基于西門子s7-200plc溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

1 ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本本 科科 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文 基于西門子 S7 200PLC 溫度控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì) The design of TemperatureControl System Based on Simon S7 200PLC 系 院 名稱 電子信息與電氣工程系 專業(yè)班級(jí) 05 自動(dòng)化 2 班 學(xué)生姓名 逯旭昌 指導(dǎo)教師姓名 董昭 指導(dǎo)教師職稱 講師 2 2009 年 5 月 目錄目錄 第一章第一章 緒論緒論 1 1 1 課題的意義及應(yīng)用背景 1 1 2 硫化的相關(guān)要求 1 1 5 本章小結(jié) 2 第二章第二章 硫化機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)硫化機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 2 1 系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)思想 3 2 2 PID 控制方案簡(jiǎn)介 3 2 3 PID 參數(shù)的整定 4 2 4 PID 參數(shù)仿真 6 2 4 1 MATLAB 軟件簡(jiǎn)介 6 2 5 測(cè)溫元件及溫度檢測(cè)技術(shù) 9 2 5 1 溫度變送器的選擇 9 2 6 本章小結(jié) 10 第三章第三章 硫化機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)硫化機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) 11 3 1 硫化機(jī)控制系統(tǒng)的組成 11 3 1 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 11 3 1 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 12 3 2 可編程控制器 15 3 3 可編程控制器的特點(diǎn) 16 3 4 可編程控制器的工作原理 16 3 5 西門子 S7 200PLC 功能介紹 17 3 5 1 S7 200 的技術(shù)指標(biāo) 17 3 5 2 CPU224 的技術(shù)指標(biāo) 18 3 5 3 模擬量輸入模塊 EM231 20 3 5 4 模擬量輸出模塊 EM232 20 3 6 硅調(diào)壓模塊 21 3 7 測(cè)溫元件及溫度檢測(cè)技術(shù) 22 3 7 1 溫度變送器的選擇 23 3 8 硬件電路圖設(shè)計(jì) 23 3 9 本章小結(jié) 24 第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 25 3 4 1 軟件設(shè)計(jì)思想 25 4 2 S7 200 的程序結(jié)構(gòu) 25 4 3 S7 200 的編程 26 4 4 梯形圖的基本繪制規(guī)則 27 4 5 硫化機(jī)系統(tǒng)的 I O 分配表 28 4 6 硫化機(jī) PID 溫度控制系統(tǒng)的邏輯圖 28 4 7 可編程控制器的軟件 30 4 8 PLC 程序 32 4 9 本章小結(jié) 35 結(jié)結(jié) 論論 36 致致 謝謝 37 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) 38 4 基于西門子基于西門子 S7 200PLCS7 200PLC 的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 05 自動(dòng)化 2 班 學(xué)生姓名 逯旭昌 指導(dǎo)教師 董昭 職稱 講師 摘要 摘要 在橡膠工業(yè)中 硫化工藝是最后一個(gè)工藝過(guò)程 也是最為關(guān)鍵的一個(gè) 環(huán)節(jié) 作為橡膠硫化主要設(shè)備的平板硫化機(jī)必須具備控制硫化條件 硫化溫度 硫化時(shí)間和硫化壓力 的能力 其控制精度將直接影響橡膠硫化制品的質(zhì)量好 壞 而硫化溫度的控制精度是其中最為重要的 硫化溫度控制精度越高 則越 容易得到質(zhì)量更好 性能更穩(wěn)定的產(chǎn)品 但在實(shí)際生產(chǎn)中 普遍存在溫度控制 系統(tǒng)精度不高 達(dá)不到硫化國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的溫度 因此實(shí)現(xiàn)高精度的平板硫化機(jī)溫 度控制以提高橡膠制品質(zhì)量對(duì)橡膠工業(yè)生產(chǎn)具有重大意義 本文在分析國(guó)內(nèi)外平板硫化機(jī)溫度控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上 針對(duì)平板硫化對(duì)象 的可變性和強(qiáng)干擾等特點(diǎn) 提出了以西門子 S7 200PLC 為中心 在溫度控制中 應(yīng)用 PID 控制技術(shù) 從而有效提高溫度控制精度滿足不同產(chǎn)品對(duì)硫化溫度的要 求 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 溫度控制 平板硫化機(jī) 硫化溫度 西門子 S7 200PLC PID 控制 5 The design of TemperatureControl System Based on Simon S7 200PLC Abstract In the rubber industry the vulcanization is the last process is also one of the most critical As the main machine of the vulcanization the flat vulcanization machine must have the capability to control the vulcanization condition including temperature time and pressure The ability to control the accuracy of will directly affect the quality of rubber products quality However the control precision of temperature is the most important of them However in actual production the prevalence of precision temperature control system is not high amounting to less than the national standard curing temperature Therefore the realization of flat panel high precision temperature control the vulcanization to improve the quality of rubber products rubber industrial production is of great significance Based on the analysis of domestic and international flat panel vulcanize temperature control system based on the object for the flat panel sulfide interference variability and the characteristics of a Siemens S7 200PLC as the central temperature control in the application of PID control technology so