輸出為 2.55+T/100。6V 齊納二極體的作用如
24、7.2V 齊納二極體的作用,我們利用它調(diào)出 2.55V,因此電壓 追隨器的輸出電壓 V1 亦為 2.55V。其后差動(dòng)放大器之輸出為Vo=10(V2-V1)=10(2.55+T/100-2.55)=T/10,如果現(xiàn)在室溫為 25C,則輸出電壓為 2.5V。瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。600400 300 200100PT100 鉑電阻 RT 曲線圖表0-100/100200300 Kpt ( Q )安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11溫度(度)阻值(歐姆)010010103.920107.7930111.6740115.5450119.460123.2470127.0780130.8990134.7100
25、138.5PtIOO 分度表3.3PLC 的簡(jiǎn)介PLC 是 一種專門(mén)在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。 它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、 計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各 種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系 統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。鎦詩(shī)涇艷損樓紲鯗餳類。PLC= Programmable Logic Controller ,可編程邏輯控制器,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(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器, 用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程
26、序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制,定時(shí),計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向 用戶的指令,并通過(guò)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(guò)程。是工業(yè)控制的核心部分。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。3.3.1 PLC 主機(jī)的選型S7-200 系列在集散自動(dòng)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(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛,覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè),自動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)。轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。CPU 單元設(shè)計(jì):集成的 24V 負(fù)載電源:可直接連接到
27、傳感器和變送器(執(zhí)行器),CPU224, 輸出280,可用作負(fù)載電源。峴揚(yáng)爛滾澗輻灄興渙藺。CPU 224 具有 14 個(gè)輸入點(diǎn)和 10 個(gè)輸出點(diǎn)。安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)12本次選用的 PLC 的 CPU 是 CPU 224IM IL* HO 0 1 0 2 A307 10 1 1 | | +詰L+ OC|D4両0 & 07 12 13 UIU_ L*b*0000000000000000003.3.2 PLC 的輸入和輸出模塊的選型PLC 有多種輸出和輸入模塊,本系統(tǒng)中的輸入信號(hào)是溫度信號(hào),所以選擇 EM231作為它的輸入模塊,總共有四個(gè)模擬量輸入。EM232 作為它的輸出模塊, 有兩個(gè)
28、模擬量輸出。詩(shī)叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。熱電偶選型:熱電阻選用 PtIOO,其溫度測(cè)量范圍為 0C100C,測(cè)量精度 為 0.1攝氏度。水箱中的溫度一般在:20riooc,不超過(guò) iooc,控制恒溫水 供很多恒溫裝置實(shí)用。則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。EM231 的模塊設(shè)定如下:SW1/SW2/SW3/=010 (熱電偶選型為 T 型熱電偶)。SW4=0 (OFF)狀態(tài)。SW5=0 正向斷線檢查。SW6=0 斷線檢查使能,模塊向輸入端加入 20uA 的 檢測(cè)電流,判斷模塊是否斷線。SW7=0 溫度單位選為C)。SW8=0 冷端補(bǔ)償使能。亠11 1 i1 i 1JLi士T1TrCPU 224XP DC/DC
