礦區(qū)加油站監(jiān)控管理系統(tǒng)畢設(shè)6月5日

1、0 前言礦區(qū)自用加油站監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化水平較低，一般是由模擬器件（開(kāi)關(guān)、指示.燈、指示儀表等）組成的模擬式控制屏，這種控制方式主要依賴于手工操作，存在的問(wèn)題有監(jiān)控畫(huà)面粗糙、信息不全面、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量大、誤差大、系統(tǒng)升級(jí)成本較大、經(jīng)營(yíng)模式落后、財(cái)務(wù)制度不全面等。針對(duì)這些問(wèn)題，本文提出用上位機(jī)監(jiān)控軟件和下位機(jī)PLC組成加油站.的監(jiān)控管理系統(tǒng)，系統(tǒng)同時(shí)使用IC 卡管理方式、人機(jī)界面現(xiàn)場(chǎng)操作的設(shè)計(jì)方案。本系統(tǒng)選用上、下位機(jī)控制方式并結(jié)合了PLC 、上位機(jī)軟件和 IC 卡應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)，上位機(jī)以PC 機(jī)作為系統(tǒng)核心，配合讀卡器；下位機(jī)以西門(mén)子S7-200系列PLC為核心，配合人機(jī)界面，控制終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)（泵、閥

2、、流量計(jì)），充分發(fā)揮各自長(zhǎng)處，經(jīng)通訊后構(gòu)成一個(gè)完整的加油站監(jiān)控管理系統(tǒng)，完成了.加油站日常監(jiān)控工作、規(guī)范管理等功能。1 緒論1.1 課題背景因?yàn)槿嗣裆钏秸诓粩嗵岣?，社?huì)經(jīng)濟(jì)正在穩(wěn)步發(fā)展，石油已然成為與人們生活息息相關(guān)的一種資本。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，不管是企事業(yè)單位對(duì)車(chē)輛用油的控制，還是石油經(jīng)銷(xiāo)企業(yè)對(duì)加油站的監(jiān)控管理，都在由粗放型向集約型而改變。在當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)囊括全世界的時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)的將成為加油站的規(guī)范治理、提高效率、節(jié)省成本的有效方法。國(guó)內(nèi)普通加油站的控制管理模式并不適用于礦區(qū)加油站，這是由于礦區(qū)加油站自身的工作方式以及礦區(qū)的特殊工作要求決定的。1從文獻(xiàn)及資料上看來(lái)，現(xiàn)

3、有的加油站監(jiān)控管理系統(tǒng)并沒(méi)有對(duì)露天礦區(qū)生產(chǎn)特點(diǎn)及要求進(jìn)行酌量，不能滿足礦區(qū)加油站的現(xiàn)場(chǎng)特殊要求。比如礦區(qū)加油站除收費(fèi)管理、IC卡信息管理之外，尚有量進(jìn)出油的監(jiān)控管理、加油設(shè)備保護(hù)和系統(tǒng)改造升級(jí)等問(wèn)題。社會(huì)上利用IC卡技術(shù)的各種信息管理系統(tǒng)雖然已經(jīng)趨進(jìn)成熟，但是適用于礦區(qū)加油站的自動(dòng)化收費(fèi)以及監(jiān)控管理系統(tǒng)尚未廣泛普及。露天礦區(qū)內(nèi)，大型機(jī)械比較多，耗油量巨大，每次加油時(shí)間較長(zhǎng)，而且隨著礦物開(kāi)采和掘進(jìn)，要求加油站機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可以隨時(shí)搬遷。是以，普通加油站的功能基本不能滿足礦區(qū)的工作要求，并且設(shè)備存在很多問(wèn)題，設(shè)備陳舊落伍，主要依托人工操作，財(cái)務(wù)以及日常管理混亂。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展近況當(dāng)今世界,石油化工

4、產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化程度不但是石化企業(yè)現(xiàn)代化的首要標(biāo)志,更是劇烈角逐的市場(chǎng)機(jī)制下創(chuàng)收的強(qiáng)力的方式,國(guó)際自動(dòng)化的發(fā)展程度不光一直在深化生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、輔助設(shè)施自動(dòng)化和經(jīng)營(yíng)管理自動(dòng)化,并且正在往過(guò)程控制技術(shù)和信息管理技術(shù)互相結(jié)合的總體自動(dòng)化方向而發(fā)展。在國(guó)外，自動(dòng)化加油站技術(shù)研究起步較早，技術(shù)更成熟，自動(dòng)化水準(zhǔn)更高。近年來(lái)，我國(guó)在自動(dòng)化設(shè)備配置、技術(shù)、功用以及規(guī)模等方面都有明顯提升，測(cè)量和控制裝置不斷更新?lián)Q代，操作水平也從手工操作升級(jí)到自動(dòng)化控制，從最低級(jí)的單回路控制體系逐步發(fā)展到高級(jí)的復(fù)雜系統(tǒng)控制回路體系，再到管控一體化?？稍谑突ぎa(chǎn)業(yè)，各企業(yè)的發(fā)展嚴(yán)重不均衡，不同規(guī)模的企業(yè)的自動(dòng)化水平差距巨大。1.

5、3 研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)每一個(gè)礦區(qū)的加油站有很多，但管理系統(tǒng)基本相同，要考慮到用戶及現(xiàn)場(chǎng)條件的需求，系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)和PLC作為核心設(shè)備，與其他終端設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行配合，共同完成了礦區(qū)加油站日常工作需要的操作，以數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)取代了原來(lái)的模擬屏監(jiān)控，利用人機(jī)觸摸屏進(jìn)行直接操作，利用報(bào)表技術(shù)取代了人工記錄、統(tǒng)計(jì)工作。針對(duì)礦區(qū)加油站的實(shí)際情況和具體要求，結(jié)合成熟的技術(shù)和先進(jìn)的電器設(shè)備，設(shè)計(jì)了一套礦區(qū)加油站監(jiān)控管理系統(tǒng)。本文的主要研究?jī)?nèi)容有：（1）系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)；（2）控制系統(tǒng)硬件設(shè)備選型；（3）系統(tǒng)上位機(jī)、PLC 和觸摸屏軟件設(shè)計(jì)；（4）IC 卡和加油數(shù)據(jù)安全性考慮；首先我們需要進(jìn)行上位機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)軟

6、件的設(shè)計(jì)：包含選取適合的編程軟件，設(shè)計(jì)上位機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控管理軟件，能對(duì)進(jìn)出油及時(shí)監(jiān)控、能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和存儲(chǔ)、能對(duì)IC 卡進(jìn)行管理，并且完成控制終端設(shè)備的正常運(yùn)作。然后進(jìn)行下位機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：其中包括選擇IC 卡型號(hào)，設(shè)計(jì)讀卡器，PLC選型及其 PLC數(shù)據(jù)采集和數(shù)字量信號(hào)、模擬量信號(hào)以及脈沖信號(hào)處理。終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型和接線。設(shè)備之間的通信連接以及調(diào)試。最后，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，上位機(jī)軟件和下位機(jī)終端設(shè)備進(jìn)行整體調(diào)整，全面的測(cè)試系統(tǒng)的性能是否穩(wěn)定可靠。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)原則進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須以安全性、可靠性、實(shí)用性和可擴(kuò)展性等要求為原則，使建成的系統(tǒng)具有先進(jìn)的技術(shù)、完善的功能、靈活的配置等特