as to effectively improve the accuracy of temperature control products to meet different requirements of the curing temperature Key words Temperature control plate curing temperature vulcanize Siemens S7 200PLC PID control 6 引 言 在橡膠工業(yè)中 硫化工藝是最后一個(gè)工藝過(guò)程 也是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié) 作為橡膠硫化主要設(shè)備的平板硫化機(jī)必須具備控制硫化條件 硫化溫度 硫化 時(shí)間 大額能力 其控制的精度直接影響橡膠硫化制品質(zhì)量的好壞 而硫化溫 度的控制的控制精度是最為重要的 硫化溫度控制精度越高 則越容易得到質(zhì) 量更好 性能更加穩(wěn)定的產(chǎn)品 但在實(shí)際生產(chǎn)中 普遍存在溫度控制系統(tǒng)精度 不高 達(dá)不到硫化國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題 因此實(shí)現(xiàn)高精度的平板硫化機(jī)溫度控制 以 提高橡膠制品質(zhì)量對(duì)橡膠工業(yè)生產(chǎn)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義 平板硫化機(jī)是橡膠中的主要設(shè)備其必須具備控制硫化條件的能力 也即對(duì) 硫化溫度 硫化時(shí)間和硫化壓力進(jìn)行合理控制 其控制的直接影響著橡膠硫化 制品的質(zhì)量好壞 控制精度越高 則越容易得到質(zhì)量更好的 性能更穩(wěn)定的產(chǎn) 品 這在特種橡膠生產(chǎn)上更為重要 另一方面 平板硫化機(jī)的加熱分方式的好 壞 自動(dòng)化程度的高低也是直接關(guān)系到橡膠制品質(zhì)量的重要因素 這往往也是 橡膠制品生產(chǎn)廠家選擇平板硫化機(jī)的重要指標(biāo) 硫化過(guò)程是橡膠大分子鏈發(fā)生 反應(yīng)的過(guò)程 在工業(yè)生產(chǎn)中 這種交聯(lián)反應(yīng)是在一定溫度 時(shí)間和壓力的條件 下完成的 這寫條件被稱為硫化條件 由于這三個(gè)條件對(duì)橡膠制品的硫化質(zhì)量 起著決定性的作用 因此通常又稱之為 硫化三要素 如何制定硫化條件 特 別是橡膠的硫化溫度是硫化工藝中的重要技術(shù)內(nèi)容 1 第一章 緒論 1 1 課題的意義及應(yīng)用背景 在橡膠工業(yè)中 硫化工藝是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié) 如何對(duì)硫化溫度進(jìn)行控 制以提高產(chǎn)品的質(zhì)量 是硫化工藝中必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題 硫化是橡膠制品生 產(chǎn)的最后一個(gè)工藝過(guò)程 在這個(gè)過(guò)程中 橡膠發(fā)生了一系列化學(xué)變化 使塑性 狀態(tài)橡膠轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥曰蚴怯操|(zhì)狀態(tài)的橡膠制品 從而獲得完善的物理機(jī)械性能 和化學(xué)性質(zhì) 成為有用的高分子材料 作為橡膠硫化主要設(shè)備的平板硫化機(jī)必須具備控制硫化條件的能力 也即 對(duì)硫化溫度 硫化時(shí)間和硫化壓力進(jìn)行合理控制 其控制的直接影響著橡膠硫 化制品的質(zhì)量好壞 控制精度越高 則越容易得到質(zhì)量更好的 性能更穩(wěn)定的 產(chǎn)品 這在特種橡膠生產(chǎn)上更為重要 另一方面 平板硫化機(jī)的加熱分方式的 好壞 自動(dòng)化程度的高低也是直接關(guān)系到橡膠制品質(zhì)量的重要因素 這往往也 是橡膠制品生產(chǎn)廠家選擇平板硫化機(jī)的重要指標(biāo) 硫化過(guò)程是橡膠大分子鏈發(fā) 生反應(yīng)的過(guò)程 在工業(yè)生產(chǎn)中 這種交聯(lián)反應(yīng)是在一定溫度 時(shí)間和壓力的條 件下完成的 這寫條件被稱為硫化條件 由于這三個(gè)條件對(duì)橡膠制品的硫化質(zhì) 量起著決定性的作用 因此通常又稱之為 硫化三要素 如何制定硫化條件 以及在生產(chǎn)中的實(shí)施硫化條件都是硫化條件硫化工藝中的重要技術(shù)內(nèi)容 1 2 硫化的相關(guān)要求 在橡膠工業(yè)中 硫化工藝是最后一個(gè)工藝過(guò)程 也是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié) 作為橡膠硫化主要設(shè)備的平板硫化機(jī)必須具備控制硫化條件 硫化溫度 硫化 時(shí)間 大額能力 其控制的精度直接影響橡膠硫化制品質(zhì)量的好壞 而硫化溫 度的控制的控制精度是最為重要的 硫化溫度控制精度越高 則越容易得到質(zhì) 量更好 性能更加穩(wěn)定的產(chǎn)品 但在實(shí)際生產(chǎn)中 普遍存在溫度控制系統(tǒng)精度 不高 達(dá)不到硫化國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題 因此實(shí)現(xiàn)高精度的平板硫化機(jī)溫度控制 以 提高橡膠制品質(zhì)量對(duì)橡膠工業(yè)生產(chǎn)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義 硫化的相關(guān)要求主要有硫化機(jī)的工藝流程和橡膠硫化的工藝要求 這兩個(gè) 2 要求也是本設(shè)計(jì)主要要實(shí)現(xiàn)的 硫化機(jī)的工藝流程是 硫化硫化機(jī)升溫到設(shè)定 溫度 橡膠磨具放入硫化機(jī) 橡膠磨具加熱 硫化時(shí)間到汽缸運(yùn)動(dòng)時(shí)出 加熱區(qū) 橡膠硫化的工藝要求是 當(dāng)加熱區(qū)內(nèi)溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí) 如 150 度 放入磨具 采用基于 PLC 的 PID 控制 使加熱平板的溫度達(dá)到升溫 保 溫的要求 加內(nèi)容 1 5 本章小結(jié) 本章主要介紹了硫化工藝 以及溫度控制對(duì)硫化產(chǎn)品的影響 和本次設(shè)計(jì) 的主要要求 3 第二章第二章 硫化機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)硫化機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 1 系統(tǒng)基本設(shè)計(jì)思想 PID 控制是自動(dòng)控制中產(chǎn)生最早的一種控制方法 在實(shí)際控制工程中的應(yīng) 用最廣 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 在工業(yè)過(guò)程控制和航空航天控制等領(lǐng)域 應(yīng)用 PID 控 制占 80 以上 本系統(tǒng)是以西門子 S7 200PLC 為主要控制原件 利用其內(nèi)部的 PID 指令進(jìn)行模擬量溫度控制 此控制思路不盡設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)易 而且還省去了 買 PID 模塊的成本 本課題的設(shè)計(jì)是基于 PLC 的溫度控制系統(tǒng) 基于以上情況 本設(shè)計(jì)以對(duì) PID 控制 模擬和數(shù)字 理論深入研究的基礎(chǔ)上 設(shè)計(jì)基于 PLC 的 PID 溫度控制器 首先整定 PID 控制器控制參數(shù)咬比例 積分 微分系數(shù) 的初值 然后根據(jù)控制要求選擇合適的溫度傳感器 選擇 PLC 的具體型號(hào)以及 設(shè)計(jì) I O 接口的分配 本系統(tǒng)以晶閘管調(diào)壓模塊接 PLC 的輸出信號(hào)用來(lái)控制加 熱棒的加熱功率 從而達(dá)到實(shí)時(shí)控制 