壓縮機自動控制系統(tǒng)程序設計-正文

1、本科畢業(yè)設計（論文）壓縮機自動控制系統(tǒng)程序設計第一章 可編程邏輯控制器基礎知識1. PLC概述在PLC問世之前，工業(yè)控制領域中是繼電器控制占主導地位。應用廣泛。但是傳統(tǒng)的電器控制系統(tǒng)存在體積大，可靠性低，查線和排除故障困難等缺點，特別是接線復雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝的變化的適應性差。1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）研制出世界上第一臺PLC，獲得了成功。從此，可編程控制器這一新技術迅速發(fā)展起來。1.1 PLC的定義可變程序控制器（Programmable Controller）簡稱PLC，是在電器控制技術和計算機技術的基礎上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成為以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術

2、、通信技術融為一體的新興工業(yè)控制裝置。國際電工委員會（IEC）1987年在可編程控制器標準草案第三稿中定義如下：“可變程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都應按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！?目前，PLC已被廣泛應用于各種生產(chǎn)機械和生產(chǎn)過程的自動控制中。1.2 PLC的特點PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，具有許多獨特的優(yōu)點。主要有以下特點：(1)

3、可靠性高、抗干擾能力強可靠性高、抗干擾能力強是PLC最重要的特點之一。它采用了一系列的硬件和軟件的抗干擾措施。(2)編程簡單，使用方便目前，大多數(shù)PLC采用的語言是梯形圖語言，它是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程語言。(3)通用性強，靈活性好，功能齊全PLC是通過軟件實現(xiàn)控制的，其控制程序便在軟件中，對不同的控制對象都可以采用相同的硬件進行配置。(4)設計簡單，維護方便由于PLC用軟件代替了傳統(tǒng)電氣控制硬件，控制柜的設計、安裝界限工作量大為減少。PLC的用戶程序大部分可在實驗室進行調(diào)試，縮短了應用設計和調(diào)試周期。(5)體積小、重量輕、能耗低由于采用了集成電路，實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。1.3

4、PLC分類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據(jù)其結構形式的不同、控制規(guī)模等進行大致分類。根據(jù)PLC的結構形式可分為整體式、模塊式、疊裝式三類。整體式PLC是將電源CPU、I/O接口等部件都集中在一個機箱內(nèi)；模塊式PLC是將PLC各組成部分分別做成若干個單獨的模塊；疊裝式PLC是將整體式和模塊式結合起來。按PLC的控制規(guī)模，PLC可分為小型機、中型機、大型機。小型機，控制點數(shù)小于256點，用戶程序存儲器的容量小于8K字。中型機的控制點數(shù)一般在256點-2048點范圍內(nèi)，用戶程序存儲器的容量小于50K字。大型機的控制點數(shù)在2048點以上，用戶程序存儲器的容量達50K

5、字以上。1.4 PLC現(xiàn)狀與趨勢PLC作為工控機的一員,在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。據(jù)統(tǒng)計,當今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家,生產(chǎn)300多個品種。PLC在工控機市場中占有主要地位,并保持繼續(xù)上升的勢頭。PLC在60年代末引入我國時,只用作離散量的控制,其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等,最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的PLC具有PID調(diào)節(jié)功能,它的應用已從開關量控制擴大到模擬量控制領域,廣泛地應用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但PLC也面臨著其它行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn),各廠家正采取措施不斷改進產(chǎn)品,主要表現(xiàn)為以下幾個方面：(1)微型、小型PLC功能加強很多有名

6、的PLC廠家相繼推出高速、高性能、小型、特別是微型的PLC。（2）集成化發(fā)展趨勢加強由于控制內(nèi)容的復雜化和高難度化,使PLC向集成化方向發(fā)展,PLC與PC集成、PLC與DCS集成、PLC與PID集成等,并強化了通訊能力和網(wǎng)絡化,尤其是以PC為基的控制產(chǎn)品增長率最快。（3）向開放型轉變 現(xiàn)在開發(fā)以PC為基礎、在WINDOWS平臺下,符合IEC1131-3國際標準的新一代開放體系結構的PLC。2 S7-200基本組成SIEMENS SIMATIC S7-200由基本單元(S7-200 CPU模塊),個人計算機(PC)或編程器，STEP7-Micro/WIN 32編程軟件及通信電纜組成，是疊裝式小型

7、PLC。它指令豐富、功能強大、可靠性高、適應性好、結構緊湊。如圖3-1所示：圖3-1 S7-200 PLC系統(tǒng)的構成(1）基本單元（S7-200 CPU模塊）S7-200 CPU模塊包括一個中央處理單元（CPU）、電源及數(shù)字量I/O點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。在CPU模塊的頂部端子蓋內(nèi)有電源及輸出端子;在底部端子蓋內(nèi)有輸入端子及傳感器電源；在中部右側前蓋內(nèi)有CPU工作模式開關、模擬量調(diào)節(jié)電位器和擴展I/O連接接口；在模塊的左側分別有狀態(tài)指示燈、存儲卡、及通信口。如圖3-2。圖3-2 S7-200 CPU模塊(2）擴展單元S7-200 模塊提供了一定數(shù)量的本機I/O，擴展模塊提供了