7、點(diǎn)2。（1）提高控制系統(tǒng)的精度。系統(tǒng)體系的計(jì)量精度是權(quán)衡自動(dòng)化加油系統(tǒng)優(yōu)劣的重要尺度，在硬件系統(tǒng)上完善方案最大程度杜絕偷油漏洞，軟件程序上采用合理的控制算法來(lái)提高系統(tǒng)的測(cè)量和控制精度。（2）實(shí)用性。對(duì)企業(yè)來(lái)講，建立和施行新系統(tǒng)、保持技術(shù)上和管理上的先進(jìn)的同時(shí)，要講究實(shí)效性，要遵守簡(jiǎn)單實(shí)用.的原則，不能一昧追求技術(shù)的先進(jìn)性而采用投資大成本高的技術(shù)方案，忽略經(jīng)濟(jì)效益。（3）可靠性。礦區(qū)加油站自動(dòng)化控制系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)測(cè)量精確無(wú)誤、傳輸精確，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，出現(xiàn)故障后要有修理措施，能夠及時(shí)環(huán)節(jié)故障，快速恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在抗干擾性方面要有可行的方法，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。（4）開(kāi)放性。在硬件和軟件設(shè)備之間的連

8、接，系統(tǒng)功能的升級(jí)和設(shè)備的擴(kuò)展更新上，擁有較強(qiáng)的適應(yīng)性，容許后續(xù)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)張加油設(shè)備增添時(shí)的系統(tǒng)擴(kuò)建的需要。（5）易操作性。便于操作人員理解、學(xué)習(xí)、掌握和使用，監(jiān)控界面中的圖形和文字同時(shí)顯示，操作簡(jiǎn)單方便。工作人員經(jīng)過(guò)短時(shí)間集中培訓(xùn)或分散培訓(xùn)后就能熟練準(zhǔn)確的操作。（6）安全性。安全生產(chǎn)是企業(yè)最重要的事情，控制系統(tǒng)采用必要的安全生產(chǎn)機(jī)制，硬件設(shè)備必須達(dá)到防爆要求，保證員工的安全。2.2 控制方案可以分為以下幾種控制系統(tǒng)：DCS 系統(tǒng)，便是所說(shuō)的分布式控制系統(tǒng)，又可稱為集散控制系統(tǒng)，是一種新型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相對(duì)于集中式控制系統(tǒng)，它是在集中式控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展演化而來(lái)的。DCS系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)單的概括為

9、“三點(diǎn)一線”式的結(jié)構(gòu)?！耙痪€”指的是DCS系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)的骨架網(wǎng)絡(luò)，“三點(diǎn)”指的是在其網(wǎng)絡(luò)上的三種類(lèi)型不同的節(jié)點(diǎn)，“三點(diǎn)”一是面對(duì)被控過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)控制站，二是面對(duì)操作員工的操作員站，三是面對(duì)DCS系統(tǒng)的管理操作人員的工程師站。現(xiàn)場(chǎng)UO控制站完成對(duì)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)UO處理并實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制;操作員站的作用是操作人員與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備驚醒人機(jī)交互，這樣現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況操作人員便能及時(shí)掌握;工程師站的工作是對(duì)DCS進(jìn)行離線配置和在線系統(tǒng)監(jiān)督、管理、控制和維護(hù)3。PLC+PC 機(jī)控制系統(tǒng)。最早時(shí)時(shí)PLC是為了代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)出來(lái)的，以開(kāi)關(guān)量為主要的系統(tǒng)最適合應(yīng)用此系統(tǒng)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的快速發(fā)展，

10、使得PLC 的功能變得極其強(qiáng)大，尤其是通訊功能的改進(jìn)，為實(shí)現(xiàn) PLC與上位機(jī)連接成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成上、下位機(jī)控制系統(tǒng)提供了可能性3。在這個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，PLC 承擔(dān)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制工作， PC機(jī)來(lái)承擔(dān)操作站和工程師站的工作。在安裝有 PLC編程軟件的PC機(jī)上可以離線或在線編輯 PLC 的控制程序，下載到 PLC，PLC 便可獨(dú)自實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)收集、邏輯控制、模擬控制等工作；在安裝有組態(tài)軟件的 PC 機(jī)上可以簡(jiǎn)便的對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。PC 機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以便捷的完成數(shù)據(jù)計(jì)算、圖形處理、數(shù)據(jù)管理這些功能，PLC的優(yōu)點(diǎn)是邏輯過(guò)程控制，把二者結(jié)合起來(lái)運(yùn)用各自的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題有很強(qiáng)的實(shí)際意義。圖2-1

11、控制系統(tǒng)總體圖Fig.2-1 The overall control system of FIG根據(jù)礦區(qū)加油站的實(shí)際情況和對(duì)控制量的分析，我們?cè)O(shè)計(jì)采用PLC+PC 機(jī)控制系統(tǒng)，之所以下位機(jī)以PLC為核心來(lái)設(shè)計(jì)，是因?yàn)镻LC是對(duì)于開(kāi)關(guān)量的控制十分出色，而且在數(shù)字處理和順序控制上優(yōu)勢(shì)顯著；比較適合多開(kāi)關(guān)量、模擬量控制的場(chǎng)合。從幾十點(diǎn)的小型PLC，再到上千點(diǎn)的大型PLC，為系統(tǒng)組建提供了便利條件。計(jì)算、操作、數(shù)據(jù)管理使用上位機(jī) PC 機(jī)十分方便。將二者結(jié)合后用于工控系統(tǒng)的工控模式成功案例不勝枚舉，而且其系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)十分便利。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，我們完全可以采用PLC+PC 機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)代替其他工控系統(tǒng)

12、如DCS。并且，這類(lèi)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間短、投資成本較本低，在中小型控制系統(tǒng)中被普遍使用?？偟膩?lái)說(shuō)，本系統(tǒng)主要采用PLC+PC 機(jī)的構(gòu)成形式，外加其他終端設(shè)備及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖所示?？刂葡到y(tǒng)把計(jì)算機(jī)當(dāng)作上位機(jī)的控制核心，PLC為下位機(jī)控制核心。上位機(jī)主要工作是以監(jiān)控界面的形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。下位機(jī)主要工作是收集數(shù)據(jù)、邏輯控制和模擬量控制等工作5。利用安裝有PLC編程軟件的計(jì)算機(jī)，對(duì)PLC進(jìn)行離線（或在線）控制程序編制，一般為梯形圖形式，當(dāng)程序載入PLC后，PLC就可以正常工作，按照預(yù)設(shè)程序運(yùn)行。同時(shí)，上位機(jī)監(jiān)控軟件也可以控制PLC動(dòng)作的執(zhí)行。上位機(jī)監(jiān)控管理軟件和下位機(jī)PLC系統(tǒng)互相聯(lián)合

13、可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種工作，在PC機(jī)上安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件系統(tǒng)，可有效的對(duì)加油站的工作流程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控管理系統(tǒng)中，PLC的主要工作包括：現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字信號(hào)、模擬量信號(hào)的采集工作，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，然后上傳給上位機(jī)。在加油站收發(fā)油過(guò)程中，為上位機(jī)提供數(shù)據(jù)支持5。2.3 系統(tǒng)設(shè)備之間的通訊連接整套控制系統(tǒng)的主要組成部分有：監(jiān)控管理 PC 機(jī)、PLC控制柜、IC 卡讀卡器、觸摸屏控制器、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（閥、泵、流量計(jì)等設(shè)備）。整套設(shè)備各個(gè)部分最后需要連接成為一個(gè)整體，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)通訊測(cè)試。本系統(tǒng)的通訊連接按通訊類(lèi)型共分為三種：RS232 通訊、RS485通訊、控制電纜連接。圖2-2控制管理系統(tǒng)連接圖Fig

14、.2-2 Control Management System Connection利用 RS232 進(jìn)行通訊連接的有：IC 卡讀卡器與上位機(jī)、觸摸屏控制器與上位機(jī)。IC卡讀卡器與監(jiān)控管理 PC 機(jī)的連接接口已經(jīng)設(shè)計(jì)為 RS232 接口，由于讀卡器為多個(gè)，所以我們選擇了一個(gè)多串口卡作為 PC 機(jī)設(shè)備連接的接口，可以同時(shí)安插多個(gè)串口設(shè)備。利用 RS485 通訊的是監(jiān)控管理 PC 機(jī)與下位機(jī)PLC。采用此通訊方式的主要原因是上、下位機(jī)之間有一段距離，為了確保通訊的穩(wěn)定正確，我們采用了通訊距離較長(zhǎng)、抗干擾性能也好的 RS485。RS485通訊具有許多優(yōu)點(diǎn)：接口采用差分接收器.和平衡驅(qū)動(dòng)器互相組合，抗共