本課題研究有利于稱補(bǔ)老舊硫化溫度控 制精度不高的缺點(diǎn) 推動(dòng) PLC 控制系統(tǒng)在硫化機(jī)上的廣泛應(yīng)用具有一定意義 2 2 PID 控制方案簡(jiǎn)介 在工程實(shí)際中 應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例 積分 微分控 制 簡(jiǎn)稱 PID 控制 又稱 PID 調(diào)節(jié) PID 控制器問(wèn)世至今已有近 70 年歷史 它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 穩(wěn)定性好 工作可靠 調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要 技術(shù)之一 當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握 或得不到精確的數(shù)學(xué)模 型時(shí) 控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí) 系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠 經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定 這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便 即當(dāng)我們不完 全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象 或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí) 最適合用 PID 控制技術(shù) PID 控制 實(shí)際中也有 PI 和 PD 控制 PID 控制 器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差 利用比例 積分 微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的 1 比例 P 控制 4 比例控制是一種最簡(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 當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差 Steady state error 2 積分 I 控制 在積分控制中 控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系 對(duì)一 個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng) 如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差 則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有 穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng) System with Steady state Error 為了 消除穩(wěn)態(tài)誤差 在控制器中必須引入 積分項(xiàng) 積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí) 間的積分 隨著時(shí)間的增加 積分項(xiàng)會(huì)增大 這樣 即便誤差很小 積分項(xiàng) 也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大 它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減 小 直到等于零 因此 比例 積分 PI 控制器 可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后 無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差 3 微分 D 控制 在微分控制中 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 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失 穩(wěn) 其原因是由于存在有較大慣性組件 環(huán)節(jié) 或有滯后 delay 組件 具 有抑制誤差的作用 其變化總是落后于誤差的變化 解決的辦法是使抑制誤 差的作用的變化 超前 即在誤差接近零時(shí) 抑制誤差的作用就應(yīng)該是零 這就是說(shuō) 在控制器中僅引入 比例 項(xiàng)往往是不夠的 比例項(xiàng)的作用僅 是放大誤差的幅值 而目前需要增加的是 微分項(xiàng) 它能預(yù)測(cè)誤差變化 的趨勢(shì) 這樣 具有比例 微分的控制器 就能夠提前使抑制誤差的控制作 用等于零 甚至為負(fù)值 從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào) 所以對(duì)有較大慣性 或滯后的被控對(duì)象 比例 微分 PD 控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài) 特性 2 3 PID 參數(shù)的整定 在常規(guī)控制系統(tǒng)中 PID 控制是迄今為止算法比較簡(jiǎn)單 功能比較完善 效果比較好的一種控制算法 其一般形式為 neKneKneKnU DIp 5 式中n 采樣序號(hào) u n 第n次采樣時(shí)刻的控制器輸出 e n 第n 次采樣時(shí)刻輸入的偏差 e n 第n 次采樣時(shí)刻輸入的偏差與第n 1次采樣時(shí)刻輸入的偏差之差 KP 比例增益 KI 積分系數(shù) 11 TTKK P KD 微分系數(shù) TTKKPD T 采樣周期 TI TD分別為積分時(shí)間常數(shù)和微分時(shí)間常數(shù) 典型的數(shù)字 PID 控制系統(tǒng)如圖 1 所示 圖中SP t 是給定值PV t 為反饋量 C t 為輸出值 PID 控制器的輸入輸出關(guān)系可表示為 nnnnMDMIMPM 其中 KC Ki KD 為 PID 比例 積分 微分系數(shù) 圖 1 并分別用反應(yīng)曲線法求出對(duì)象在各溫區(qū)的近似數(shù)學(xué)模型為 1 TS K Gi 反應(yīng)曲線如圖 2 所示 Ki Ti A 可按表 1 經(jīng)驗(yàn)公式求得各溫區(qū)的調(diào)節(jié)器最佳 PI D 參數(shù)值 表 1 PID 參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式表 控制方式比例度 積分時(shí)間 STI 微分時(shí)間STD P TAK iI 100 6 PI 1 1 TAK iI 1003 3 i A PID 0 85 TAK iI 1002 i A0 5 i A 圖 2 反應(yīng)曲線圖 求的加熱系統(tǒng)的特征參數(shù)為 K 1 T 5 采用階躍相應(yīng)法 根據(jù)柯恩 庫(kù)恩整定公式 初步測(cè)得參數(shù)為 KP 2 Ti 10 Td 2 KP 3 Ti 5 Td 1 2 4 PID 參數(shù)仿真 2 4 1 MATLAB 軟件簡(jiǎn)介 MATLAB 自 1984 年推向市場(chǎng)以來(lái) 歷經(jīng)十多年的發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng) 現(xiàn)已成為國(guó)際 認(rèn)可的最優(yōu)化的科技應(yīng)用軟件 與其他高級(jí)語(yǔ)言相比 MATLAB 提供了一個(gè)人機(jī) 交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境 可以大大節(jié)省編程時(shí)間 MATLAB 語(yǔ)法規(guī)則簡(jiǎn)單 容易掌 握 調(diào)試方便 具有高效 簡(jiǎn)單和直觀的特性 使用者只需輸入一條命令而不 用編制大量的程序即可解決許多數(shù)字問(wèn)題 正是由于 MATLAB 的強(qiáng)大功能 受到國(guó) 