29、DC(6ES7 214-2AD23-0XB0)00000000000000000024 VDC Power24 DC SensorPowerS7-200Cpu22安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)13型號(hào)名稱主要參數(shù)DC5V 消耗功耗安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)14EM231模擬量輸入4 點(diǎn),DCO10V/020mA 輸入,12 位20mA2W2 點(diǎn),熱電阻輸入,16 位87 mA1.8W4 點(diǎn),熱電偶輸入,16 位87 mA1.8W型號(hào)名稱主要參數(shù)DC5V 消耗功耗EM232模擬量輸出2 點(diǎn),-10V+10V/020mA,12 位20mA2W3.4 PID模擬量閉環(huán)控制較好的方法之一是 PID 控
30、制,PID 在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有60 多年,現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。人們?cè)趹?yīng)用的過(guò)程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn),PID的研究已經(jīng)到達(dá)一個(gè)比較高的程度。脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。比例控制(P)是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。其特點(diǎn)是具有快速反應(yīng),控制及時(shí),但不能消除余差。鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。在積分控制(I)中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。積分控制可以消除余差,但具有滯后特點(diǎn),不能快速對(duì)誤差進(jìn)行有效的控制。稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。在微分控制(D)中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。微分控制具有超前作用,它能猜測(cè)誤差變化的趨勢(shì)。避免較
31、大的誤 差出現(xiàn),微分控制不能消除余差。陽(yáng)簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。PID 控制,P、I、D 各有自己的長(zhǎng)處和缺點(diǎn),它們一起使用的時(shí)候又和互相 制約,但只有合理地選取 PID 值,就可以獲得較高的控制質(zhì)量。溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)15*ID控制環(huán)節(jié)u嚴(yán)控對(duì)更_平耳-反饋環(huán)節(jié)-帶PID控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖圖 3.1 閉環(huán)控制系統(tǒng)安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)16如圖 3.1 所示,PID 控制器可調(diào)節(jié)回路輸出,使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。偏差e和輸入量 r、輸出量 c 的關(guān)系:e(t)二r(t) -c(t)控制器的輸出為:1u(t) =Kpe(t)秒 e(t)dt Td瞥 Todtu
32、(t)-PID回路輸出Kp- 比例系數(shù) PT- 積分系數(shù) ITd- 微分系數(shù) DPID 調(diào)節(jié)的傳輸函數(shù)為后,計(jì)算機(jī)輸出值。其離散化的規(guī)律。表 3.1模擬與離散形式模擬形式離散化形式e(t) =r(t)-c(t)e(n) = r(n) c( n)de(t) dTe(n) e(n 1)Ttfe(t)dt0nnE e(i)T =T 送 e(i)i=0i =0所以 PID 輸出經(jīng)過(guò)離散化后,它的輸出方程為T(mén)nTdu(n)=Kpe(n)匚、e(i) e(n)-e(n -1)Ti =0I= Up(n) Ui(n) Ud(n) u。式中,Up(n)二 Kpe(n)(3-1)(3-2)D(s)二U(s)E(s
33、)1= Kp1TdSIiS(3-3)數(shù)字計(jì)算機(jī)處理這個(gè)函數(shù)關(guān)系式,必須將連續(xù)函數(shù)離散化,對(duì)偏差周期采樣(3-4)稱為比例項(xiàng)安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)17Ui( n)=Kpe(i)稱為積分項(xiàng)Ti i_oUd(n)二心半門(mén))e(n 一 1) 稱為微分項(xiàng)上式中,積分項(xiàng)是包括第一個(gè)采樣周期到當(dāng)前采樣周期的所有誤差的累積 值。計(jì)算中,沒(méi)有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng),只需要保留積分項(xiàng)前值, 計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。故可利用PLC 中的 PID 指令實(shí)現(xiàn)位置式 PID控制算法量。鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。3.4.1PID 在 PLC 中的回路指令西門(mén)子 S7-200 系列 PLC 中使用的 PID