8、附加的輸入輸出點（見圖3-3）圖3-3 帶有擴展模塊的CPU3）個人計算機（PC）或編程器個人計算機（PC）或編程器裝上STEP7-Micro/WIN32 編程軟件后，即可供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)控等。PLC在正式運行時，不需要編程器。4）STEP7-Micro/WIN32編程軟件STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應用軟件，它支持32位Windows95，Windows98和Windows NT4.0使用環(huán)境。它的基本功能是創(chuàng)建、編輯、調(diào)試用戶程序、系統(tǒng)組態(tài)等。5）通信電纜通信電纜使PLC用來與個人計算機實現(xiàn)通信的。可以用PC/PPI電纜；使用通信處理

9、器時，可用多點接口電纜；使用MPI卡時，可用MPI卡專用通信電纜。6）人機界面文本顯示器TD200不僅是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設備，還可以作為控制單元對某個量的數(shù)值進行修改，或直接設置輸入/輸出量。文本信息的顯示/確認方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個變量狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時地修改。TD200面板上的8個可編程序的功能鍵，每個都分配了一個存儲器位，這些功能鍵在啟動和測試系統(tǒng)時，可以進行參數(shù)設置和診斷。3. S7-200模塊主要技術指標3.1 S7-200一般性能S7-200 CPU S7-200系列PLC可提供4種不同的基本型號的8種CPU供選擇使用。主要性

10、能指標如下：表3-1 S7-200 CPU主要性能指標S7-200PLC CPU221CPU222CPU224CPU226集成數(shù)字量輸入/輸出 6入/4出8入/6出14入/10出24入/16出可連接的擴展模塊數(shù)量不可擴展2個7個7個最大可擴展的數(shù)字量輸入/輸出范圍 不可擴展78點168點248點最大可擴展的模擬量輸入/輸出范圍 不可擴展10點35點35點用戶程序區(qū) 4K4K8K8K數(shù)據(jù)存儲區(qū) 2K2K5K5K數(shù)據(jù)后備時間（電容） 50小時50小時50小時50小時后備電池200小時200小時200小時200小時編程軟件 Step7-Micro/WINStep7-Micro/WINStep7-Mi

11、cro/WINStep7-Micro/WIN標志寄存器/計數(shù)/定時器256/256/256256/256/256256/256/256256/256/256通訊接口 1*RS4851*RS4851*RS4852*RS485外部硬件中斷 4444支持的通訊協(xié)議 PPI，MPI，自由口PPI，MPI，自由口，Profibus DPPPI，MPI，自由口，Profibus DPPPI，MPI自由口，Profibus DP實時時鐘 外置時鐘卡（選件）外置時鐘卡（選件）內(nèi)置時鐘卡內(nèi)置時鐘卡外形尺寸（W*H*D）mm 90*80*6290*80*62120*80*62196*80*623.2 CPU224

12、性能S7-200 CPU224一般性能如下表所示：表3-2 S7-200 CPU224一般性能電源電壓DC24V,AC100-230V電源電壓波動DC20.4-28.8,AC84-264(47-63HZ)環(huán)境溫度濕度水平安裝0-55，垂直安裝0-45，5%-95%大氣壓860-1080hPa保護等級IP20到IEC529輸出給傳感器的電壓DC24V(20.4-28.8)輸出給傳感器的電流280mA,電子式短路保護（600mA）為擴展模塊提供的輸出電流660mA程序存儲器8K字節(jié)/典型職位2.6K條指令數(shù)據(jù)后備整個BD1在EEPROM中無需維護，在RAM中當前的DB1表職位、定時器、計數(shù)器等通過

13、高能電容或電池維持，后備時間190h,插入電池后備200天編程語言LAD,FBD,STL程序結構一個主程序快（可以包括子程序塊）程序執(zhí)行自由循環(huán)、中斷控制、定時器控制（1-255ms）子程序級8級指令集邏輯運算、應用功能位操作執(zhí)行時間0.37µs掃描時間監(jiān)控300ms（可重啟動）內(nèi)部標志位256，可保持：EEPROM中0-112計數(shù)器0-256，可保持：256，6個高速計數(shù)器定時器可保持：256 4個定時器，1ms-30s 16個定時器,10ms-5min 236個定時器，100ms-54min接口一個RS485通信接口可連接的編程器/PCPG740,PG760,PC(AT)本機I/

14、O口數(shù)字量輸入：14，其中4個可用作硬件中斷，14個用于高速功能數(shù)字量輸出：10，其中2個可用作本機功能，模擬電位器：2個可連接的I/O數(shù)字量輸入/輸出：最多94/74個模擬量輸入/輸出：最多28/7（或14）AS接口輸入/輸出：496最多可擴展模塊7個CPU224輸入特性如表3-3所示。表3-3 S7-200 CPU224 輸入特性類型源型或匯型輸入電壓DC24V,“1”信號：14-35A,“0”信號：0-5A隔離光耦隔離，6點和8點輸入電流“1”信號：最大4mA輸入延遲（額定輸入電壓）所有標準輸入：全部0.2-12.8ms(可調(diào)節(jié))中斷輸入：（I0.0-0.3）0.2-12.8ms(可調(diào)節(jié)