7 內(nèi)外專家學(xué)者的歡迎和重視 他已成為許多大學(xué)生的重要工具 在這次仿真中我們主要用到 MATLAB 軟件中的 SIMULINK 交互式仿真集成環(huán) 境對(duì)傳遞函數(shù)和整定后的 PID 參數(shù)進(jìn)行仿真 1 當(dāng) KP 2 Ti 10 Td 2 圖 3 PID 控制方框圖 圖 4 仿真波形圖 2 當(dāng) Td 2 KP 3 Ti 5 Td 1 8 圖 5 PID 控制方框圖 圖 6 仿真波形圖 從上述兩幅圖圖可以看出系統(tǒng)都有一定的超調(diào) 但是當(dāng) KP 2 Ti 10 Td 2 經(jīng)過(guò)短暫調(diào)節(jié)后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)且沒(méi)有誤差 而當(dāng) Td 2 KP 3 Ti 5 Td 1 時(shí)波動(dòng)較大而且在達(dá)到穩(wěn)態(tài)后仍然存在誤差 所以選用 KP 2 Ti 10 Td 2 這組參數(shù) 9 2 5 測(cè)溫元件及溫度檢測(cè)技術(shù) 目前 常用的溫度傳感器種類很多 熱電偶傳感器 熱敏電阻傳感器 熱 電阻傳感器和半導(dǎo)集成溫度傳感器 但是在微機(jī)溫度控制系統(tǒng)中使用的傳感器 必須是能將非電量轉(zhuǎn)變成電量的傳感器 因此使用的就是熱電阻傳感器 本系統(tǒng) 要求的測(cè)溫范圍為 0 200 因此選用熱電阻 在此選用 PT100 熱電阻 需要 強(qiáng)調(diào)的是基于熱平衡原理 在本設(shè)計(jì)中采用接觸式測(cè)溫 測(cè)溫敏感元件必須與 介質(zhì)接觸 使兩者處于同一熱平衡狀態(tài) 2 5 1 溫度變送器的選擇 Pt100 傳感器測(cè)量溫度的隔離變送器 型號(hào)為 RS3100 在工業(yè)上主要用于 測(cè)量 200 500 的溫度 該產(chǎn)品 Pt100 傳感器由用戶自己配備 變送器內(nèi)有線 性化和長(zhǎng)線補(bǔ)償功能 出廠時(shí)按照 Pt100 國(guó)標(biāo)分度表校正 完全達(dá)到 0 2 級(jí)精 度要求 輸入 輸出和輔助電源之間是完全隔離 三隔離 可以承受 2500VDC 的隔離耐壓 產(chǎn)品采用 DIN35 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝方式 體積小 精度高 性能穩(wěn) 定 性價(jià)比高 可以廣泛應(yīng)用在石油 化工 電力 儀器儀表和工業(yè)控制等行 業(yè) 主要特性 1 輸入 Pt100 20 400 范圍可選擇 2 輸出信號(hào) 4 20mA 0 5V 3 精度等級(jí) 0 2 級(jí) FSR 4 內(nèi)含線性化和長(zhǎng)線補(bǔ)償功能 5 隔離耐壓 2500VDC 0 5mA 60S 6 DIN35 導(dǎo)軌安裝 7 精度高 性能穩(wěn)定可靠 技術(shù)參數(shù) 序號(hào)參數(shù)名稱測(cè)試條件 Min Typ Max 單位備注 1 輸入類型鉑電阻 100 0 2 精度等級(jí) FSR 0 2 級(jí) 3 輔助電源 12 15 24 V 10 4 電源范圍 10 5 靜態(tài)電流 24VDC 16 20mA 6 存儲(chǔ)溫度 20 80 2 6 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和 PID 參數(shù)的整定以及對(duì)其模擬仿真和比 較 11 第三章第三章 硫化機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)硫化機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) 3 1 硫化機(jī)控制系統(tǒng)的組成 硫化機(jī)控制系統(tǒng)主要由基于 PLC 的溫度 PID 控制部分 測(cè)量電路部分 輸 出調(diào)壓電路部分和供電電源部分組成 3 1 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的要求 以提高生產(chǎn)效率和 產(chǎn)品質(zhì)量 在可編程序控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該把這個(gè)問(wèn)題放到首位 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循以下原則 1 滿足要求 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求 是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的首要前提 這也 是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則 這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào) 查研究 收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料 收集控制過(guò)程中有效的控制經(jīng)驗(yàn) 收集與本控 制系統(tǒng)有關(guān)的先進(jìn)的國(guó)內(nèi) 國(guó)外資料 進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 同時(shí)要注意要和現(xiàn)場(chǎng)的 工程管理人員 工程技術(shù)人員 現(xiàn)場(chǎng)工程操作人員緊密配合 擬定控制方案 共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題 2 安全可靠 控制系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行中能否達(dá)到安全 可靠 穩(wěn)定 是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要 原則 這就要求設(shè)計(jì)要考慮控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全 可靠 穩(wěn)定運(yùn)行 為了能 達(dá)到這一點(diǎn) 要求在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上 器件選擇上 軟件編程上要全面考慮 比如 說(shuō) 在硬件和軟件的設(shè)計(jì)上應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下能正確運(yùn)行 而且在一些非正常情況下 如突然掉電再上電 按鈕按錯(cuò) 也能正常工作 程 序能接受并且只能接受合法操作 對(duì)非法操作程序能予以拒絕等等 3 經(jīng)濟(jì)實(shí)用 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要原則 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn) 品的質(zhì)量 提高產(chǎn)品的數(shù)量 從而為工程帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 但 是 新工程的投入 技術(shù)的培訓(xùn) 設(shè)備的維護(hù)也會(huì)導(dǎo)致工程的投入和運(yùn)行資金 12 的增加 在滿足控制要求的前提下 一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益 另 一方面也要注意不斷地降低工程的成本 這就要求 不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單 經(jīng)濟(jì) 而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)即方便又低成本 4 適應(yīng)發(fā)展 社會(huì)在不斷地前進(jìn) 科學(xué)在不斷地發(fā)展 控制系統(tǒng)的要求也一定會(huì)不斷地 在提高 不斷地在完善 因此 