34、回路指令,見(jiàn)表 3.2表 3.2 PID 回路指令名稱PID 運(yùn)算指令格式PID指令表格式PID TBL,LOOP梯形圖!PID ENOLOOP使用方法:當(dāng) EN 端口執(zhí)行條件存在時(shí)候,就可進(jìn)行 PID 運(yùn)算。指令的兩個(gè)操作數(shù) TBL 和 LOOP TBL 是回路表的起始地址,本文采用的是 VB10Q 因?yàn)橐粋€(gè)PID 回路占用了 32 個(gè)字節(jié),所以 VD400 到 VD432 都被占用了。LOOP回路號(hào),可以是 07,不可以重復(fù)使用。PID 回路在 PLC 中的地址分配情況如表 3.3 所示懨俠劑鈍觸樂(lè)鷴燼觶騮。表 3.3PID 指令回路表偏移地址名稱數(shù)據(jù)類型說(shuō)明0過(guò)程變量(PVr)實(shí)數(shù)必須在
35、 0.01.0 之間4給定值(SPr)實(shí)數(shù)必須在 0.01.0 之間8輸出值(Mr)實(shí)數(shù)必須在 0.01.0 之間安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1812增益(Kc)實(shí)數(shù)比例常數(shù),可正可負(fù)16采樣時(shí)間(Ts)實(shí)數(shù)單位為 S,必須是正數(shù)20采樣時(shí)間(Ti)實(shí)數(shù)單位為 min,必須是正數(shù)24微分時(shí)間(Td)實(shí)數(shù)單位為 min,必須是正數(shù)28積分項(xiàng)前值(MX實(shí)數(shù)必須在 0.01.0 之間32過(guò)程變量前值(PVn-1)實(shí)數(shù)必須在 0.01.0 之間3.4.2 回路輸入輸出變量的數(shù)值轉(zhuǎn)換方法本文中,設(shè)定的溫度是給定值 SP,需要控制的變量是水箱的溫度。但它不 完全是過(guò)程變量 PV 過(guò)程變量 PV 和 PID
36、 回路輸出有關(guān)。在本文中,經(jīng)過(guò)測(cè)量的 溫度信號(hào)被轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)溫度值才是過(guò)程變量,所以,這兩個(gè)數(shù)不在同一個(gè)數(shù)量值,需要他們作比較,那就必須先作一下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。傳感器輸入的電流信號(hào)經(jīng) 過(guò) EM231轉(zhuǎn)換后,是一個(gè)整數(shù)值,但 PID 指令執(zhí)行的數(shù)據(jù)必須是實(shí)數(shù)型, 所以需 要把整數(shù)轉(zhuǎn)化成實(shí)數(shù)。使用指令 DTR 就可以了。如本設(shè)計(jì)中,是從 AIWO 讀入溫 度被傳感器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。謾飽兗爭(zhēng)詣繚鮐癩別濾。3.4.3 實(shí)數(shù)歸一化處理因?yàn)?PID 中除了采樣時(shí)間和 PID 的三個(gè)參數(shù)外,其他幾個(gè)參數(shù)都要求輸入或 輸出值0.01.0 之間,所以,在執(zhí)行 PID 指令之前,必須把 PV 和 SP 的值作歸一 化
37、處理。使它們的值都在 0.01.0 之間。單極性的歸一化的公式:?jiǎn)J鉉們歟謙鴣餃競(jìng) 蕩賺。Rnoum=(Rraw/32000)3.4.4 PID 參數(shù)整定PID 參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) P、積分時(shí)間 Ti 和和微分時(shí)間 Td,改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性,使系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要 求。一般可以通過(guò)理論計(jì)算來(lái)確定,但誤差太大。目前,應(yīng)用最多的還是工程整 定法:如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法。瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減。經(jīng)驗(yàn)法又叫現(xiàn)場(chǎng)湊試法,它不需要進(jìn)行事先的計(jì)算和實(shí)驗(yàn),而是根據(jù)運(yùn)行經(jīng) 驗(yàn),利用一組經(jīng)驗(yàn)參數(shù),根據(jù)反應(yīng)曲線的效果不斷地改變參數(shù), 對(duì)于溫度控制系 統(tǒng),