15、)高速計數(shù)器：（I0.0-0.5）最大30KHZCPU224輸出特性如表3-4所示。表3-4 CPU224的輸出特性類型晶體管輸出繼電器輸出額定負載電壓DC24V(20.4-28.8V)DC24V(4-30V) AC24-230V(20-250V)輸出電壓“1”信號：最小DC20VL+/L-隔離光電隔離，5點繼電器隔離，3點和4點最大輸出電流“1”信號：0.75A“1”信號：2A最小輸出電流“0”信號：10µA“0”信號：0mA輸出開關容量阻性負載:0.75A燈負載：5W阻性負載:2A燈負載：DC30W,AC200W我們現(xiàn)場所選用的為CPU224的繼電器輸出類型，其端子接線圖如圖3-

16、4所示。圖3-4 CPU224 DC/DC/繼電器連接器端子圖3.3 EM231、EM235模塊技術性能(1）EM231、EM235模擬量輸入/輸出技術規(guī)范表3-5 EM231、EM235模擬量輸入輸出技術規(guī)范說明EM231 A14*12位EM235 AI4/AQ1*12位輸入技術規(guī)范輸入技術規(guī)范 輸出技術規(guī)范尺寸（W*H*D）重量功率損耗71.2*80*62mm183g2W71.2*80*62mm186g2W物理I/0數(shù)量4模擬量輸入點4模擬量輸入點，1模擬量輸出點功耗 從L+L+電壓范圍60mA20.4至28.860mA（輸出為20mA）20.4至28.8LED指示器24VDC電源良好ON

17、=沒有故障OFF=無24V電源24VDC電源良好ON=沒有故障OFF=無24V電源最大輸入電壓30VDC30VDC最大輸入電流32mA32mA模擬量輸入點數(shù)44隔離（現(xiàn)場側到邏輯線路）無無輸入電壓（單極性）輸入電壓（雙極性）輸入電流模擬量輸出點數(shù)0至10V,0至5V+5，2.5V0至20mA0至10V,0至5V,0至1V,0至500mV,0至100mV,至50mV+10,5,2.5,1V,+500,250,100,50,25mV0至20mA1信號范圍電壓輸出電流輸出 +10V0至20mA隔離 無 (2）EM231,EM235接線熱電阻測量溫度，壓力變送器測量壓力，將信號分別送入EM231測溫模

18、塊，EM235測壓模塊，由CPU224發(fā)出動作信號。兩線制，三線制，四線制接法精度依次提高，我們選用三線制接線方法。如圖3-5所示。圖3-5 擴展模塊的三線制接法(3）PLC內(nèi)部DC+24V電源的負載能力EM231和EM235需要24V供電，可由CPU224的24V電源供給。CPU224輸出電流最大為2A，需要計算是否能夠負載。S7-200主機的內(nèi)部電源單元除了提供DC+5V電源外，還提供DC+24V電源，DC+24V電源也稱為傳感器電源，它可以作為CPU模塊和擴展模塊用于檢測直流信號輸入點狀態(tài)的DC24V電源，如果用戶使用傳感器的話，也可作為傳感器的電源。一般情況下，CPU模塊和擴展模塊的輸

19、入、輸出電所用得DC24V電源是由用戶外部提供。如果使用CPU 模塊內(nèi)部的DC24V電源的話，應該注意DC24V電源的負載能力。使CPU模塊及各擴展模塊所消耗電流的總和不超過該內(nèi)部DC24V電源所提供的最大電流（400mA）。實際上，從L+提供給EM231輸入的電流為60mA,提供給EM235的輸入電流為60mA，輸出電流為20mA。(4）EM231,EM235擴展模塊的端子標識圖3-6 用于EM231擴展模塊的連接器端子標識圖3-7 用于EM235擴展模塊的連接器端子標識第二章 壓縮機自動控制設計整體方案1.1 PLC設計的基本步驟 明確設計任務和技術條件PLC機型選擇系統(tǒng)總體設計制作控制柜

20、編制程序I/O配線程序檢測調(diào)試PLC安裝局部模擬進行jingi進行聯(lián)機調(diào)試系統(tǒng)試運行，程序備份整理系統(tǒng)文件交付使用滿足要求？求？修改軟硬件明確設計任務和技術條件明確設計任務和技術條件明確設計任務和技術條件NYY圖4-1 PLC設計基本步驟1.2 PLC設計的基本原則根據(jù)控制任務，在最大限度滿足生產(chǎn)機械或生產(chǎn)工藝對電氣控制要求的前提下，運行穩(wěn)定，安全可靠，經(jīng)濟實用，操作簡單，維護方便。(1)最大限度滿足被控對象提出的各種性能指標。(2)確?？刂葡到y(tǒng)的安全可靠。(3)力求控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便。 (4)留有適當?shù)挠嗔?。1.3 壓縮機控制自鎖及手自動切換的實現(xiàn)根據(jù)控制的要求，壓縮機能用

21、PLC自動控制啟停。但是當PLC發(fā)生故障時，還必須能手動控制壓縮機的啟停。在初次設計中，選用一個回路來實現(xiàn)上述功能，經(jīng)驗證，無法實現(xiàn)所要求的功能。其線路圖如4-2所示。1 壓縮機的啟動開關 2 PLC控制啟動開關3 壓縮機的停止開關 4 KM常開觸點 圖4-2 壓縮機自手動控制線路圖5 PLC控制停止開關 KM 接觸器K 壓縮機工作狀態(tài)指示圖中存在的問題是：當按下1時，壓縮機啟動，4閉合，形成自鎖。按下3時，壓縮機停止，實現(xiàn)手動控制。但是，當PLC不供電時，無法讓開關5閉合，手動控制無法實現(xiàn).在現(xiàn)場設計中，將PLC控制與手動控制回路分為兩路，通過控制接觸器線圈KM2通得電實現(xiàn)兩路的切換。這種思