15、模干擾能力將會(huì)增強(qiáng)，可更好地抵抗噪聲的干擾；通信距離較大；接口信號(hào)的電平低，不會(huì)輕易的破壞接口電路，而且該電平與 TTL 電平兼容，可方便TTL電路之間的連接6。2.4 系統(tǒng)流程分析發(fā)放 IC 卡：由發(fā)卡中心制作不同類(lèi)型的 IC 卡并發(fā)放給司機(jī)等人，系統(tǒng)啟用后必須持卡加油。司機(jī)停車(chē)插好油槍：司機(jī)將卡車(chē)停在加油站合適位置，將加油槍插好。司機(jī)到控制室插入 IC 卡：司機(jī)進(jìn)入控制室，加油工將IC卡插入讀卡器，上位機(jī)讀取卡內(nèi)訊息并檢查 IC 卡合法性，若合法便可以加油。工作人員輸入加油設(shè)定值或直接預(yù)開(kāi)啟加油。司機(jī)開(kāi)始加油：司機(jī)到加油機(jī)旁檢查油槍是否正常，按下啟動(dòng)鍵，系統(tǒng)開(kāi)啟閥門(mén)和電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)加油。停止

16、加油：若加油過(guò)程中遇到緊急狀況，司機(jī)或工作人員可按下停止鍵。定量加油到預(yù)定值時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止，非定量加油加油完成時(shí)工作人員按停止鍵結(jié)束加油。司機(jī)到控制室取卡簽字：加油結(jié)束后司機(jī)拔下加油槍，到控制室取回IC 卡并在加油票上簽字。本班結(jié)賬：班次加油工作完成時(shí)，加油員要校對(duì)本班賬目信息，進(jìn)行換班。3 控制系統(tǒng)硬件電路選型及設(shè)計(jì)3.1 PLC硬件3.1.1 PLC硬件組成及特點(diǎn)PLC實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC的組成與計(jì)算機(jī)的組成十分相似。但是它擁有比普通的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的與工業(yè)流程接連的接口，以及更為適合于控制要求的控制語(yǔ)言。PLC的硬件組成有中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通訊接口、擴(kuò)展

17、接口電源等器件。當(dāng)中CPU是PLC的核心組件，連接輸入和輸出設(shè)備與CPU設(shè)備的是輸入單元與輸出單元接口電路，編程器、計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備之間連接由通訊接口完成7。圖 3-1 PLC系統(tǒng)組成Fig.3-1 PLC system components（1）中央處理單元同一般的微型計(jì)算機(jī)一樣，CPU是PLC的中心。PLC中所配置的CPU 由機(jī)型決定，機(jī)型不同CPU也不同，經(jīng)常使用的有三種：?jiǎn)纹⑻幚砥?、通用型微處理器和位片式微處理器。小型PLC基本使用8位的通用型微處理器或者單片微處理器；中型PLC使用16位通用型微處理器或單片微處理器；高速位片式微處理器基本為大型PLC所使用。 當(dāng)前，小型PLC為單C

18、PU操作系統(tǒng)，而中、大型PLC則很多都為雙CPU操作系統(tǒng)，少數(shù)PLC中更擁有8個(gè)CPU。對(duì)于雙CPU系統(tǒng)，其中一個(gè)是字處理器，使用8位或16位的處理器；第二個(gè)是位處理器，使用由專門(mén)廠家設(shè)計(jì)制造的特定芯片。字處理器作為主處理器，其作用是執(zhí)行編程器的接口功能，監(jiān)控內(nèi)部定時(shí)器和掃描程序時(shí)間，完成字節(jié)指令還有對(duì)總線和位處理器進(jìn)行程序控制。位處理器作為從處，主要工作是處理位操作指令和機(jī)器語(yǔ)言與PLC編程語(yǔ)言之間的轉(zhuǎn)換。使用位處理器,可提升PLC的穩(wěn)定及運(yùn)行速度，使PLC能更好地完成控制指標(biāo)。（2）儲(chǔ)存器有兩種儲(chǔ)存器：第一種是隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，它可能完成讀寫(xiě)操作，第二種是只讀存儲(chǔ)器ROM、PROM.、EP

19、ROM等，并不能進(jìn)行寫(xiě)操作。在可編程控制器中，存儲(chǔ)器主要作用是存儲(chǔ)用戶程序、工作數(shù)據(jù)及系統(tǒng)程序等內(nèi)容。 PLC的控制對(duì)象決定用戶程序的編寫(xiě)，用戶根據(jù)產(chǎn)品的工藝控制要求來(lái)寫(xiě)出符合要求的控制程序。為了方便程序讀寫(xiě)、檢查和修改，用戶程序一般保存在CMOS靜態(tài)存儲(chǔ)器中，使用鋰電池當(dāng)作備用電源，保障斷電時(shí)不會(huì)失去重要信息。還需防止各種外界干擾對(duì)RAM中程序的擾動(dòng)，當(dāng)用戶程序運(yùn)行一段時(shí)間，沒(méi)有問(wèn)題不用再次修改時(shí)，就可將其固定在只讀存儲(chǔ)器EPROM中。工作數(shù)據(jù)是PLC運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中時(shí)常發(fā)生變化、存取的部分?jǐn)?shù)據(jù)。儲(chǔ)存在RAM中，滿足隨機(jī)存取的要求。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之中，放有存放輸入/輸出繼電器、定時(shí)器、輔助繼電器、計(jì)

20、數(shù)器等邏輯元件的存儲(chǔ)空間，這些器件的工作狀態(tài)是以用戶程序的初始狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)而決定的。根據(jù)要求，部分工作數(shù)據(jù)在斷電后使用備用電池維持正常的工作狀態(tài)，這部分在斷電時(shí)可以存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。 系統(tǒng)程序是PLC的生產(chǎn)廠家開(kāi)發(fā)出來(lái)的，與系統(tǒng)的硬件組成相關(guān)，進(jìn)行診斷系統(tǒng)、命令翻譯、功能子程序調(diào)用管理、邏輯算法、通訊和各種參數(shù)整定等功能，提供系統(tǒng)的運(yùn)行空間。系統(tǒng)的程序決定了到PLC的性能，而且在PLC運(yùn)行過(guò)程中并不會(huì)修改程序，因此是生產(chǎn)廠家直接固定在只讀存儲(chǔ)器中，用戶不能進(jìn)行訪問(wèn)及修改。 因?yàn)橄到y(tǒng)整體程序和工作的數(shù)據(jù)與用戶沒(méi)有直接關(guān)系，因此在PLC使用手冊(cè)內(nèi)所闡述的存儲(chǔ)器的形式和容量是指

21、用戶程序的存儲(chǔ)空間。當(dāng)PLC所提供的用戶存儲(chǔ)器容量不夠用的時(shí)候，許多PLC還有存儲(chǔ)器擴(kuò)展功能單元。（3）輸入輸出單元輸入/輸出單元一把又叫I/O單元或I/O模塊，是PLC與工作現(xiàn)場(chǎng)之間的接連元件。PLC經(jīng)過(guò)輸入接口可以檢查被控對(duì)象的全部數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)當(dāng)作PLC控制被控制對(duì)象的依據(jù)； PLC又經(jīng)過(guò)輸出接口把處理的結(jié)果發(fā)送給被控制目標(biāo)，來(lái)達(dá)到控制目標(biāo)。因?yàn)橥獠康妮斎牒洼敵鲈O(shè)備需求的電平信號(hào)是各不相同的，但是PLC內(nèi)部CPU處理的信號(hào)只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，因此I/O接口需要完成這種信號(hào)的轉(zhuǎn)換。I/O接口正常來(lái)說(shuō)都擁有光電隔離作用和濾波能力，來(lái)提高PLC的抗干擾性能。除此之外，I/O接口上一般還擁有狀態(tài)指