38、工程上已經(jīng)有大量的經(jīng)驗(yàn)。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。3.5 可控硅安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)19可控硅,是可控硅整流元件的簡(jiǎn)稱,是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,亦稱為晶閘管。具有體積小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)等特點(diǎn), 是比較常用的半導(dǎo)體器件之一。該器件被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備和電子產(chǎn)品 中,多用來(lái)作可控整流、逆變、變頻、調(diào)壓、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)等。家用電器中的調(diào)光 燈、調(diào)速風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)、照相機(jī)、組合音響、聲光電 路、定時(shí)控制器玩具裝置、無(wú)線電遙控、攝像機(jī)及工業(yè)控制等都大量使用了可 控硅器件。納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟??煽毓栌址Q晶閘管(Silicon Controlle
39、d Rectifier,SCR )。自從 20 世紀(jì) 50 年代 問(wèn)世以來(lái)已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)大的家族,它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、 光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶 閘管、快速晶閘管,等等。風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾 廟。可控硅滅曖駭諗鋅獵輛覯餿藹。可控硅整流器件是一種非常重要的功率器件,可用來(lái)做高電壓和高電流的控制。可控硅器件主要用在開(kāi)關(guān)方面,使器件從關(guān)閉或是阻斷的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開(kāi)啟或 是導(dǎo)通的狀態(tài),反之亦然。可控硅器件與雙極型晶體管有密切的關(guān)系,二者的傳 導(dǎo)過(guò)程皆牽涉到電子和空穴,但可控硅的開(kāi)關(guān)機(jī)制和雙極晶體管是不同的, 且因 為器件結(jié)構(gòu)不同,可控硅器件有較寬廣范圍的電流、電壓控制能力。現(xiàn)今的
40、可控硅器件的額定電流可以從幾毫安到 5000A 以上,額定電壓可以超過(guò) 10000V。下 面將討論基本可控硅器件的工作原理,然后給出一些高功率和高頻率的可控硅器 件。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。本設(shè)計(jì)所使用是 12 16A 的可控硅,可控硅的電流留有一倍的流量這樣使用 起來(lái)比較安全,型號(hào):BTA12G, 最大電流 12A, 擊穿電壓 600 V ;攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。4 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件的設(shè)計(jì)首先計(jì)算溫度值,因?yàn)闇囟鹊淖兓菑?0c100C,而模塊中的是640032000 ,所以設(shè)輸入的溫度是 X,則轉(zhuǎn)化的溫度是 Y,計(jì)算公式是:趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。X-6400 Y -032000-6400
41、 一 100 - 0安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)20根據(jù)這個(gè)公式可以得出溫度的具體值設(shè)定:水箱內(nèi)溫度VD400入口電磁閥Q0 .0出口電磁閥Q0 . 1啟動(dòng)變頻器Q0 .2報(bào)警器Q0 .3控制加熱量大小AQW0設(shè)定溫度VD404溫度輸入AIW0安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)214.2 程序的編寫(xiě)SJO.I111 1Ne-tw-ork:2ZMO. 0Nt twerk 3入口電出閥;敢Q-()出口屯卑閥:QU. 1)啟動(dòng)變頸9k承丿Y)將采集到的水箱內(nèi)的溫度和設(shè)定的溫度進(jìn)行對(duì)比, 要是大于這個(gè)溫度 值,報(bào)警器就動(dòng)作.MO. 00)安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)22|丁卜主程序,將采集到的溫度通過(guò)程序運(yùn)