22、想的實現(xiàn)可以選用一個雙刀雙擲開關，來選擇給手動回路供電還是給PLC供電，但由于現(xiàn)場沒有選用此開關，我們選用接觸器KM2來取代，實現(xiàn)它的功能。壓縮機自鎖及手自動切換線路圖如4-3所示。圖4-3 壓縮機自動控制手自動切換實現(xiàn)當按下按鈕SB3時，接觸器KM2線圈得電，KM2的常開開關閉合，形成自鎖，手動回路供電。此時，按下SB1，回路接通,KM1線圈得電，KM1常開開關逼和，形成自鎖，壓縮機啟動；按下SB2，回路斷電，壓縮機停止。當按下SB4時，手動回路切斷電源，系統(tǒng)進入自動狀態(tài)，手動控制不能實現(xiàn)控制壓縮機啟停。當SB3不動作時，總開關一閉合，系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)，壓縮機的控制直接由PLC實現(xiàn)。2

23、整體設計2.1 硬件設計部分1）壓縮機控制系統(tǒng)的配置在明確了控制任務和控制要求后，選擇現(xiàn)場所用的硬件和軟件配置如下所示：在硬件方面：PLC選S7-200 CPU224；測溫模塊EM231；測壓模塊EM235；選用CU50 熱電阻測溫器件檢測壓縮機氣缸的溫度；選用SH115型壓力變送器檢測壓縮機出口處的壓力；氣動電磁閥（五個）；手動閥（五個）；交流接觸器（兩個）；控制柜；接線端子排（兩個）；電源及若干導線。在軟件方面：主要有PLC S7-200編程組態(tài)軟件STEP7-WIN32、上位計算機驅動軟件及操作軟件等。STEP7-WIN32是基于Windows的應用軟件，功能強大，界面友好，并有方便的聯(lián)

24、機幫助功能。所用各種配置見附件表一。2）PLC 的控制對象 PLC溫度壓力出口電磁閥V2放油電磁閥V3放水電磁閥V4放氣電磁閥V1壓縮機的啟停放水電磁閥V5溫度上限報警壓力上下限報警蜂鳴器CPU輸出的控制信號有壓縮機起停，電磁閥，溫度上限報警，壓力下限報警，壓力上限報警，蜂鳴器。如圖4-4所示。圖4-4 PLC控制結構圖3）設計方案 根據(jù)控制要求，現(xiàn)場改造管路流程圖見附件圖一。在這個系統(tǒng)中，壓縮機氣缸的溫度由CU50熱電阻測得，將信號傳入EM231測溫模塊，CPU給出控制信號，控制壓縮機的啟動和停止。壓縮機出口壓力信號由壓力變送器測得，并將信號傳入EM235模塊，CPU 給出控制信號。柜面布置

25、圖見附件圖二。圖4-5為簡單示意圖。其中，L1為電源指示燈，L2為壓縮機工作狀態(tài)指示，L3為溫度上限報警，L4為壓力下限未開圖4-5 柜面布置圖 報警指示，L5為壓力上限未關報警指示。按鈕SB1為壓縮機啟動開關，按鈕SB2為壓縮機停止開關，按鈕SB3為手動開關，SB4為自動開關。柜內(nèi)布置圖見附件圖三。由于壓縮機周圍環(huán)境不是太理想，溫度較高，油污較多，清潔性差，不宜把面板安裝在柜面上，設計安裝在柜內(nèi)?，F(xiàn)場接線圖見附件圖四。設計選用的報警燈，指示燈均是由24VDC電源供電。按鈕選用的是220VAC電源。 注意：在接線的過程中，要思路清楚，布線整齊，有適當?shù)臉俗R。多次查線，逐步調(diào)試，確認無誤后方可接

26、入現(xiàn)場。3.軟件設計1）編程軟件STEP7-Micro/WIN32PLC系統(tǒng)的軟件設計是依據(jù)一定邏輯關系，以梯形圖方式編寫后寫入PLC中。在PC機中，可實現(xiàn)在線組態(tài)、監(jiān)控，對輸入、輸出點可以強制狀態(tài)，以滿足調(diào)試、維護需要。STEP 7-Micro/WIN32是基于Windows平臺應用軟件，是SIEMENS公司專為SIMATIC系列S7-200研制開發(fā)的編程軟件，它可以在線（聯(lián)機）或離線（脫機）開發(fā)用戶程序，并可在線實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。STEP 7-Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶完成應用軟件的開發(fā)任務，例如，創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序。利用該軟件可設置PLC的工