在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到今后的發(fā)展 完 善 這就要求在選擇 PLC 機(jī)型和輸入 輸出模塊要能適應(yīng)發(fā)展的需要 要適當(dāng)留 有余量 3 1 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1 選擇機(jī)型 目前 可編程序控制器產(chǎn)品種類繁多 同一個(gè)公司生產(chǎn)出的 PLC 也常常推 出系列產(chǎn)品 這需要用戶去選擇最適合自己要求的產(chǎn)品 正確選擇產(chǎn)品中 首 要的是選定機(jī)型 A 根據(jù)系統(tǒng)類型選擇機(jī)型 從選機(jī)型的角度看 控制系統(tǒng)可以分成單體控制小系統(tǒng) 慢過(guò)程大系統(tǒng)和 快速控制大系統(tǒng) 這些系統(tǒng)在 PLC 的選型上是有區(qū)別的 單體控制的小系統(tǒng) 這種系統(tǒng)一般使用一臺(tái)可編程序控制器就能完成控制 要求 控制對(duì)象常常是一臺(tái)設(shè)備或多臺(tái)設(shè)備中的一個(gè)功能 如對(duì)原有系統(tǒng)的改 造 完善或改進(jìn)原有設(shè)備的某方面功能等等 這種系統(tǒng)對(duì)可編程序控制器間的 通信問(wèn)題要求不高 甚至沒(méi)有要求 但有時(shí)功能要求全面 容量要求變化大 有些還要與原設(shè)備系統(tǒng)的其它機(jī)器連接 對(duì)這類系統(tǒng)的機(jī)型選擇要注意三種情 況 一是設(shè)備集中 設(shè)備的功率較小 如機(jī)床 這時(shí)需選用局部式結(jié)構(gòu) 低電 壓高密度輸入輸出模板 二是設(shè)備分散 設(shè)備的功率較大 如料場(chǎng)設(shè)備 這時(shí)需選用離散式結(jié)構(gòu) 高電壓低密度輸入輸出模板 三是有專門要求的設(shè)備 如飛剪 這時(shí)輸入輸出容量不是關(guān)鍵參數(shù) 更重 要的是控制速度功能 選用高速計(jì)數(shù)功能模板 慢過(guò)程大系統(tǒng) 對(duì)運(yùn)行速度要求不高但設(shè)備間有連鎖關(guān)系 設(shè)備距離遠(yuǎn) 13 控制動(dòng)作多 如大型料場(chǎng) 高爐 碼頭 大型車站信號(hào)控制 也有的設(shè)備本身 對(duì)運(yùn)行速度要求高 但是部分子系統(tǒng)要求并不高 如大型熱連續(xù)軋鋼廠 冷連 續(xù)軋鋼廠中的輔助生產(chǎn)機(jī)組和供油系統(tǒng) 供風(fēng)系統(tǒng)等 對(duì)這一類型對(duì)象 一般 不選用大型機(jī) 因?yàn)樗幊?調(diào)試都不方便 一旦發(fā)生故障 影響面也大 一 般都采用多臺(tái)中小機(jī)型和低速網(wǎng)相連接 由于現(xiàn)代生產(chǎn)的控制器多為插件式模 板結(jié)構(gòu) 它的價(jià)格是隨輸入輸出板數(shù)和智能模板數(shù)的多少?zèng)Q定的 同一種機(jī)型 輸入輸出點(diǎn)數(shù)少 則價(jià)格便宜 反之則貴 所以一般使用網(wǎng)絡(luò)相連后就不必要 選大型機(jī) 這樣選用每一臺(tái)中小型可編程序控制器控制一臺(tái)單體設(shè)備 功能簡(jiǎn) 化 程序好編 調(diào)試容易 運(yùn)行中一旦發(fā)生故障影響面小 且容易查找 例如 東北建筑設(shè)計(jì)院和東北大學(xué)為鞍山市小型砌塊廠和鞍鋼礦碴廠設(shè)計(jì)的砌塊自動(dòng) 生產(chǎn)線就是采取這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制的 其中成型機(jī) 升板機(jī) 降板機(jī) 排塊機(jī) 碼垛機(jī) 大車 小車每個(gè)部分都是采用了一臺(tái)小型 PLC 控制 在這個(gè)系統(tǒng)中每 個(gè)生產(chǎn)設(shè)備都由一臺(tái)可編程序控制器完成控制任務(wù) 然后用網(wǎng)絡(luò)把整個(gè)系統(tǒng)管 理起來(lái) 這種結(jié)構(gòu) 所用控制器的臺(tái)數(shù)雖然多些 但程序編寫省時(shí) 調(diào)試方便 故障影響面小 從總體上看是合理的 可滿足系統(tǒng)要求 價(jià)格也便宜 快速控制大系統(tǒng) 隨著可編程序控制器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷擴(kuò)大 在中 小型的快速系統(tǒng)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(jìn)入了設(shè)備控制級(jí) 如高速線材 中低速熱連軋等速度控制系統(tǒng) 在這樣的 系統(tǒng)中即使選用輸入輸出容量大 運(yùn)行速度快 計(jì)算功能強(qiáng)的一臺(tái)大型可編程 序控制器也難以滿足控制要求 如用多臺(tái)可編程序控制器 則有互相間信息交 換與系統(tǒng)響應(yīng)要求快的矛盾 采用可靠的高速網(wǎng)能滿足系統(tǒng)信息快速交換的要 求 高速網(wǎng)一般價(jià)格都很貴 適用于有大量信息交換的系統(tǒng) 對(duì)信息交換速度要求高 但交換的信息又不太多的系統(tǒng) 也可以采用可編程序 控制器的輸出端口與另一臺(tái)可編程序控制器的輸入端口硬件互聯(lián) 通過(guò)輸出輸 入直接傳送信息 這樣傳送速度快而且可靠 當(dāng)然傳送的信息不能太多 否則 輸入輸出點(diǎn)占用太多 B 根據(jù)控制對(duì)象選擇機(jī)型 對(duì)控制對(duì)象要求進(jìn)行估計(jì) 對(duì)確定機(jī)型十分重要 根據(jù)控制對(duì)象要求的輸 入 輸出點(diǎn)數(shù)的多少 可以估計(jì)出 PLC 的規(guī)模 根據(jù)控制對(duì)象的特殊要求 可以 14 估計(jì)出 PLC 的性能 根據(jù)控制對(duì)象的操作規(guī)則可以估計(jì)出控制程序所占內(nèi)存的 容量 有了這些初步估計(jì) 會(huì)使得機(jī)型選擇的可行性更大了 為了對(duì)控制對(duì)象 進(jìn)行粗估 首先要了解下列問(wèn)題 對(duì)輸入 輸出點(diǎn)數(shù)的估計(jì) 為了正確地估計(jì)輸入 輸出點(diǎn)數(shù) 需要了解下面問(wèn)題 1 對(duì)開關(guān)量輸入 按參數(shù)等級(jí)分類統(tǒng)計(jì) 2 對(duì)開關(guān)量輸出 按輸出功率要求及其它參數(shù)分類統(tǒng)計(jì) 3 對(duì)模擬量輸出 輸入 按點(diǎn)數(shù)進(jìn)行粗估 對(duì) PLC 性能要求的估計(jì) 為了正確地估計(jì) PLC 性能要求 需要了解下面問(wèn)題 1 是否有特殊控制功能要求 如高速計(jì)數(shù)器等 2 機(jī)房離現(xiàn)場(chǎng)的最遠(yuǎn)距離為多少 3 現(xiàn)場(chǎng)對(duì)控制器響應(yīng)速度有何要求 在此基礎(chǔ)上選擇控制器時(shí)尚需注意兩個(gè)問(wèn)題 其一是 PLC 可帶 I O 點(diǎn)數(shù) 有的手冊(cè)或產(chǎn)品目錄單上給出的最大輸入點(diǎn)數(shù)或最大輸出點(diǎn)數(shù) 常意味著只插 輸入模塊或只插輸出模塊的容量 即實(shí)際給出的是輸入輸出容量之和 有時(shí)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(cè)上給出的覆蓋 距離 有時(shí)叫最大距離 包括遠(yuǎn)程 I O 板在內(nèi)達(dá)到的距離 但遠(yuǎn)程 I O 板的 I O 反應(yīng)速度大大下降 一般為 19 2k 波特率 對(duì)所需內(nèi)存容量的估計(jì) 用戶程序所需內(nèi)存與下列因素有關(guān) 1 邏輯量輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估計(jì) 2 模擬量輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估計(jì) 3 內(nèi)存利用率的估計(jì) 4 