42、算抓換得出真實(shí)的溫度值。Xt-rork 主程序,將采集的溫度通過(guò)PID程序調(diào)節(jié)加熱器加熱量的大小子程序,把輸出的控制量放到AQW0入匚電童理:Q0. 0子程序,復(fù)位入口電磁閥01打5cale_r_!a_E.1AI1PPOdtput仏-1 Isl100 0 2 0-Dzl413MQ.0I IFilM.INIT1 1AIT3- T :.-FV_IZ EtSo i ht KhMm 檔大小!安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)23子程序,把設(shè)定的溫度放到VD 4 0 4中。安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)24EF血J?z 祁迪:LDIV1O7T MOilLLDIDIIXZSVE_DILDlB=Isl_Di LD3
43、C-Z:DI_REXO-*IJh_DI LDS6-TKCOD1V_KOEh:LM-TOCO町尋5LDEZaSKe*DD_REM3onflil.LDiOIK1*03h:LM-DCvOsh:LM -IKcnTiirp_D LD1G-Fl3CLJ1X1Z1: TIX-= lEb_DI :LD2&-IEI.DI安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)25-#1:L&-ilEl_BIrlD3D-*7SEE P_D: Lfil E-扌出:LD6-耳子程序,將輸入的溫度值進(jìn)行轉(zhuǎn)化安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)26本課題的研究是在我的導(dǎo)師李老師的悉心指導(dǎo)下完成的,趙老師學(xué)識(shí)淵博、 治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、工作一絲不茍,更有誨人不倦的
44、師者風(fēng)范,在此謹(jǐn)向趙老師致以 誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意!夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。此外,衷心感謝本組的其他成員,若是沒(méi)有他們,也就不會(huì)有這篇論文的產(chǎn) 生。畢業(yè)在即,衷心感謝指導(dǎo)過(guò)我的各位老師,特別是畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師趙為 松老師。大學(xué)生涯是人生中的一筆寶貴財(cái)富;感謝 09級(jí)自動(dòng)化欒慶磊老師,四 年的大學(xué)生活對(duì)我們關(guān)懷備至;感謝相伴度過(guò)四年的舍友、感謝同窗四年的同學(xué)、 感謝幫助關(guān)心過(guò)我的學(xué)長(zhǎng),感謝默默關(guān)心我支持我的朋友們,祝大家在今后的生 活中幸??鞓?lè)!視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。最后感謝含辛茹苦撫養(yǎng)我的父母,感謝他們多年來(lái)的支持與付出!安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)27參考文獻(xiàn)1 SIMATIC S7-20
45、0可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.2 Frank.D.Petruzella.PLC教程(第三版)M.北京:人民郵電出版社,2007.偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。3西門(mén)子(中國(guó))有限公司.深入淺出西門(mén)子 S7-200PLC(第三版)M. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.4陳建明.電氣控制與 PLC 應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,2009.5鄭鳳翼,金沙.圖解西門(mén)子 S7-200 系列 PLC 應(yīng)用 88 例J.北京:電子工 業(yè)出版社,2009.6袁任光.可編程序控制器選用手冊(cè)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.7戴仙金.西門(mén)子S7-200系列PLC應(yīng)用與開(kāi)發(fā)M.中國(guó)水
46、利水電出版 社,2007.8柳梁.編程控制器(PLC 入門(mén) PLC 及其硬件組成J.計(jì)算機(jī)時(shí)代,1996(5) .9毛聯(lián)杰.S7-300 系列 PLC 與組態(tài)軟件 Wince 實(shí)現(xiàn)通信的方法J.國(guó)內(nèi)外 機(jī)電一體化技術(shù),2006( 4).10曲還波.有效擴(kuò)展可編程控制器I/O 的實(shí)用方法J.設(shè)備管理與維修,2007.11焦海生.可編程程序控制器梯形圖的順序控制設(shè)計(jì)J.內(nèi)蒙古電大學(xué)刊,2006( 6).12趙玉英.可編程控制器在電器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.河南科技學(xué)院學(xué)報(bào),2006( 3).13張侖.可編程序控制器中 PID 控制的研究J.電子電氣教學(xué)學(xué)報(bào),200514謝克明,夏路易.可編程控制器原理