27、作方式和參數(shù)，上載和下載用戶程序，進行程序的運行監(jiān)控。它還具有簡單語法的檢查、對用戶程序的文檔管理和加密等功能，并提供在線幫助。上載和下載用戶程序指的是用STEP 7-Micro/WIN32編程軟件進行編程時，PLC主機和計算機之間的程序、數(shù)據(jù)和參數(shù)的傳送。上載用戶程序是將PLC中的程序和數(shù)據(jù)通過通信設備（如PC/PPI）電纜上載到計算機中進行程序的檢查和修改；下載用戶程序是將編好的程序、數(shù)據(jù)和CPU組態(tài)參數(shù)通過通信設備下載到PLC中以進行運行調(diào)試。程序編輯中的語法檢查功能可以避免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。梯形圖錯誤處下方自動加紅色曲線。軟件功能的實現(xiàn)可以在聯(lián)機工作方式下進行，部分的功能的

28、實現(xiàn)也可以在離線工作方式下實現(xiàn)。聯(lián)機方式是指帶編程軟件的計算機或編程器與PLC直接連接；離線方式是指帶編程軟件的計算機或編程器與PLC斷開連接，只能實現(xiàn)部分功能。2）程序設計流程圖根據(jù)控制要求,程序設計流程圖如圖4-5所示。PLC一上電，打開除油罐電磁閥V3，除水罐、儲氣罐電磁閥V4、V5放油，放水20秒鐘。若檢測壓力小于0.02Mpa,則直接啟動壓縮機，并有未開報警，如壓力在0.02Mpa和0.2Mpa之間，先放氣20秒鐘，再啟動壓縮機。若檢測壓力大于0.5Mpa，則關壓縮機，并進行檢測壓縮機是否關閉，未關則報警。關閥1，開閥2，開壓縮機，有未開報警溫度報警關壓縮機延時20秒放油,放水T&g

29、t;90?>P>0.5Mpa?Y壓力報警關壓縮機YNNP>0.51Mpa?壓力報警關壓縮機YNP<0.2Mpa?N關閥2，開閥1，放氣Y延時20秒，關閥1，開閥2，開壓縮機，有未開報警P<0.02Mpa?開始YN圖4-6 程序設計流程圖第三章PLC系統(tǒng)編程1 CPU的掃描周期S7-200 CPU的基本操作非常簡單：CPU讀輸入狀態(tài)；然后，CPU中存儲的程序利用這些輸入執(zhí)行控制邏輯，當程序運行時，CPU刷新有關數(shù)據(jù)；CPU把數(shù)據(jù)寫到輸出。CPU連續(xù)地掃描程序，讀寫數(shù)據(jù)。S7-200有三種編輯器（梯形圖LAD編輯器，語句表STL編輯器，功能塊圖FBD編輯器）和兩種指令

30、集（IEC 1131-3和SIMATIC）。利用STEP 7-Micro/WIN 32梯形邏輯（LAD）編輯器可以建立與電氣接線圖等價的類似程序，還可以使用STL編輯器顯示所有LAD編輯器編寫的程序。梯形圖這種編輯方法簡單易懂，便于掌握，我選用這種方法來編程，就是考慮到它的方便性和簡明性。梯形圖程序讓CPU仿真外部信號，通過輸入邏輯條件，再根據(jù)結果決定邏輯輸出的允許條件。圖4-1 CPU一個掃描周期但CPU不可能同時去執(zhí)行多個操作，它只能按分時操作（串行工作）方式，每一次執(zhí)行一個操作，按順序逐個執(zhí)行。由于CPU的運算處理速度很快，所以從宏觀上來看，PLC外部出現(xiàn)的結果似乎是同時（并行）完成的。

31、這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。邏輯通常被分解成小的容易理解的片，這些片經(jīng)常被稱為“梯級”或“段”。程序一次執(zhí)行一個段，從左到右，從上到下，在無中斷或跳轉控制的情況下，逐條執(zhí)行用戶程序。一旦CPU程序執(zhí)行到程序末尾，又從上到下重新執(zhí)行程序。每次掃描周期開始時，先讀數(shù)字輸入點的當前值，然后把這些值寫到輸入映像寄存器中。CPU以8位（1個字節(jié)）為增量的方法來保留輸入映像寄存器。如果CPU或擴展模塊不給物理輸入點提供保留字節(jié)的每一位，那么你就不能把這些位重新分配給I/O鏈中的后續(xù)模塊，也不能在程序中使用它們。在每次掃描周期開始時，CPU會將映像寄存器中未使用的輸入位清零。然而，你的CPU可

32、以連幾個擴展模塊，而且你并未使用這個I/O功能（即未安裝擴展模塊），那么你可以用這些未使用的擴展輸入位作為附加的內(nèi)部寄存器標志位來使用。除非允許模擬量濾波，CPU在掃描周期中是不能自動更新模擬量輸入值的。用戶可以選擇對每個模擬量通道設置數(shù)字濾波。數(shù)字濾波用于低成本的模擬量模塊，這些模塊不支持內(nèi)部濾波。數(shù)字濾波應用于輸入信號緩慢變化的場合。如果是高速信號，應該不選用數(shù)字濾波。模擬輸入濾波允許有更多穩(wěn)定的模擬量。模擬輸入濾波器應用于輸入信號隨時間變化緩慢的場合。如果信號是高速的信號，那么你不應該用模擬濾波器。用模擬指令傳遞數(shù)字信息和報警指示的模塊不能用模擬濾波器。對于熱電阻，熱電偶和AS-接口工程