程序編制者的編程水平的估計(jì) 程序中的各條指令最后都是以機(jī)器語(yǔ)言的形式存放在內(nèi)存中 控制系統(tǒng)中 輸入輸出點(diǎn)數(shù)和存放該系統(tǒng)用戶機(jī)器語(yǔ)言與所占用的內(nèi)存數(shù)字之比稱為內(nèi)存利 用率 內(nèi)存利用率與編程水平有關(guān) 內(nèi)存利用率的提高會(huì)使同樣程序減少內(nèi)存 容量 從而降低內(nèi)存投資 縮短周期時(shí)間 從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間 從上面內(nèi)容的綜合可以選擇出合適的機(jī)型 當(dāng)然 最后還要校驗(yàn)一下所用電源的容量 在校驗(yàn)電源容量時(shí) 要注意 15 PLC 系統(tǒng)所需電流一定要在電源限定電流之內(nèi) 如果滿足不了這個(gè)條件 解決 的辦法只能有三個(gè) 其一是更換電源 其二是調(diào)整 I 0 模塊 其三是更換 PLC 系統(tǒng) 在機(jī)型選定之后就要確定接口設(shè)備 PLC 的接口設(shè)備的選擇如何 對(duì)控制 系統(tǒng)的功能至關(guān)重要 2 選擇接口設(shè)備 目前 PLC 的產(chǎn)品很多 在選擇機(jī)型和接口設(shè)備時(shí)要注意選擇質(zhì)量好 控制 可靠的產(chǎn)品 這里所說(shuō)的接口設(shè)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(shè)備 對(duì)于 PLC 自身的模塊的選擇主要 注意兩個(gè)問(wèn)題 一是和 PLC 能否很好塊對(duì)接 這一點(diǎn)請(qǐng)注意模塊的型號(hào) 規(guī)格要配套 最 好類型 型號(hào)一致 這樣才能使對(duì)接的方便 可靠 穩(wěn)定 二是這些模塊能和外部設(shè)備對(duì)接 這就考慮到模塊和外部設(shè)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(wěn)態(tài)特性 也要注意它們的 動(dòng)態(tài)特性 在系統(tǒng)的硬件選定之后 主要的問(wèn)題是程序設(shè)計(jì) 為了能夠便于程序設(shè)計(jì) 便于日常維護(hù) 合理地分配輸入 輸出點(diǎn) 恰當(dāng)?shù)貙?duì)輸入 輸出點(diǎn)進(jìn)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(diǎn) 機(jī)型選好之后 系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需慎重考慮輸入輸出定義問(wèn)題 所謂輸入輸 出定義是指整體輸入輸出點(diǎn)的分布和每個(gè)輸入輸出點(diǎn)的名稱定義 它們會(huì)給程 序編制 系統(tǒng)調(diào)試和文本打印等帶來(lái)很多方便 3 2 可編程控制器 1969 年 在美國(guó)出現(xiàn)第一臺(tái)可編程序邏輯控制器 Programmable Logic Controller PLC 以來(lái) 經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展 現(xiàn)在已經(jīng)成為一種最重要 高 可靠性 應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī) 它應(yīng)用大規(guī)模集成電路 微型 機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展成果 逐步形成具有多種優(yōu)點(diǎn)和微型 小型 中型 大型 超大型等各種規(guī)格的 PLC 系列產(chǎn)品 應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計(jì) 16 算機(jī)之間的許多過(guò)程控制領(lǐng)域 可編程序控制器已和數(shù)控技術(shù)及工業(yè)機(jī)器人并 列為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱 初期的 PLC 只是用于邏輯控制場(chǎng)合 代替繼電器控制系統(tǒng) 隨著微電子技 術(shù)的發(fā)展 PLC 以微處理器為核心 適用于開關(guān)量 模擬量和數(shù)字量的控制 它已進(jìn)入過(guò)程控制和位置控制等場(chǎng)合的控制領(lǐng)域 目前 可編程序控制器既保 留了原來(lái)可編程序邏輯控制器的所有優(yōu)點(diǎn) 又吸收和發(fā)展了其他控制裝置的優(yōu) 點(diǎn) 包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 過(guò)程儀表控制系統(tǒng) 集散系統(tǒng) 分散系統(tǒng)等 在許 多場(chǎng)合 可編程序控制器可以構(gòu)成各種綜合控制系統(tǒng) 列如構(gòu)成邏輯控制系統(tǒng) 過(guò)程控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng) 圖形工作站等等 3 3 可編程控制器的特點(diǎn) 1 可靠性高 可靠性是用戶選用的首位依據(jù) 因此 每個(gè) PLC 生產(chǎn)廠都將可靠性作為第 一指標(biāo)而加以研制 以單片機(jī)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(wú)故障時(shí)間達(dá)到 30 萬(wàn)小時(shí)以上 使用壽命更長(zhǎng) 2 控制功能強(qiáng) PLC 具有邏輯判斷 計(jì)數(shù) 定時(shí) 步進(jìn) 跳轉(zhuǎn) 移位 記憶 四則運(yùn)算和 數(shù)據(jù)傳送等功能 可以實(shí)現(xiàn)順序控制 邏輯控制 位置控制和過(guò)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(shù)人員和電工的歡迎 容易推廣應(yīng)用 PLC 可取代原繼電器控制系統(tǒng) 有 利于對(duì)老設(shè)備的技術(shù)改造 4 使用于惡劣的工業(yè)環(huán)境 抗干擾能力強(qiáng) 5 具有各種接口 與外部設(shè)備連接非常方便 6 采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊式結(jié)構(gòu) 具有較大的靈活性和可擴(kuò)展性 擴(kuò)展靈活 方便 7 維修方便 PLC 上有 I O 指示燈 LED 哪個(gè) I O 元件有故障 一目了然 17 圖 7 8 可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運(yùn)行情況 隨時(shí)對(duì)程序進(jìn)行在線修改 不用更改硬 接線 靈活性大 適應(yīng)性強(qiáng) 3 4 可編程控制器的工作原理 PLC 是一種微機(jī)控制系統(tǒng) 其工作原理也與微機(jī)相同 但在應(yīng)用時(shí) 可不 必用計(jì)算機(jī)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(shí)器 計(jì)數(shù)器 移位器等組成的裝置 從而把 PLC 等效成輸入 輸出和內(nèi)部控制電路 3 5 西門子 S7 200PLC 功能介紹 S7 200 系列 PLC 是 SIEMENS 公司新推出的一種小型 PLC 它以緊湊的結(jié)構(gòu) 良好的擴(kuò)展性 強(qiáng)大的指令功能 低廉的價(jià)格 已經(jīng)成為當(dāng)代各種小型控制工 程的理想控制器 S7 200 PLC 包含了一個(gè)單獨(dú)的 S7 200 CPU 和各種可選擇的擴(kuò)展模塊 可 以十分方便地組成不同規(guī)模的控制器 其控制規(guī)?？