47、與程序設(shè)計(jì)M.北京:電子工業(yè)出 版社,2002.安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)28附錄1安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)29TP117電吒僅譽(yù) BlLiH JTV(r9 fILVir=1Jil* 沖Ih*idE丿t1ba!a45l ZIT-Maz-4MJUE II安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)30JLJLE UM詢I斛艇虬WIri3KU艸叭TP* 1itt;3安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)31附錄 21 外文文獻(xiàn)在現(xiàn)代制造業(yè)中,系統(tǒng)是用過(guò)程和結(jié)果的革新來(lái)描述的, 并且因此不得不改 變系統(tǒng)性能以快速做出反應(yīng)。因此,一個(gè)大的挑戰(zhàn)是提供技術(shù)以限制自動(dòng)控制系 統(tǒng)對(duì)變化需要和新機(jī)會(huì)的反應(yīng),所以,設(shè)計(jì)和操作知識(shí)可以
48、實(shí)時(shí)的被再次利用, 在工業(yè)實(shí)踐中提供了一個(gè)重要的競(jìng)爭(zhēng)面。緦徑銚膾齲轎級(jí)鏜撟廟。研究表明,在自動(dòng)化系統(tǒng)中,程序?qū)崿F(xiàn)的方法已經(jīng)與計(jì)算機(jī)資源應(yīng)用的急速 增長(zhǎng)不能匹配。例如,可編程邏輯控制器(PLC )程序仍然依靠一種方便的有 邏輯梯形圖的程序?qū)崿F(xiàn)模式。結(jié)果,程序上的延遲和資源成了生產(chǎn)工業(yè)過(guò)程的主 要絆腳石。在可編程邏輯控制器程序設(shè)計(jì)過(guò)程中,測(cè)試和調(diào)試可能會(huì)占用超過(guò)百 分之五十的人力。 在發(fā)展和傳播“STATEOFTHEART”已經(jīng)形 成標(biāo)準(zhǔn)IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1993;IEC 61499, 1998; ISO 15745-1, 1999,但是,基本上這些標(biāo)準(zhǔn)都
49、不能參與有效的程序和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面知識(shí)的革 新。騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。系統(tǒng)的方法通過(guò)使用原有的軟件模塊, 有助于增加設(shè)計(jì)自動(dòng)化的水平,同時(shí) 也將提供一種可管理的大規(guī)模系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。同樣的,它也將改善軟件的質(zhì)量 的可靠性,以及關(guān)系到系統(tǒng)的較高安全標(biāo)準(zhǔn),尤其是這些對(duì)環(huán)境有危害影響的, 比如:機(jī)場(chǎng)控制、公共鐵路運(yùn)輸。癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮。軟件工業(yè)被認(rèn)為是系統(tǒng)性能的破壞者和系統(tǒng)復(fù)雜性的產(chǎn)生者。逐漸下降的硬件價(jià)格,破壞了對(duì)通過(guò)優(yōu)化程序獲得的軟件性能的需要。其結(jié)果是,一方面造成了大量而低效率的程序代碼,另一方面并沒(méi)有獲得高的硬件性能。 其次,軟件變 得難以掌握其程度的復(fù)雜;在現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中,軟件設(shè)計(jì)和保
50、持系統(tǒng)本質(zhì)幾乎 變得不可能。尤其是,可編程邏輯控制器(PLC )程序設(shè)計(jì)從二十五年前的兩 條主線,發(fā)展到現(xiàn)在的成千上萬(wàn)條。現(xiàn)在安全性增加了,例如,關(guān)于防火的新措 施,以及現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)的柔韌性增加了程序設(shè)計(jì)過(guò)程的復(fù)雜性。因此,軟件的使用周期花費(fèi)是總共花費(fèi)的一個(gè)固定不變的增長(zhǎng)部分。百分之八十到九十的花費(fèi) 用于軟件維護(hù)、調(diào)試、優(yōu)化(改進(jìn))、和擴(kuò)展以滿足不斷變換的需求。鏃鋝過(guò)潤(rùn)啟婭澗駱讕濾。目前,大部分設(shè)計(jì)研究的主要焦點(diǎn)都集中在機(jī)械和電子產(chǎn)品上。這種有目的性的研究產(chǎn)生了一個(gè)副產(chǎn)品,就是通過(guò)推廣這中研究到系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域,從而加固了我們對(duì)設(shè)計(jì)理論和技巧的基本理解。針對(duì)大規(guī)模和復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理 論并