33、師模塊，模擬濾波總是失效。如果模擬量選擇輸入濾波器，CPU在每個掃描周期刷新模擬輸入、執(zhí)行濾波功能，并存儲濾波值。當訪問模擬量輸入時，使用濾波值。如果模擬量不選擇輸入濾波器，當問模擬量輸入時，CPU每次從物理模塊讀取模擬值。掃描周期中執(zhí)行的任務依賴于CPU的操作模式。S7-200 CPU有兩個操作模式：STOP模式和RUN模式。對于掃描周期，STOP模式與RUN模式的主要差別是在RUN模式下運行用戶程序，而在STOP模式下不運行用戶程序。S7-200 在一個掃描周期期間運行大多數(shù)的或所有的下列任務: (1）讀輸入: S7-200 復制實際輸入狀態(tài)到程序映像輸入寄存器。(2）執(zhí)行程序中的控制邏輯

34、:S7-200 執(zhí)行程序的指令并且在各種不同的存儲區(qū)域中儲存值。(3）處理任何的通信請求: S7-200 執(zhí)行通信的任何工作請求。(4）運行處理器自測試診斷: S7-200 確定固件，程序存儲器,和任何擴展模塊正在恰當?shù)毓ぷ?。?）寫輸出:程序映像輸出寄存器的存儲值被寫入實際輸出。2 STEP7 Micro/ WIN32編程西門子PLC具有良好的編程界面，對于S7-200的編程軟件STEP7 Micro/ WIN32，各子程序間可互相調(diào)用，子程序是程序的可選部分，只有當主程序，中斷程序或其它子程序調(diào)用它們時，才能夠執(zhí)行。主程序順序掃描，S7-200 每個掃描周期估算在主程序中的代碼，不論這個代

35、碼執(zhí)行與否，但是，S7-200 只在子程序中的調(diào)用的代碼時估算，并且在掃描時不把沒調(diào)用的代碼算在內(nèi)。本程序的初始化程序和溫度壓力模擬量的轉換程序都是調(diào)用子程序。圖4-2 編程軟件STEP7 Micro/ WIN32編程界面編程還需要注意以下的問題：（1）“浪涌電流”問題一定要考慮在內(nèi)。每組輸出的最大電流是 8A，而輸出的浪涌電流是 7A,所以一組內(nèi)同時有兩個以上輸出時，就要逐個相應延時半秒，否則同時輸出就會超過每組最大輸出電流。（2）定時器的觸發(fā)問題也要考慮。延時閉合定時器當前值為“1”時，相應延時你所設定的時間后，位觸點才閉合，但這段時間內(nèi)，觸發(fā)信號斷開則會使定時器復位。延時斷開定時器當前值

36、為“1”時，位觸點就閉合，觸發(fā)信號斷開，定時器開始計時，當設定時間到了，位觸點才斷開。所以，不同定時器出發(fā)信號的長短要求也不一樣，要區(qū)別對待。用戶程序包括初始化子程序，讀取壓力、溫度數(shù)據(jù)子程序，開機放油放水語句，壓力上下限判斷語句，溫度判斷語句，報警語句等幾個部分。（1）系統(tǒng)初始化初始化子程序的調(diào)用，是在程序開始時，對需要預先設置的參數(shù)變量進行賦值，例如，模擬量轉換程序中，使用到移位指令，就要對所移位數(shù)事先賦值。有些存儲器在斷電后保存當前值，CPU掉電時自動保持位存儲器（M）區(qū)域的數(shù)據(jù)，如果設為保持，則當CPU模塊掉電時，M存儲器前14個字節(jié)（MB0到MB13）會完整保存到EEPROM中。開機

37、后，CPU會從EEPROM向RAM中恢復用戶程序CPU配置，并檢查RAM存儲器，確認超級電容器是否已成功保存了RAM存儲器中的數(shù)據(jù)。如果成功保存，那么RAM存儲器的保持區(qū)域將保持不變。V存儲器裝配中的未保持區(qū)域，將從相應EEPROM中V存儲器永久區(qū)域處恢復回來。如果RAM存儲器的內(nèi)容沒有保持下來（如在意外掉電后），CPU會清除RAM存儲器（包括保持和非保持區(qū)）并置保持數(shù)據(jù)丟失存儲器標志位（SM0.2）為“1”。（2）系統(tǒng)檢測壓力、溫度及轉換壓力、溫度數(shù)據(jù)的讀取是模擬量的輸入，是4到20毫安電流信號，用EM231/ EM235 模塊對模擬量輸入已經(jīng)進行了轉換.。S7-200 將現(xiàn)實世界的模擬值（

38、如溫度或電壓）轉換成一個字長（16位）的數(shù)字量。你可以用區(qū)域標識符（A）,數(shù)據(jù)長度（W）,及字節(jié)的起始地址來存取這些值。因為模擬輸入量為一個字長且從偶數(shù)位字節(jié)（如0，2或4）開始，所以必須用偶數(shù)字節(jié)地址（如AIW0,AIW2,或AIW4）來存取這些值。模擬量輸入值為只讀數(shù)據(jù)。格式: AIW起始字節(jié)地址 AIW4 圖4-3 存取模擬量輸入值根據(jù)選擇模擬量輸入范圍的開關表（表4-1），對EM231/EM235模塊的配置DIP開關進行設置，可選擇使用單極性數(shù)據(jù)或雙極性數(shù)據(jù)。表4-1 EM231選擇模擬量輸入范圍的開關表單極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3ONOFFON010V2.5mVONOFF