22、示功能，工作狀態(tài)直觀便于查看，維護(hù)簡(jiǎn)單。PLC供給了許多操作電平信號(hào)和驅(qū)動(dòng)功能的I/O接口，有功能很多的I/O接口讓用戶選取。I/O接口的主要類(lèi)型有：數(shù)字信號(hào)輸入、數(shù)字信號(hào)輸出、模擬信號(hào)輸入、模擬信號(hào)輸出等。經(jīng)常使用的開(kāi)關(guān)量輸入接口按應(yīng)用的電源類(lèi)型不同有三種型號(hào)：直流輸入型、交流輸入型和交/直流輸入型。（4）通訊接口PLC裝有很多種訊信接口，這些通訊接口通常都擁有通信處理器。PLC通過(guò)這些通訊接口可與監(jiān)視界面、打印設(shè)備、其它PLC、計(jì)PC機(jī)等設(shè)備完成通訊。PLC與打印機(jī)連接，可將過(guò)程控制信息、系統(tǒng)參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行打印輸出；與監(jiān)視界面相連，可將控制過(guò)程圖象顯示并監(jiān)控；與其它PLC設(shè)備相接，能夠組成

23、多機(jī)體系或連成網(wǎng)絡(luò)，達(dá)成更大規(guī)模的系統(tǒng)控制。與PC機(jī)相接，可構(gòu)成多級(jí)分布系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與經(jīng)管共同完成任務(wù)。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須安裝對(duì)應(yīng)的通訊接口模塊。（5）智能接口模塊智能接口模塊可以說(shuō)是獨(dú)立的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它擁有獨(dú)自的CPU、程序儲(chǔ)存器、系統(tǒng)程序以及與PLC系統(tǒng)總線相連接的接口模塊。它作為PLC系統(tǒng)的模塊，通過(guò)總線與PLC相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，并在PLC的協(xié)助管理下獨(dú)立地完成工作。PLC的智能接口模塊種類(lèi)多種多樣，有高速計(jì)數(shù)模塊、中斷控制模塊等。（6）編程器編程器是可編程序控制器系統(tǒng)的人機(jī)接口，用于用戶工作程序的編寫(xiě)、調(diào)試功能和監(jiān)控功能等。還可以經(jīng)過(guò)鍵盤(pán)去選取和顯示PLC的一些內(nèi)部

24、狀態(tài)信號(hào)和系統(tǒng)工作參數(shù)。它通過(guò)通訊接口與CPU相連，完成人機(jī)交互功能。編程器上有給編寫(xiě)程序使用的各類(lèi)功能鍵和指示燈和編寫(xiě)、監(jiān)控轉(zhuǎn)換按鈕。編程器的鍵盤(pán)使用梯形圖語(yǔ)言鍵符，還能夠使用軟件指定的功能鍵符，經(jīng)過(guò)屏幕編寫(xiě)方式進(jìn)行程序編寫(xiě)。 編程器有兩種類(lèi)型一為簡(jiǎn)易型另一種是智能型。簡(jiǎn)易型只能進(jìn)行連機(jī)編寫(xiě)程序，智能型既可連機(jī)編程還能脫機(jī)編程。而且前者需要輸入梯形圖的語(yǔ)言鍵符較為繁瑣，后者直接輸入梯形圖即可。根據(jù)不同要求的PLC選用對(duì)應(yīng)的編程器。（7）電源PLC使用220V的交流源或者24V的直流源， PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路由PLC內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源來(lái)供給，大小為5V、12V和24V直流電源，使PLC

25、能進(jìn)行正常工作。PLC特點(diǎn)：（1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)對(duì)控制設(shè)備的需求精度跟高，要擁有強(qiáng)大的抗干擾性能和很高的可靠性能，能在惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定地進(jìn)行工作，發(fā)生故障的概率小，故障修復(fù)所需時(shí)間較短。這也是 PLC控制強(qiáng)于微機(jī)控制很重要的優(yōu)點(diǎn)。例如三菱公司F2-2N系列PLC故障時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá)三十萬(wàn)小時(shí)以上，而 A系列的PLC可靠性能比F2系列更好。PLC 控制系統(tǒng)正常來(lái)說(shuō)有兩種發(fā)生故障的因素：第一種是突發(fā)性故障，是由工作環(huán)境過(guò)于惡劣引起的，這種故障只要不使得硬件設(shè)備的損壞，當(dāng)工作環(huán)境變?yōu)檎r(shí)，系統(tǒng)也會(huì)隨之恢復(fù)正常工作，但由于PLC受到環(huán)境干擾后，內(nèi)部的信息被干擾，必須從初始狀態(tài)再次

26、開(kāi)啟。另一種是永久性故障，是由于硬件損壞引起的。（2）編程簡(jiǎn)單，使用方便 這是PLC 優(yōu)于微機(jī)的一大特點(diǎn)。目前大部分PLC使用繼電控制方式的梯形圖編程，控制線路不僅簡(jiǎn)單明了，又符合現(xiàn)場(chǎng)工作人員的讀圖習(xí)慣和微機(jī)操作水平，便于學(xué)習(xí)和編寫(xiě)，與常用的匯編語(yǔ)言對(duì)比，更容易讓人接受。進(jìn)一步簡(jiǎn)化編程，當(dāng)今的 PLC還針對(duì)具體問(wèn)題設(shè)計(jì)了步進(jìn)梯形指令、功能指令等。 PLC是給現(xiàn)場(chǎng)操作人員而開(kāi)發(fā)的，正常來(lái)說(shuō)短時(shí)間內(nèi)就能學(xué)會(huì)使用。而微電腦控制系統(tǒng)則需要工作人員擁有一定知識(shí)閱歷。當(dāng)然，PLC的軟件編程，需要有相關(guān)的專業(yè)人員的幫助。（3）控制程序可變，具有很好的柔性 在生產(chǎn)線配置更新或工藝流程變更的狀況下，不需要更改P

27、LC系統(tǒng)的硬件設(shè)備，只要重新編寫(xiě)程序就可以完成新的工藝需求。所以PLC才能取代繼電器成為新的控制方式，并且擁有其所不具有的至關(guān)重要的優(yōu)點(diǎn)。因此PLC除了作用于單機(jī)控制方式外，在柔性制造系統(tǒng)，甚至工廠的自動(dòng)化系統(tǒng)中也被大量應(yīng)用。（4）功能完善 現(xiàn)代PLC具有數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)兩種輸入輸出、邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、功率啟動(dòng)、通訊、人機(jī)交互、自我檢測(cè)、記錄功能、顯示能力，設(shè)備水平提高顯著。（5）擴(kuò)充方便，組合靈活 PLC擁有多種擴(kuò)充模塊，可以極大程度應(yīng)用于不同現(xiàn)場(chǎng)控制端需要的不同輸入輸出模式的硬件系統(tǒng)。（6）減少控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作量 因?yàn)镻LC使用軟件編程來(lái)達(dá)到正常工作的控制要求，有別于繼電器

28、控制使用接線來(lái)達(dá)成控制要求，于此同時(shí)PLC還能進(jìn)行模擬調(diào)整，操作性和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)能力進(jìn)一步加強(qiáng)，這些都減少了許多的工作量。（7）體積小、重量輕 飯盒大小的PLC具有相當(dāng)于冰箱大小的繼電器控制柜的控制功能，節(jié)能在百分之五十以上。 因?yàn)镻LC是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的結(jié)構(gòu)精密、堅(jiān)硬、體積精巧，并且因?yàn)榫哂泻軓?qiáng)的抗干擾性能，可便捷的將其安裝在機(jī)械上，因此很容易達(dá)成電機(jī)一體化，是較為理想的控制設(shè)備。因?yàn)镻LC擁有了上面的特點(diǎn)，它將微計(jì)算機(jī)和繼電器技術(shù)完美地相結(jié)合在一起，新型的PLC硬件系統(tǒng)，還把直接數(shù)字控制技術(shù)添加上，并具有監(jiān)控計(jì)算機(jī)的能力。因此它的利用囊括了大部分的生產(chǎn)企業(yè)，PLC能改變傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備成為機(jī)電