51、沒(méi)有安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)32成熟。尤其是,對(duì)如何簡(jiǎn)化一個(gè)繁冗而復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)這一問(wèn)題,仍然沒(méi)有被科學(xué)的處理。而且,正在設(shè)計(jì)理論和代表計(jì)算機(jī)科學(xué)及運(yùn)籌學(xué)研究的認(rèn)識(shí) 論結(jié)果之間構(gòu)建一條橋梁,這樣的具體應(yīng)該是邏輯硬件電路設(shè)計(jì)。榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。從邏輯學(xué)的角度來(lái)看,可編程邏輯控制器(PLC)的軟件設(shè)計(jì)類似與集成電 路的硬件設(shè)計(jì)?,F(xiàn)代超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)( Very Large Scale邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。Integration-VLSI )是及其復(fù)雜的,一個(gè)集成電路一般有幾百萬(wàn)個(gè)晶體管,而且 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期大都三年左右。設(shè)計(jì)過(guò)程一般都分成局部功能塊設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩 個(gè)階段。在局部功能塊設(shè)
52、計(jì)階段,單個(gè)功能將被設(shè)計(jì)出來(lái),并予以驗(yàn)證。在系統(tǒng) 設(shè)計(jì)階段,所有功能塊都將被整合起來(lái),整個(gè)系統(tǒng)行為特性和功能將會(huì)通過(guò)仿真 形式加以測(cè)試。一般來(lái)說(shuō),所有部分都完全的驗(yàn)證是不可能的。因此,統(tǒng)計(jì)學(xué)可 以作為可編程邏輯控制器(PLC)設(shè)計(jì)的一個(gè)例子,并有可能影響邏輯硬件設(shè)計(jì)。嶁硤貪塒廩袞憫倉(cāng)華糲。2、SIEMENS 可編程序控制器SIMATIC S7-300 系列 PLC 適用于各行各業(yè)、各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控 制的自動(dòng)化,其強(qiáng)大功能使其無(wú)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 H 功能。該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠。該產(chǎn)品具有光電隔離, 高電磁兼容; 具有很高的工業(yè)適用性, 允許的環(huán)境溫 度達(dá)
53、60C;具有很強(qiáng)的抗干擾、抗振動(dòng)與抗沖擊性能,因此在嚴(yán)酷的工作環(huán)境 中得到了廣泛的應(yīng)用。劇妝諢貰攖蘋(píng)塒呂侖廟。自由通訊口方式也是 S7-300 型 PLC 的一個(gè)很有特色的功能,它使 S7-300 型 PLC可以與任何通訊協(xié)議公開(kāi)的其它設(shè)備、控制器進(jìn)行通訊,即S7- 300 型PLC 可以由用戶自己定義通訊協(xié)議(例 ASCII 協(xié)議),波特率為 1。5Mbit/s (可 調(diào)整)。因此使可通訊的范圍大大增加,使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。任何 具有串行接口的外設(shè),例如:打印機(jī)或條形碼閱讀器、變頻器、調(diào)制解調(diào)器(Modem)、上位 PC 機(jī)等都可連接使用。用戶可通過(guò)編程來(lái)編制通訊協(xié)議、交 換數(shù)據(jù)(
54、例如:ASCII 碼字符),具有 RS232 接口的設(shè)備也可用 PC/PPI 電纜連 接起來(lái)進(jìn)行自由通訊方式通訊。臠龍訛驄椏業(yè)變墊羅蘄。當(dāng)上位機(jī)脫機(jī)時(shí),在下位機(jī)控制下,整個(gè)系統(tǒng)能正常運(yùn)行。上位機(jī)即圖文控制中心,主要由 PC 機(jī)和激光打印機(jī)組成,采用 SIMATIC WINCC 軟件平臺(tái),采用全中文操作界面,人機(jī)對(duì)話友好。管理人員和操作者, 可以通過(guò)觀察 PC 機(jī)所顯示的各種信息來(lái)了解當(dāng)前和以往整個(gè)冰蓄冷自控系統(tǒng)的 運(yùn)行情況和所有參數(shù),并且通過(guò)鼠標(biāo)進(jìn)行設(shè)備管理和執(zhí)行打印任務(wù)。WINCC 軟件在自動(dòng)化領(lǐng)域中可用于所有的操作員控制和監(jiān)控任務(wù)。可將過(guò)程控制中發(fā)生的事件清楚地顯示出來(lái),可顯示當(dāng)前狀態(tài)并按