39、05V1.25mV020mA5uA雙極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3OFFOFFON-5+5V2.5mVONOFF-2.5+2.5V1.25mV如圖4-4 所示，單極性數(shù)據(jù)和雙極性數(shù)據(jù)的存儲位不同，模擬量到數(shù)字量轉換器(ADC)的12位讀數(shù)，其數(shù)據(jù)格式是左端對齊的，最高有效位是符號位：0表示正值數(shù)據(jù)字。對單極性格式，3個連續(xù)的0使得ADC計數(shù)器值每變化一個單位則數(shù)據(jù)字變化是以8為單位的變化；對雙極性格式，4個連續(xù)的0使得ADC計數(shù)器值每變化一個單位則數(shù)據(jù)字變化是以16為單位的變化。所以，數(shù)據(jù)使用時需要在程序內(nèi)部給出轉換，將沒有存儲書庫的位屏蔽掉，再通過移位指令，將12位數(shù)據(jù)值存放在一個雙

40、字（DW）的寄存器中。圖4-4 EM231,EM235數(shù)據(jù)輸入字格式4到20毫安電流信號和壓力表量程、0到 0FFF數(shù)字量信號是線形對應關系，經(jīng)過先行轉換，就可以和壓力上下限直接相比較了。（3）自動放油放水每天第一次開機時，放油放水，定時10秒，使用SM0.1觸發(fā)，因為SM0.1只在第一個掃描周期為“1”，但掃描周期太短，不能持續(xù)給定時器觸發(fā)信號，所以先觸發(fā)一個延時斷開定時器，再用它來觸發(fā)延時閉合定時器，既而控制閥的打開和關閉。TONR，TON，TOF定時器有三個分辨率。這些分辨率由表4-2 中的定時器號決定。每個當前值的計數(shù)是多重時基。例如，一個以100ms為時基的數(shù)50代表500ms。表4

41、-2 定時器號和分辨率定時器類型分辨率最大當前值定時器號TONR1ms32.767sT0, T6410ms327.67sT1-T4, T65-T68100ms3276.7sT5-T31, T69-T95TON，TOF1ms32.767sT32, T9610ms327.67sT33-T36, T97-T100100ms3276.7sT37-T63, T101-T255（4）壓力上下限、溫度判斷及報警經(jīng)過轉換，可得科技進行比較的壓力信號，直接使用比較指令和上下限比較，若小于壓力下限，定時器控制先放氣10秒，使到零負載，再啟動壓縮機。若大于壓力上限，馬上關閉壓縮機。用檢測到的溫度與80度相比較，當溫

42、度過高時，馬上關閉壓縮機，報警。比較指令的使用：比較式為真時，觸點閉合。當壓力小于壓力下限時，壓縮機應立即啟動，經(jīng)測試，大約300秒后即可達到下限以上，若300秒后還在下限以下，說明系統(tǒng)出現(xiàn)問題，報警，通知人員檢修；同樣，若壓力大于壓力上限，壓縮機應立即停轉，若出現(xiàn)問題，20秒以后還未降到上限以下，馬上報警。報警包括蜂鳴和報警燈。內(nèi)部存儲器標志位(M 存儲器)可以作為控制繼電器存儲中間操作狀態(tài)或其他的控制信息，可以按位，字節(jié)，字或雙字來存取位存儲器。位: M字節(jié)地址.位地址 M26.7字節(jié)，字或雙字: M長度出發(fā)位元組住址 MD20圖4-5 報警程序梯形圖該程序中，M1.0為報警燈的觸發(fā)信號，

43、 PALARMUP 為上限報警；T41為上限計時器，到特定時間后未完成相應的操作，則閉合；PDOWN為到達下限信號；PUP為到達上限信號。T41定時20秒，若到達上限20秒后還未關閉壓縮機，即20秒后還在上限以上，則報警。T42和T43分別為5秒的延時閉合、延時斷開定時器，互相交替接通，使NETWORK2，NETWORK3發(fā)出占空比50%的脈沖信號，使得燈亮半秒，滅半秒地閃爍。（5）輸出表設置輸出狀態(tài)S7-200 CPU為輸出點提供良種性能，一種是預置數(shù)字量在CPU變?yōu)镾TOP方式后為已知值，另一種是設置數(shù)字量輸出保持CPU變成STOP方式之前的狀態(tài)。輸出表是CPU配置數(shù)據(jù)的一部分，要下裝且存

44、入CPU存儲器中。輸出值設置僅適用于數(shù)字量輸出，模擬量輸出值在CPU切換到STOP方式后即被鎖定，因為用戶程序負責刷新模擬量輸出，CPU并沒有更新模擬量輸入和輸出的系統(tǒng)功能，CPU沒有為這些提供映像寄存器。選擇菜單命令View>System Block，點擊Output Table選擇塊來使用輸出表設置對話框，設置輸出時，你有以下兩種選擇：（1）如果想保持上依次的輸出，那就選擇Freeze Output框，點擊 “OK”。（2）如果想把輸出表中的值復制到輸出點上，則填寫輸出表值，點擊你想要的相應位，則從RUN轉到STOP方式后，該位便置為1（ON）。點擊“OK”來保存你的選擇。STEP