29、一體化的新生代設(shè)備，又能用于生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的簡(jiǎn)便、快捷、高產(chǎn)與降低成本?？偠灾?，PLC技術(shù)體現(xiàn)了目前電氣控制的自動(dòng)化水平，PLC技術(shù)與數(shù)控技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已成為機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。3.1.2 PLC選型原則 PLC 的具體選型跟據(jù)是：工藝流程的工作方式及其應(yīng)用需求。PLC 需要與系統(tǒng)的其它設(shè)備及軟件相互連接，易于完成功能擴(kuò)展。因此選型的時(shí)候，我們需具體的分析工業(yè)控制流程，來(lái)保證能完整的達(dá)成控制目的。在確定了被控對(duì)象和控制要求及控制范圍之后，分析PLC控制的系統(tǒng)設(shè)備要工作的具體內(nèi)容，根據(jù)以上幾點(diǎn)，首先對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行估計(jì)，對(duì)程序數(shù)目或存儲(chǔ)器容量估計(jì)。然后確定 PL

30、C 需要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能，了解被控設(shè)備特性。最后還要考慮硬件的性價(jià)比和工程預(yù)算7。PLC選型指標(biāo)如下：（1） I/O 點(diǎn)數(shù)估計(jì)對(duì)I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行估算時(shí)需考慮一些的被用量，一般來(lái)說(shuō)根據(jù)輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)，以后的擴(kuò)展，再添加百分之十到二十的可擴(kuò)展接口，作為點(diǎn)數(shù)估算依據(jù)。I/O點(diǎn)數(shù)是PLC的首要指標(biāo)。適當(dāng)?shù)倪x擇I/O點(diǎn)數(shù)不僅可以滿足系統(tǒng)控制要求又可以使系統(tǒng)總投資降低。（2） 存儲(chǔ)容量預(yù)估存儲(chǔ)器的容量是可編程序邏輯控制器自己擁有的硬件存儲(chǔ)單元的大小，存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用程序使用的存儲(chǔ)單元的容量叫程序容量，所以存儲(chǔ)器容量大于程序容量。開(kāi)發(fā)編程的時(shí)候，因?yàn)橛脩魬?yīng)用程序尚未編寫(xiě)，所以，程序容量在此時(shí)是不可計(jì)量的，只

31、有在程序調(diào)試完成之后才能計(jì)算。在選型時(shí)通常需要對(duì)程序容量有必要的估算，一般以估算存儲(chǔ)器的容量來(lái)代替。存儲(chǔ)器內(nèi)部的容量估算沒(méi)有具體的方式，很多書(shū)本資料中給出很多不同的公式，總體上就是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的十到十五倍與上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的一百倍之和，以此數(shù)作為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)，依據(jù)上頭總字?jǐn)?shù)再按此數(shù)的25%考慮余量。（3） 控制功能選擇該選取包括運(yùn)算功能、控制.功能、通信.功能、編程.功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。簡(jiǎn)單PLC能進(jìn)行邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)等運(yùn)算能力；普通 PLC不僅有上面的能力還包括數(shù)據(jù)比較、移位等運(yùn)算能力；再?gòu)?fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞等能力；大型PLC 中還可以進(jìn)行模擬量的PI

32、D運(yùn)算以及其余高級(jí)運(yùn)算能力。由于開(kāi)放系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，目前PLC全都擁有通信功能，有些PLC可以與下位機(jī)進(jìn)行通訊，有些PLC擁有與上位機(jī)的通訊能力，還有些PLC能與工作現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)網(wǎng)站進(jìn)行通訊的功能。選型時(shí)需要從實(shí)際工作的要求分析，適當(dāng)選用合適的運(yùn)算能力。大多數(shù)工作場(chǎng)合，僅僅只要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能即可，有些工作需要數(shù)據(jù)傳遞和比對(duì)，需要模擬量檢測(cè)和控制時(shí)，才運(yùn)用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運(yùn)算等。需要顯示數(shù)值時(shí)才用譯碼和編碼等運(yùn)算。控制功能可概括為PID控制、前饋補(bǔ)償控制、比值控制運(yùn)算等功能，應(yīng)根據(jù)具體控制需求決定。PLC大都運(yùn)用于順序邏輯控制，所以，模擬量的控制問(wèn)題可以使用單回路或多回路控制器來(lái)解決

33、，偶爾也會(huì)使用專用的智能模塊單元進(jìn)行所需的控制功能，提高PLC的運(yùn)行速度和節(jié)省存儲(chǔ)器空間。例如使用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器單元、帶溫度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC 碼轉(zhuǎn)換單元等。PLC與工控機(jī)和人機(jī)交互界面之間傳遞指令和數(shù)據(jù)都需要通過(guò)通訊方式，大多數(shù)情況下使用RS232通訊方式就可以。但是加油站通訊距離略長(zhǎng)，此時(shí)可使用RS485通訊方式，所以PLC需要能夠在通訊方式上靈活簡(jiǎn)便的改變。離線編程方式：PLC和編程器共用一個(gè)CPU，編程器在進(jìn)行編程中，CPU 只為編程器進(jìn)行處理，并不控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。編程結(jié)束后，將其切換到運(yùn)行方式，CPU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，不可進(jìn)行程序編輯。此方法可降低系統(tǒng)成本及運(yùn)行費(fèi)

34、用，但不能同時(shí)進(jìn)行兩種工作。在線編程方式：控制工作和編程器有各自的CPU，主機(jī)CPU進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制工作，并在接下來(lái)的一個(gè)掃描周期與編程器的數(shù)據(jù)交互，編程器將編寫(xiě)的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)CPU，接下來(lái)的掃描周期，主機(jī)就會(huì)按照新的程序進(jìn)行工作。這種方式成本比上一種高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作簡(jiǎn)便，在大中型PLC中常常被使用。PLC的診斷功能包含硬件和軟件兩部分。硬件診斷通過(guò)硬件的邏輯信號(hào)判定確定硬件的故障地點(diǎn)，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。經(jīng)過(guò)軟件對(duì)PLC內(nèi)部的性能和功能程序進(jìn)行診斷叫內(nèi)診斷，經(jīng)過(guò)軟件對(duì)PLC的CPU與外部I/O模塊信息交換功能進(jìn)行診斷叫外診斷。PLC的診斷能力的大小，直接影響對(duì)工作人員技術(shù)水平的

35、要求，并影響維修所需時(shí)間。PLC采用掃描方式工作。從實(shí)效性要求來(lái)說(shuō)，處理信息速度越快越好，若是掃描時(shí)間大于信號(hào)持續(xù)時(shí)間，該信號(hào)就不能被PLC掃描到，會(huì)丟失信號(hào)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)處理速度與用戶程序的大小、CPU處理速度、軟件等相關(guān)?，F(xiàn)在，PLC觸點(diǎn)響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約0.20.4Ls，所以能適應(yīng)高要求的控制、相應(yīng)要求快的系統(tǒng)要求。處理器掃描周期需要適應(yīng)要求：小型PLC的掃描時(shí)間小于等于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時(shí)間小于等于0.2ms/K。（4） 機(jī)型的選擇若按結(jié)構(gòu)來(lái)分PLC可分為模塊型和整體型，按使用場(chǎng)合可分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝；按CPU字節(jié)長(zhǎng)度分為1位、4位、8位、16位