梢詮膸c(diǎn)上到幾百點(diǎn) S7 200 PLC 可以方便地組成 PLC PLC 網(wǎng)絡(luò)和微機(jī) PLC 網(wǎng)絡(luò) 從而完成規(guī)模更大的 工程 S7 200 的編程軟件 STEP7 Micro WIN32 可以方便地在 Windows 環(huán)境下對(duì) PLC 編程 調(diào)試 監(jiān)控 使得 PLC 的編程更加方便 快捷 可以說(shuō) S7 200 可 以完美地滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求 S7 200 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(guī) 模和 PLC 系統(tǒng)的配置 3 5 1 S7 200 的技術(shù)指標(biāo) 目前 S7 200 系列 PLC 主要有 CPU221 CPU222 CPU224 和 CPU226 四種 檔 次最低的是 CPU221 其數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)有 6 點(diǎn) 數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)有 4 點(diǎn) 是控 制規(guī)模最小的 PLC 檔次最高 的應(yīng)屬 CPU226 CPU226 集成了 24 點(diǎn)輸入 16 點(diǎn)輸出 共有 18 40 個(gè)數(shù)字量 I O 可連接 個(gè)擴(kuò)展模塊 最大擴(kuò)展至 248 點(diǎn)數(shù)字量 I O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I O S7 200 系列 PLC 四種 CPU 的外部結(jié)構(gòu)大體相同 見(jiàn)圖 7 狀態(tài)指示燈 LED 顯示 CPU 所處的工作狀態(tài)指示 存儲(chǔ)卡接口可以插入存儲(chǔ)卡 通訊接口可以連接 RS 485 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(yùn)行狀態(tài)可 以由頂部端子蓋下方一排指示燈顯示 ON 狀態(tài)對(duì)應(yīng)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(yùn)行狀態(tài)可以由底部端子蓋上方 一排指示燈顯示 ON 狀態(tài)對(duì)應(yīng)的指示燈亮 前蓋下面有運(yùn)行 停止開關(guān)和接口摸塊插座 將開關(guān)撥向停止位置時(shí) 可 編程序控制器處于停止?fàn)顟B(tài) 此時(shí)可以對(duì)其編寫程序 將開關(guān)撥向運(yùn)行位置時(shí) 可編程序控制器處于運(yùn)行狀態(tài) 此時(shí)不能對(duì)其編寫程序 將開關(guān)撥向監(jiān)控狀態(tài) 可以運(yùn)行程序 同時(shí)還可以監(jiān)視程序運(yùn)行的狀態(tài) 接口插座用于連接擴(kuò)展模塊 實(shí)現(xiàn) I O 擴(kuò)展 3 5 2 CPU224 的技術(shù)指標(biāo) CPU224 本機(jī)集成了 14 點(diǎn)輸入 10 點(diǎn)輸出 共有 24 個(gè)數(shù)字量 I O 它可連 接 7 擴(kuò)展模塊 最大擴(kuò)展至 168 點(diǎn)數(shù)字量 I O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I O 點(diǎn) CPU224 有 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存貯空間 6 個(gè)獨(dú)立的 30KH 高速計(jì)數(shù)器 2 路獨(dú)立的 20KH 高速脈沖輸出 具有 PID 控制器 CPU224 配有 1 個(gè) RS 485 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(qiáng)控制能力的小 型控制器 1 CPU224 的技術(shù)指標(biāo) 外形尺寸 120 5 80 62mm 存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器 4096 字 用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 2560 字 存儲(chǔ)器類型 EEPROM 存儲(chǔ)卡 EEPROM 數(shù)據(jù)后備 超級(jí)電容 190 小時(shí) 19 編程語(yǔ)言 LAD FBD 和 STL 程序組織 一個(gè)組織塊 可以包含子程序和中斷程序 系統(tǒng) I O 本機(jī) I O 14 入 10 出 擴(kuò)展模塊數(shù)量 7 個(gè)模塊 數(shù)字量 I O 映像區(qū) 256 128 入 128 出 數(shù)字量 I O 物理區(qū) 168 94 74 模擬量 I O 映像區(qū) 32 入 32 出 模擬量 I O 物理區(qū) 35 28 7 或 14 出 附加功能 內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器 6 個(gè) 30KH 內(nèi)置模擬電位器 2 個(gè) 8 位分辨率 脈沖輸出 2 個(gè)高速輸出 20KH 通訊中斷 1 發(fā)送器 2 接收器 定時(shí)中斷 2 個(gè) 255 輸入中斷 4 個(gè) 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 內(nèi)置 口令保護(hù) 3 級(jí)口令保護(hù) 為傳感器提供 5VDC 電流 660 2 CPU224 的接線 DC 輸入 DC 輸出 DC 輸入端由 1M 0 0 0 7 為第 1 組 2M 1 0 1 5 為第 2 組 1M 2M 分 別為各組的公共端 24VDC 的負(fù)極接公共端 1M 或 2M 輸入開關(guān)的 端接到 24V DC 的正極 輸 入開關(guān)的另 端連接到 CPU224 各輸入端 DC 輸出端由 1M 1L 0 0 0 4 為第 1 組 2M 2L 0 5 1 1 為第 2 組 組成 1L 2L 分別為公共端 第 1 組 24V DC 的負(fù)極接 1M 端 正極接 1L 端 輸出負(fù)載的 端接到 1M 端 輸出負(fù)載的另 端接到 CPU224 各輸出端 第 2 組的接線與第 1 組相似 20 DC 輸入繼電器輸出 DC 輸入端與 CPU224 的 DC 輸入 DC 輸出相同 繼電器輸出端由 3 組構(gòu)成 其中 N 1L 0 0 0 3 為第 1 組 N 2L 0 4 0 6 為第 2 組 N 3L 0 7 1 1 為第 3 組 各組的公共端為 1L 2L 和 3L 第 1 組負(fù)載電源的一端 N 接負(fù)載的 N 端 電源的另外一端 L 接繼電器 輸出端的 1L 端 負(fù)載的另一端分別接到 CPU224 各個(gè)繼電器輸出端子 第 2 組 第 3 組的接線與第 1 組相似 3 5 3 模擬量輸入模塊 EM231 EM231 具有 4 路模擬量輸入 輸入信號(hào)可以是電壓也可以是電流 其輸入 與 PLC 具有隔離 輸入信號(hào)的范圍可以由 SW1 SW2 和 SW3 設(shè)定 具體技術(shù)指標(biāo) 見(jiàn)表 2 表 2 EM231 技術(shù)指標(biāo)表 型號(hào)EM231 模擬量輸入模塊 總體特性外形尺寸 71 2 80 62mm 功耗 3W 輸入特性本機(jī)輸入 4 路模擬量輸入 電源電壓 標(biāo)準(zhǔn) 24VDC 4mA 輸入類型 0 10V 0 5V 5V 2 5V 0 20mA 分辨率 12bit 轉(zhuǎn)換速度 250 s 隔離 有 耗電從 5VDC I O 總線 耗電 10 mA 開關(guān)設(shè)置SW1 SW2 SW3 輸入類型 ON OFF ON 0 10V ON ON OFF 0 5V 或 0 20mA OFF OFF ON 5V OFF ON OFF 2 5V 21 接線端子M 為 24VDC 電源負(fù)極端 L 為電源正極端 RA A A RB B B RC C C RD D D 分別為第 1 4 路模擬量輸入端 電壓輸入時(shí) 為電壓正端 為電壓負(fù)端 電流輸入時(shí) 需將 R 與 短接后作為電流的進(jìn)入端 為 電流流出端 3 5 4 模擬量輸出模塊 EM232 EM232 具有 2 路模擬量輸出 輸出信號(hào)可以是電壓也可以是電流 其輸入 與 PLC 具有隔離 