55、順序記錄,所記錄的數(shù)據(jù)可以全部顯 示或選擇簡(jiǎn)要形式顯示,可連續(xù)或按要求編輯,并可輸出打印報(bào)表和趨勢(shì)圖。鰻順褸悅漚縫輾屜鴨騫。WINCC 能夠在控制過(guò)程中危急情況的初發(fā)階段進(jìn)行報(bào)告,發(fā)出的信號(hào)既可以在屏幕上顯示出來(lái),也可以用聲音表現(xiàn)出來(lái)。它支持用在線幫助和操作指南來(lái) 消除故障。某一 WINCC 工作站可專門(mén)用于過(guò)程控制以使那些重要的過(guò)程信息 不被屏蔽。軟件輔助操安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)33作策略保證過(guò)程不被非法訪問(wèn),并提供用于工業(yè)環(huán)境中的無(wú)錯(cuò)操作。穡釓虛綹滟鰻絲懷紆濼。WINCC 是 MICRSOFT WINDOWS98 或 WINDOWS NT4。0 操作系統(tǒng)下, 在 PC機(jī)上運(yùn)行的面向?qū)?/p>
56、象的一流 32 位應(yīng)用軟件,通過(guò) OLE 和 ODBC 視窗標(biāo) 準(zhǔn)機(jī)制,作為理想的通訊伙伴進(jìn)入 WINDOWS 世界,因此 WINCC 可容易地結(jié) 合到全公司的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。隸誆熒鑒獫綱鴣攣駘賽。3、通信通信對(duì)于個(gè)人自動(dòng)單元是很重要的。 在過(guò)去的幾年里,我們聽(tīng)到許多關(guān)于生 產(chǎn)自動(dòng)化協(xié)議的事情,并且許多公司已經(jīng)加入大有成功希望的事業(yè)。然而,當(dāng)一個(gè)完整的生產(chǎn)自動(dòng)化協(xié)議說(shuō)明書(shū)沒(méi)有及時(shí)出現(xiàn)時(shí)許多公司都很失望。LarryKotare 說(shuō):”現(xiàn)在,生產(chǎn)自動(dòng)化協(xié)議仍然是生產(chǎn)中一個(gè)發(fā)展的對(duì)象,一個(gè)說(shuō)明書(shū) 并不是最終的結(jié)果。例如,雖然當(dāng)新的生產(chǎn)自動(dòng)化協(xié)議MAP3.0 版本使用之時(shí)以 MAP2.1 版本為基礎(chǔ)的
57、產(chǎn)品將會(huì)被汰,但是現(xiàn)在人們?nèi)匀粚a(chǎn)品用于 MAP2.1 版?!睕牙D膩叢著駕驃構(gòu)碭湊。由于這些原因,許多 PLC 廠家緊盯著 MAP 的最新結(jié)果。如歐姆龍公司正 在進(jìn)行一個(gè)有關(guān)MAP 兼容性的項(xiàng)目。但是歐姆龍生產(chǎn)部門(mén)總經(jīng)理FrankNewborn 說(shuō)由于缺少一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn),歐姆龍的產(chǎn)品并不涉及到MAP。鈀燭罰櫝箋礱颼畢韞糲。由于工業(yè) PLC 無(wú)論何時(shí)不可能廣泛的涉及到 MAP,生產(chǎn)廠家正在考慮專用 網(wǎng)絡(luò)。根據(jù) Sal Probanzano 說(shuō)法,用戶擔(dān)心如果他們廣泛的應(yīng)用生產(chǎn)廠家將會(huì)收 回 MAP,這樣將會(huì)留下一個(gè)不支持通信的交流框架。愜執(zhí)緝蘿紳頎陽(yáng)灣愴鍵。1、PLC design criter
58、iaIn moder n manu facturi ng, systems are characterized by product and process innovati on, become customer-drive n and thus have to resp ond quickly to cha nging systemrequireme nts. A major challe nge is therefore to provide en abli ng tech no logies that canecono mically rec on figure automatio n
59、 con trol systems in resp onse to cha nging n eedsand new opport un ities. Desig n and operatio nal kno wledge can be reused in real-time,therefore, giving a sig nifica nt competitive edge in in dustrial practice.貞廈給 鏌綞牽鎮(zhèn)獵鎦龐。Studies have show n that program ming methodologies in automati on systems
60、havenot bee n able to match rapid in crease in use of computi ng resources. For in sta nee, theprogram ming of PLCs still relies on a conven ti onal program ming style with ladder logic安徽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)34diagrams. As a result, the delays and resources in program ming are a major stumblingstone for the
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