36、、32位等。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)是不能改變的，所以用戶選擇的種類(lèi)很少，可用在微型控制系統(tǒng)上；模塊型PLC有很多I/O擴(kuò)展模塊，因此用戶可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇和配置控制系統(tǒng)的模塊，功能擴(kuò)展簡(jiǎn)便快捷，可用于大中型控制系統(tǒng)。輸入輸出模塊的選取要與系統(tǒng)要求一致。例如對(duì)于輸入模塊，應(yīng)考慮電平信號(hào)、信號(hào)傳送距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電形式等工作需求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選取的輸出模塊類(lèi)型，一般來(lái)說(shuō)繼電器輸出模塊的價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，性價(jià)比一般；可控硅輸出模塊適用于經(jīng)常開(kāi)關(guān)設(shè)備和電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)所，但價(jià)格昂貴，過(guò)載能力很差。輸出模塊具有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等方式，與

37、系統(tǒng)要求應(yīng)一致。可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，適當(dāng)?shù)倪x取智能型模塊，來(lái)提高控制水平和降低設(shè)備成本?？紤]是否要擴(kuò)展接口或遠(yuǎn)程I/O接口等。PLC的電源，除引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)要求選取外，通常PLC的供電電源應(yīng)使用220VAC電源，與國(guó)家電網(wǎng)的電壓相同。在不能斷電的工作現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)使用不間斷電源或穩(wěn)壓電源。若PLC設(shè)備擁有自帶電源時(shí)，應(yīng)校對(duì)提供的電源是否能符合現(xiàn)場(chǎng)要求，若不符合則要設(shè)計(jì)外接電源。為防止外部高壓電源由于誤操作而進(jìn)入PLC設(shè)備，針對(duì)輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行隔離是要有的，不緊急的情況下可使用二極管和熔絲進(jìn)行保護(hù)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)集成芯片發(fā)展迅速，存儲(chǔ)器的市場(chǎng)價(jià)格已下降很多，是以，為了使工程項(xiàng)目

38、的正常運(yùn)營(yíng)，一般需要PLC的存儲(chǔ)容量，按至少選8K存儲(chǔ)器來(lái)選取。當(dāng)要進(jìn)行復(fù)雜控制時(shí)，該選取容量更大，性能更好的存儲(chǔ)器。選取PLC時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮性價(jià)比?？紤]價(jià)格方面時(shí)，要一同考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可操作性、等成分，進(jìn)行對(duì)比和統(tǒng)籌，最后選取更為適合的產(chǎn)品。輸入輸出模塊對(duì)價(jià)格有直接影響。每添加一塊I/O口模塊就要增加很多的開(kāi)支。當(dāng)I/O點(diǎn)數(shù)增加到一定地步后，對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器容量等參數(shù)也要根據(jù)它來(lái)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選取、存儲(chǔ)器容量選取、控制功能范圍界定等方面都有很大影響。在預(yù)算和選用時(shí)需謹(jǐn)慎考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性價(jià)比8。3.1.3 具體選型現(xiàn)在市場(chǎng)中使用最多的PLC品牌有歐姆龍、三菱和

39、西門(mén)子等。歐姆龍PLC包括小型機(jī)，中型機(jī)，大型機(jī)三種。CPM1A為微型機(jī)其組成結(jié)構(gòu)精密、成本較低，在CPU之中配備了十到四十各點(diǎn)的輸入輸出端口，是組建型一體化的PLC硬件。添加了能進(jìn)行平穩(wěn)輸入輸出功能的輸入濾波功能、迅速響應(yīng)輸入功能、外部中斷輸入功能、高速計(jì)數(shù)器等能力，模擬定時(shí)器能力使用快速閃存，不需要電池的內(nèi)存支持得以實(shí)現(xiàn)，維護(hù)簡(jiǎn)便快捷。但擴(kuò)展單元有限且通訊模塊并不穩(wěn)定。三菱PLC是三菱電機(jī)在生產(chǎn)的主力產(chǎn)品。三菱PLC在市面上常見(jiàn)的有以下型號(hào)： FX1N、X1S、X2N、FX3U、FX2NC 、R-A 和R-Q等，三菱的優(yōu)勢(shì)在于離散控制和運(yùn)動(dòng)控制，三菱PLC的指令非常多，有專門(mén)用于定位的指令

40、，控制步進(jìn)易于控制簡(jiǎn)單靈活，進(jìn)行復(fù)雜的動(dòng)作控制也是三菱系列PLC的長(zhǎng)處，但是三菱系列PLC的模擬量擴(kuò)展模塊價(jià)格十分貴。在這方面SIAMTIC擴(kuò)展模塊擁有很大的優(yōu)點(diǎn)，買(mǎi)回來(lái)直接可以使用，與系統(tǒng)的兼容性好，可以在惡劣情況下進(jìn)行工作，模塊還可以進(jìn)行擴(kuò)充和開(kāi)發(fā)升級(jí)。SIAMTIC的硬件抗震性能非常好，由集中式和分布式I/O接口控制。SIAMTIC功能全面，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，品質(zhì)好，市場(chǎng)好評(píng)率高。SIAMTIC擁有結(jié)構(gòu)化的編程形式，支持多種通訊協(xié)議。另外SIAMTIC系列適用于多種觸摸屏和組態(tài)軟件方便現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的集成與通訊，對(duì)于擴(kuò)展模塊其研發(fā)了很多種，減輕了工作人員的負(fù)擔(dān)。圖3-2 S7-200PLC實(shí)物圖F

41、ig.3-2 S7-200PLC physical map考慮到加油站的綜合因素，對(duì) PLC系統(tǒng)運(yùn)算效率要求不是很高，由于安裝方便和可擴(kuò)展原則，應(yīng)該選用一小體型PLC。S7-200適用于制造機(jī)械設(shè)備或作為獨(dú)立的解決方法，是微型自動(dòng)化系統(tǒng)的組成部分，PLC的組態(tài)軟件可用STEP 7 Micro/WIN，S7-200應(yīng)用于性能要求不高的自動(dòng)化工作。它是低成本的微型系統(tǒng)。3.1.4 S7-200介紹S7-200 是小型的可編程序控制器，可應(yīng)用于很多行業(yè)，用來(lái)檢測(cè)、監(jiān)控各種現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程控制及工作狀態(tài)。S7-200系列能力非常強(qiáng)大，不管是在獨(dú)立運(yùn)行下，還是連接成網(wǎng)絡(luò)，都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能控制。因此S7-200

42、系列PLC擁有很高的性價(jià)比。CPU 221具有6輸入/4輸出總數(shù)為10個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。不能進(jìn)行I/O擴(kuò)展。程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間有6K字節(jié)。單獨(dú)的30kHz高速計(jì)數(shù)器4個(gè)，單獨(dú)的20kHz高速脈沖輸出2路。RS485通訊接口1個(gè)，服從PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議還擁有自由方式通訊能力。十分適合小點(diǎn)數(shù)控制系統(tǒng)使用的微型控制器。CPU 222具有8輸入/6輸出總數(shù)為14個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇M(jìn)行模塊擴(kuò)展，可插兩個(gè)擴(kuò)展模塊。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。單獨(dú)的30kHz高速計(jì)數(shù)器4個(gè)，單獨(dú)的20kHz高速脈沖輸出2路。RS485通訊接口1個(gè)，服從PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。也是十分

43、符合小點(diǎn)數(shù)控制要求的微型控制器。CPU 224具有14輸入/10輸出總數(shù)為24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？梢赃M(jìn)行7個(gè)模塊的擴(kuò)展，最大可擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O接口或35路模擬量I/O接口。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。擁有單獨(dú)的30kHz高速計(jì)數(shù)器6個(gè)，單獨(dú)的20kHz高速脈沖輸出2路，還擁有PID控制器。1個(gè)RS485通訊接口，服從PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可進(jìn)行總體拆裝。是一款具有很強(qiáng)控制性能的控制器。CPU 224XP具有14輸入/10輸出總數(shù)為24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，擴(kuò)展模塊共有7個(gè)，最大可以擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O接口