具體技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 3 表 3 EM232 技術(shù)指標(biāo)表 型號(hào)EM232 模擬量輸出模塊 總體特性外形尺寸 71 2 80 62mm 功耗 3W 輸出特性本機(jī)輸出 2 路模擬量輸出 電源電壓 標(biāo)準(zhǔn) 24VDC 4mA 輸出類型 10V 0 20mA 分辨率 12bit 轉(zhuǎn)換速度 100 s 電壓輸出 2ms 電流輸出 隔離 有 耗電從 5VDC I O 總線 耗電 10 mA 接線端子M 為 24VDC 電源負(fù)極端 L 為電源正極端 M0 V0 I0 M1 V1 I1 分別為第 1 2 路模擬量輸出端 電壓輸出時(shí) V 為電壓正端 M 為電壓負(fù)端 電流輸出時(shí) I 為電流的進(jìn)入端 M 為電流流出端 3 6 硅調(diào)壓模塊 PAC01A 是一款新概念調(diào)壓器 它無(wú)需單獨(dú)外供電源和同步電源 只需 4 20mA 控制信號(hào) 接入負(fù)載后 即可實(shí)現(xiàn)調(diào)壓功能 歐式風(fēng)格的工藝結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 22 緊湊 造型美觀 附安全護(hù)蓋 輔助功能包括 上電緩啟動(dòng) 緩關(guān)斷 散熱器 超溫和電 源或負(fù)載故障 可廣泛用于工業(yè)各領(lǐng)域中的電阻性負(fù)載調(diào)壓 一 PAC01A 主要技術(shù)指標(biāo) 1 4 20mA 輸入 接收阻抗 500 1 5K 調(diào)節(jié)輸出分辨力 調(diào)壓 0 2 移 相范圍 0 170 2 負(fù)載方式 50Hz 單相 220VAC 380VAC 3 LED 燈狀態(tài)顯示 藍(lán)色燈 上電運(yùn)行前閃爍三次 表示測(cè)試狀態(tài) 運(yùn)行正常時(shí)長(zhǎng)亮 不亮 控制器或電源故障 紅色燈閃爍 電源或負(fù)載故障報(bào)警指示 紅 蘭燈交替閃爍 散熱器超溫 4 緩啟 緩?fù)?緩啟 緩?fù)r(shí)間均固定為 15 秒 5 80 超溫保護(hù) 散熱器溫度大于 80 禁止輸出并報(bào)警 解除 故障排除 后 重新上電 6 電流容量 40A 60A 80A 100A 二 安裝及使用須知 1 使用前請(qǐng)認(rèn)真閱讀本說(shuō)明書 嚴(yán)格按要求接線使用 2 本電壓調(diào)整器是壁掛式 垂直安裝在通風(fēng)良好 不受日光直射或熱輻射 無(wú)腐蝕性無(wú)可燃性的環(huán)境中 3 工作電流大于 30A 時(shí) 需采用強(qiáng)制風(fēng)冷 高溫高濕以及海拔大于 1000 米 應(yīng)降額使用 4 裝置過(guò)熱保護(hù)后 如要再運(yùn)行 需排除故障后 再送電運(yùn)行 5 在使用過(guò)程中若發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象 應(yīng)首先檢查負(fù)載有無(wú)短路等故障 6 工作環(huán)境溫度 0 55 通風(fēng)良好的位置 工作環(huán)境相對(duì)濕度 90 7 負(fù)載短路保護(hù) 一般按額定負(fù)載電流的 1 5 倍選擇 外配 RS0 快速熔斷 器作為短路保護(hù) 三 初步調(diào)試 1 初始接線 參照接線圖接線 為調(diào)試可靠 一般先接 100 200W 燈泡假 23 負(fù)載并將儀表置手動(dòng)狀態(tài) 2 手動(dòng)調(diào)整 手動(dòng)調(diào)整儀表輸出范圍為 0 100 此時(shí) 負(fù)載電壓應(yīng)均勻 變化 3 7 測(cè)溫元件及溫度檢測(cè)技術(shù) 目前 常用的溫度傳感器種類很多 熱電偶傳感器 熱敏電阻傳感器 熱 電阻傳感器和半導(dǎo)集成溫度傳感器 但是在微機(jī)溫度控制系統(tǒng)中使用的傳感器 必須是能將非電量轉(zhuǎn)變成電量的傳感器 因此使用的就是熱電阻傳感器 本系統(tǒng) 要求的測(cè)溫范圍為 0 200 因此選用熱電阻 在此選用 PT100 熱電阻 需要 強(qiáng)調(diào)的是基于熱平衡原理 在本設(shè)計(jì)中采用接觸式測(cè)溫 測(cè)溫敏感元件必須與 介質(zhì)接觸 使兩者處于同一熱平衡狀態(tài) 3 7 1 溫度變送器的選擇 Pt100 傳感器測(cè)量溫度的隔離變送器 型號(hào)為 RS3100 在工業(yè)上主要用于 測(cè)量 200 500 的溫度 該產(chǎn)品 Pt100 傳感器由用戶自己配備 變送器內(nèi)有 線性化和長(zhǎng)線補(bǔ)償功能 出廠時(shí)按照 Pt100 國(guó)標(biāo)分度表校正 完全達(dá)到 0 2 級(jí) 精度要求 輸入 輸出和輔助電源之間是完全隔離 三隔離 可以承受 2500VDC 的隔離耐壓 產(chǎn)品采用 DIN35 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝方式 體積小 精度 高 性能穩(wěn)定 性價(jià)比高 可以廣泛應(yīng)用在石油 化工 電力 儀器儀表和工 業(yè)控制等行業(yè) 主要特性 輸入 Pt100 20 400 范圍可選擇 輸出信號(hào) 4 20mA 0 5V 精度等級(jí) 0 2 級(jí) FSR 內(nèi)含線性化和長(zhǎng)線補(bǔ)償功能 隔離耐壓 2500VDC 0 5mA 60S DIN35 導(dǎo)軌安裝 精度高 性能穩(wěn)定可靠 技術(shù)參數(shù) 序號(hào) 參數(shù)名稱 測(cè)試條件 MinTypMax 單位備注 24 1 輸入類型鉑電阻 100 0 2 精度等級(jí) FSR 0 2 級(jí) 3 輔助電源 12 15 24V 4 電源范圍 10 靜態(tài)電流 24VDC 16 20 mA 5 存儲(chǔ)溫度 20 80 3 8 硬件電路圖設(shè)計(jì) 上面我們主要介紹了本系統(tǒng)的硬件設(shè)備組成及其性能指標(biāo) 下面我們根據(jù) 以上硬件設(shè)備的性能指標(biāo)來(lái)完成系統(tǒng)的硬件電路圖的設(shè)計(jì) 1 硫化機(jī)溫度控制的強(qiáng)電電源圖 如圖 8 所示 圖 8 溫度控制的強(qiáng)電電源圖 2 硫化機(jī)穩(wěn)定度控制的 PLC 接線圖 如圖 9 25 圖 9PLC 接線圖 3 9 本章小結(jié) 本章主要介紹了本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備技術(shù)指標(biāo)和硬件電路圖的設(shè)計(jì) 第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 4 1 軟件設(shè)計(jì)思想 本系統(tǒng)是以西門子 S7 200PLC 系列中的 CPU224 為核心而設(shè)計(jì)的 用西門子 公司專門為其設(shè)計(jì)的 STEP 7 Micro WIN 32 軟件進(jìn)行編程 在 S7 200PLC 編制程序時(shí)首先要根據(jù)整個(gè)工程的要求把程序分塊 其次是 合理利用指令 嚴(yán)格注意信號(hào)名稱定義 恰如其分地編寫各個(gè)程序塊的程序 然后經(jīng)過(guò)單元調(diào)試 軟硬件聯(lián)調(diào)與系統(tǒng)總調(diào) 對(duì)程序進(jìn)行修改 編好的程序還 必須經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn) 才可以投入實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工作 4 2 S7 200 的程序結(jié)構(gòu) S7 200 的程序結(jié)構(gòu)有兩種 即線性結(jié)構(gòu)和分塊結(jié)構(gòu) 在程序設(shè)計(jì)叫線性程 序設(shè)計(jì)和分塊程序設(shè)計(jì) 26 1 線性程序設(shè)計(jì) 線性程序設(shè)計(jì)就是把工程中需要控制的任務(wù)按照工藝要求書寫在主程序 0B1 中 例如一個(gè)控制工程共有四個(gè)控制任務(wù)分別為 任務(wù) A 控