44、或38路模擬量I/O接口。20K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。具有6個(gè)100KHz的獨(dú)立高速計(jì)數(shù)器，2個(gè)100KHz的高速脈沖輸出，2個(gè)RS485通訊接口，服從PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。本機(jī)還添加了多種能力，如內(nèi)置模擬量I/O接口,自我整定PID功能，線性斜坡脈沖命令，診斷LED命令，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。是擁有模擬量I/O和強(qiáng)大控制能力的一種新型CPU。本系統(tǒng)中PLC選擇西門(mén)子公司S7-200系列的CPU226，S7-200是西門(mén)子公司的小型編程程序控制器，可以單機(jī)控制，也能夠進(jìn)行輸入和輸出功能模塊的擴(kuò)充，結(jié)構(gòu)精巧，可靠性能較高，運(yùn)行速度夠快，有很多不同的指令，擁有多種集成功能以

45、及實(shí)時(shí)特性。S7-200系列CPU通信接口是RS485，不需要外接擴(kuò)展通信模塊，只要接入與其相匹配的電纜即可進(jìn)行通信，三種通信方式分別為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口的PPI通訊協(xié)議、自由通訊接口和多點(diǎn)接口的MPI通訊協(xié)議。本機(jī)擁有24輸入/16輸出總數(shù)為40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。可以進(jìn)行7個(gè)模塊的擴(kuò)展，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。單獨(dú)的30kHz高速計(jì)數(shù)器6個(gè)，單獨(dú)的20kHz高速脈沖輸出有2路，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊接口，服從三種通訊協(xié)議PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O接口可很容易進(jìn)行總體拆裝。可在較高要求的控制系

46、統(tǒng)中使用，具有更多的輸入/輸出接口，更好的擴(kuò)展模塊，更快的運(yùn)行速度以及更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完適應(yīng)于一些復(fù)雜中小型控制系統(tǒng)。模擬量輸入模塊（EM231）模擬量輸入模塊即是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為PLC所能接收的數(shù)字信號(hào)的模塊。生產(chǎn)過(guò)程中的模擬信號(hào)具有很多種，其擁有不同的信號(hào)類(lèi)型和參數(shù)。因此，通常先用現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)變送器將模擬信號(hào)變換成標(biāo)準(zhǔn)的電流電壓信號(hào)（電流信號(hào)為420mA直流信號(hào)、電壓信號(hào)為15V的直流信號(hào)）然后將其送入模擬量輸入模塊把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，使得PLC的CPU能對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理。 圖3-3 EM231模擬量輸入模塊端子接線圖Fig.3-3 EM231 analog input modu

47、le terminal diagrams模擬量輸入模塊（EM231）具有4個(gè)模擬量輸入接口，每個(gè)使用存儲(chǔ)區(qū)域2個(gè)字節(jié)。該模塊模擬量的輸入信號(hào)是只讀信號(hào)。電壓輸入分為單極型和雙極性：前者為010V、05V；后者為-5+5V、-2.5+2.5V,電流輸入范圍020mA。模擬量到數(shù)字量所需轉(zhuǎn)換時(shí)間為250us，此模塊的電源為直流24V，可由CPU模塊的傳感器電源DC24V/400mA直接提供，也可由用戶供給外接電源。EM231模擬量輸入模塊上有12個(gè)接線端子，每3個(gè)為一組，可作為一路模擬量輸入通道，電壓信號(hào)只用兩個(gè)端子即可完成,而電流信號(hào)需用3個(gè)端子才能完成。其中RC與C+端子短接，對(duì)于未用的輸入通

48、道需要短接。模塊下部左端M、L+兩應(yīng)接入DC24V電源。3.2 IC卡以及讀寫(xiě)設(shè)備選型3.2.1 IC卡分類(lèi)及簡(jiǎn)介IC 卡可以成為個(gè)人身份辨認(rèn)的一種手段，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它的利用己經(jīng)深入到列國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)生產(chǎn)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，將來(lái)更有著更為巨大的發(fā)展?jié)摿?。它是由擁有保存、?jì)算、加密等功能的集成電路芯片壓制制作成的，可以進(jìn)行保密、存儲(chǔ)、傳遞、修改數(shù)據(jù)。將 IC 卡和其他設(shè)備連接成一個(gè)系統(tǒng)就能提供各種各樣的服務(wù)功能。根據(jù) IC 卡的硬件組成和卡片數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)方法來(lái)分類(lèi)，IC 卡可以分為接觸式 IC 卡、非接觸式 IC 卡和雙界面卡 3 種。在使用過(guò)程中需要將讀寫(xiě)設(shè)備的觸頭和卡的觸頭互相接觸觸

49、之后便可進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的叫做接觸型 IC 卡。它通過(guò)電極觸點(diǎn)把卡的集成電路與外部接口電路直接接觸連接來(lái)完成數(shù)據(jù)交互。非接觸型IC卡增加了射頻發(fā)射電路，將卡中集成電路設(shè)備與外部接口設(shè)備進(jìn)行通訊，卡片不需要直接接觸接口設(shè)備的觸頭就可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)修改。雙界面卡結(jié)合了以上兩種讀寫(xiě)技術(shù)于自身，可靈活用在各種場(chǎng)合。（1）非接觸式IC卡非接觸式IC卡又叫做射頻卡，由芯片和感應(yīng)天線結(jié)合而成，封閉在一個(gè)PVC卡片之中，芯片和天線均無(wú)任何部分外露。是全球最近幾年開(kāi)發(fā)出來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，它成功的把射頻辨認(rèn)技術(shù)和IC卡技術(shù)聯(lián)合起來(lái)，使得無(wú)源和免接觸這兩個(gè)問(wèn)題不再是難題，是電子器件范疇內(nèi)的重大突破?？ㄆ谝欢ň嚯x范圍內(nèi)

50、貼近讀卡器表面，通過(guò)無(wú)線電波的來(lái)傳遞數(shù)據(jù)完成讀寫(xiě)操作。射頻讀寫(xiě)器向IC卡發(fā)送固定頻率的電磁波，卡片內(nèi)設(shè)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)射的頻率一致，這樣在電磁波觸發(fā)下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，電容內(nèi)部產(chǎn)生電荷；在這個(gè)電荷的另一端，連接一個(gè)電子泵，此電子泵為單向?qū)?，把電容?nèi)的電荷輸送到另一個(gè)電容內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)電容內(nèi)的電荷存到2V時(shí)，此電容可成為電源為其它電路進(jìn)行供電操作，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫(xiě)器的工作數(shù)據(jù)。非接觸性IC卡與讀卡器之間通過(guò)無(wú)線電波來(lái)完成讀寫(xiě)操作。二者之間的通訊頻率為13.56MHZ。非接觸性IC卡本身是無(wú)源卡，當(dāng)讀寫(xiě)器對(duì)卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，讀寫(xiě)器發(fā)出的信號(hào)由兩部分疊加組

51、成:一部分是電源信號(hào)，該信號(hào)由卡接收后，與本身的L/C產(chǎn)生一個(gè)瞬間能量來(lái)供給芯片工作。另一部分則是指令和數(shù)據(jù)信號(hào)，指揮芯片完成數(shù)據(jù)的讀取、修改、儲(chǔ)存等，并返回信號(hào)給讀寫(xiě)器,完成一次讀寫(xiě)操作。讀寫(xiě)器則一般由單片機(jī)，專用智能模塊和天線組成，并配有與PC的通訊接口，打印口，I/O口等，以便應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。（2）接觸式IC卡接觸式IC卡是通過(guò)讀寫(xiě)設(shè)備的觸點(diǎn)與芯片的觸點(diǎn)接觸后進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)?？ㄆ瑑?nèi)封裝的集成電路芯片，可以紀(jì)錄并刷新所存儲(chǔ)內(nèi)容。在使用時(shí)，通過(guò)有形的電極觸電將卡的集成電路與外部接口設(shè)備直接接觸連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。接觸式IC卡是獲取工作電壓的原理：接觸式IC卡通過(guò)其表面的金屬電極觸點(diǎn)將卡的集成

52、電路與外部接口電路直接接觸連接，由外部接口電路提供卡內(nèi)集成電路工作的電源。接觸式IC卡與讀寫(xiě)器交換數(shù)據(jù)的原理：接觸式IC卡通過(guò)其表面的金屬電極觸點(diǎn)將卡的集成電路與外部接口電路直接接觸連接，通過(guò)串行方式與讀寫(xiě)器交換數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)容量大：其內(nèi)部有RAM、ROM、EEPROM、等存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量可以到兆字節(jié)，可存儲(chǔ)文字、聲音、圖形、圖象、等各種信息。體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，便于攜帶，易于使用。安全性高：IC卡從硬件和軟件等幾個(gè)方面實(shí)施其安全策略，可以控制卡內(nèi)不同區(qū)域的存取特性。加密IC卡本身具有安全密碼，如果試圖非法對(duì)之進(jìn)行數(shù)據(jù)存取則卡片自毀，不可再進(jìn)行讀寫(xiě)。對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求不高：IC卡的安全可靠性使其

53、在應(yīng)用環(huán)境中對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、敏感性要求降低，十分符合當(dāng)前國(guó)情，有利于在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不高的環(huán)境中使用。（3）雙界面卡雙界面卡是由PVC層合芯片線圈而成，基于單芯片的，集接觸式與非接觸式接口為一體的智能卡，它有兩個(gè)操作界面，對(duì)芯片的訪問(wèn)，可以通過(guò)接觸方式的觸點(diǎn)，也可以通過(guò)相隔一定距離，以射頻方式來(lái)訪問(wèn)芯片?？ㄆ现挥幸粋€(gè)芯片，兩個(gè)接口，通過(guò)接觸界面和非接觸界面都可以執(zhí)行相同的操作。兩個(gè)界面分別遵循兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)，接觸界面符合ISO/IEC 7816；非接觸符合ISO/IEC 14443。雙界面卡/CPU卡(TimeCOS/DI)是基于單芯片的、集接觸式與非接觸式接口為一體的智能卡，這兩種接口共享

54、同一個(gè)微處理器、操作系統(tǒng)和 EEPROM。卡片包括一個(gè)微處理器芯片和一個(gè)與微處理器相連的天線線圈，由讀寫(xiě)器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)提供能量，通過(guò)射頻方式實(shí)現(xiàn)能量供應(yīng)和數(shù)據(jù)傳輸?？ㄆС侄鄳?yīng)用：一張卡片可以集成多個(gè)不同應(yīng)用多行業(yè)、多應(yīng)用同時(shí)發(fā)卡。應(yīng)用靈活、方便，根據(jù)不同應(yīng)用條件和要求，可任選采用接觸或非接觸交易方式，降低運(yùn)營(yíng)成本； 適用于交易量大，交易時(shí)間短，交易過(guò)程無(wú)需等候的試用環(huán)境中；機(jī)具全封閉，適用于惡劣工作環(huán)境和自助消費(fèi)場(chǎng)所，抗破壞和抗干擾能力強(qiáng)；適用于對(duì)安全性要求高的系統(tǒng),可作為金融電子錢(qián)包應(yīng)用；卡片防沖突機(jī)制，允許多張卡片同時(shí)進(jìn)入交易區(qū)；與傳統(tǒng)接觸式設(shè)備完全兼容，可在其上直接使用。3.2.2 I

55、C卡選型圖3-4 SLE4428型IC卡Fig.3-4 SLE4428 IC card由于現(xiàn)場(chǎng)加油時(shí)間較長(zhǎng)并且要求卡一直在讀卡器內(nèi)，因此不能選擇非接觸式卡，否則可以隨意拿走或無(wú)意碰掉后中斷加油，所以我們選擇了應(yīng)用普遍、性價(jià)比較高的接觸式 IC卡。目前，市場(chǎng)上有很多種類(lèi)的 IC 卡，比較有代表性的有 ATMEL 公司的 AT 系列和SIEMENS 公司的 SLE 系列。美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的 24C01、24C02 等，和德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的 SLE4414、4428、4442 等產(chǎn)品。根據(jù)用戶的需求及市場(chǎng)供給情況，我們選用了德國(guó)西門(mén)子設(shè)計(jì)生產(chǎn)的邏輯加密卡 SLE4428，性價(jià)比很高，非常

56、符合我們的要求。SLE4428 是一款邏輯加密存儲(chǔ)卡，具有 2K 位的存儲(chǔ)容量和完全獨(dú)立的可編程加密代碼存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器容量較大，可以夠滿足要求。內(nèi)部具有電壓提升電路，這樣就保證了芯片能夠以單 5V 電壓供電。SLE4428 串行接口滿足 ISO7816 同步傳送協(xié)議，采用多存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、2 線連接協(xié)議，每字節(jié)編程擦寫(xiě)時(shí)間為 2.5ms。這是一款性價(jià)比優(yōu)良的 IC 卡，主要性能有：256 字節(jié)的 EEPROM；32 位保護(hù)存儲(chǔ)器；2 字節(jié)用戶密碼，密碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù) 3 次；串行口滿足 ISO7816 傳輸協(xié)議；至少 10 萬(wàn)次擦寫(xiě)；至少 10 年的數(shù)據(jù)保存時(shí)間，工作電壓為 5V9。3.2.3 IC卡讀

57、卡器選型S3接觸式智能IC卡讀寫(xiě)模塊，支持讀寫(xiě)接觸式智能卡符合ISO7816標(biāo)準(zhǔn)。可選USB接口或串口RS232聯(lián)機(jī)。符合CCID標(biāo)準(zhǔn)，可以即插即用，便于使用和安裝。10為了提高安全系數(shù)，也可選擇在讀寫(xiě)設(shè)備中配置一個(gè)符合ISO7816-3,GSM 11.11標(biāo)準(zhǔn)的SAM卡?？砂葱枨蠖ㄖ啤?另外S3讀寫(xiě)模塊，可以嵌入到大型的設(shè)備中，比如POS終端、門(mén)禁設(shè)備以及自動(dòng)販賣(mài)機(jī)等等。 接觸式智能IC卡讀寫(xiě)設(shè)備廣泛應(yīng)用于個(gè)人身份安全認(rèn)證、訪問(wèn)控制、公交電子票務(wù)、水電表系統(tǒng)、醫(yī)療收費(fèi)系統(tǒng)、停車(chē)場(chǎng)、物流以及供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域。符合GSM11.11標(biāo)準(zhǔn)的SAM卡座可調(diào)整安全級(jí)別；設(shè)備小巧輕便，方便操作；紅綠雙色指

58、示燈及蜂鳴器可起到提醒作用，避免盲目操作出現(xiàn)故障；可單獨(dú)提供接觸式讀寫(xiě)模塊，便于嵌入到大型設(shè)備中，比如POS終端、門(mén)禁設(shè)備以及自動(dòng)販賣(mài)機(jī)等等。圖3-5 S3接觸式智能IC卡讀寫(xiě)模塊Fig.3-5 S3 contactless smart IC card reader module3.3 電液閥選型作為加油站的輸油控制閥，可選的有氣動(dòng)閥、電動(dòng)閥、電磁閥、電液閥等等。閥門(mén)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用于動(dòng)力廠或核動(dòng)力廠，因?yàn)樵诟邏核到y(tǒng)需要一個(gè)平滑、穩(wěn)定和緩慢的過(guò)程。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)就是高度的穩(wěn)定和用戶可應(yīng)用的恒定的推力。電動(dòng)閥結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，更容易發(fā)生故障，且由于它的復(fù)雜性，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員的技術(shù)要求就相對(duì)要高一些；電機(jī)運(yùn)行要產(chǎn)生熱，如果調(diào)節(jié)太頻繁，容易造成電機(jī)過(guò)熱，產(chǎn)生熱保護(hù)，同時(shí)也會(huì)加大對(duì)減速齒輪的磨損；另外就是運(yùn)行較慢，從調(diào)節(jié)器