45、7-Micro/WIN 32的缺省設置是把輸出表的值復制到輸出點上，而輸出表的缺省設置全為0（OFF）。圖4-6 設置輸出表3 下裝/上裝程序及CPU連線程序包括三部分：用戶程序，數(shù)據(jù)塊（可選），CPU組態(tài)（可選）。如圖4-7 所示，下裝的程序存于CPU存儲器RAM區(qū)。為了永久保存，CPU會同時自動地把這些用戶程序、數(shù)據(jù)塊（DB1）以及組態(tài)拷貝到EEPROM中。圖4-7 Download程序當從CPU上裝一個程序時，用戶程序及CPU配置從RAM中上裝到個人計算機（PC）。當上裝數(shù)據(jù)塊時，存于EEPROM中的永久數(shù)據(jù)塊將同存于RAM中剩下的數(shù)據(jù)塊（如果有的話）合并，然后把完整的數(shù)據(jù)塊傳到個人計算

46、機（PC）上。CPU224 DC/DC/繼電器型CPU連線如下圖所示，輸入端子分別通過24VDC電源（由CPU提供）和相應組的公共端連接，輸出端子分別通過負載、220VAC電源和相應組的公共端連接。輸入端子得電，即為“1”。CPU繼電器輸出，內(nèi)部相當于若干開關，當某輸出端子為“1”信號時，開關閉合，負載得電。 圖4-8 CPU224 DC/DC/繼電器連接器端子圖4 調(diào)試及監(jiān)視程序PLC運行過程中，可以進行調(diào)試及監(jiān)視程序。點擊圖標 ，即可進入梯形圖中的程序狀態(tài)顯示。若觸點閉合或該語句正在執(zhí)行，則觸點在監(jiān)視狀態(tài)下，顯示藍色閉合塊狀；若觸點斷開，或沒有執(zhí)行該語句，則顯示灰色。圖4-9 調(diào)試及監(jiān)視程

47、序第四章 壓縮機自動控制設計現(xiàn)場方案1 硬件設計鑒于資金原因，各種條件限制，溫度測量元件CU50固定不方便，電磁閥在露天安全性不高，容易出現(xiàn)故障等原因，我們在實際的設計中有所改動。1.1系統(tǒng)配置在硬件方面：PLC選S7-200 CPU224；選用電接點壓力表檢測壓縮機出口處的壓力；氣動電磁閥（兩個）；手動閥（兩個）；交流接觸器（兩個）；控制柜；接線端子排（兩個）；電源及若干導線。在軟件方面：主要有PLC S7-200編程組態(tài)軟件STEP7-WIN32、上位計算機驅動軟件及操作軟件等。所用各種配置見附件表二。1.2 PLC控制對象CPU輸出的控制信號主要有壓縮機的啟停，壓力下限未開報警，壓力上限

48、未關報警，壓縮機工作狀態(tài)指示。如圖5-1所示。壓力壓縮機的啟停放氣電磁閥V1壓力下限報警壓力上限報警PLC出口電磁閥V2圖5-1 PLC控制對象1.3 設計內(nèi)容在壓縮機控制系統(tǒng)管路中，在除油罐后面，電接點壓力表所檢測壓力信號，是以開關量的形式，傳入CPU224的。當上電以后，CPU224檢測壓力信號，若壓縮機出口壓力在下限以下，則打開放氣電磁閥，關閉出口電磁閥，放氣一定時間，然后關放氣閥，打開出口閥，零負載啟動壓縮機。若一段時間后，壓力仍不上升，則報警。在壓縮機運行過程中，如果壓力信號超過上限，則立即停壓縮機，若一段時間后，壓力仍不下降，則報警,檢查故障，直到壓力下降到下限以下再重新啟動壓縮機

49、。必須要考慮到如果PLC已經(jīng)給出動作信號，壓縮機是否按給定動作，這就需要給出檢測判斷并報警。2 現(xiàn)場施工2.1 機柜內(nèi)部布置應注意：(1) PLC單元與其他電器元件之間100mm以上，以免電磁干擾；(2) 與高壓線、高壓設備之間至少200mm，高壓線、動力線等避免與輸入/輸出線平行布置；(3) 遠離產(chǎn)生電弧的開關、繼電器等；(4) 為防止外部配線短路，必須有斷路器等安全措施；（5）注意接地。2.2 PLC對環(huán)境還有以下要求：（1） 通風，遠離發(fā)熱源，必要的時候裝風扇，溫度在0-60之間，最好在45以下；濕度：35%-80%；（2） 避免直接震動或沖擊；（3） 避免有導電塵埃，腐蝕性氣體、水、油

50、、藥品飛沫等；（4） 避免陽光直射。2.3 壓縮機控制系統(tǒng)的現(xiàn)場施工1、S7-200 PLC的安裝S7-200 PLC設備設計成安裝簡便，可以利用安裝孔把模塊固定在控制柜的襯板上，或者利用設備上的DIN夾子把模塊固定在一個標準（DIN）的導軌上。圖5-2 S7-200 PLC安裝 在現(xiàn)場，我們直接把S7-200 PLC以垂直方向固定起來。利用總線擴展電纜可以很容易地把I/O 模塊和PLC或其他的擴展模塊連接在一起?，F(xiàn)場安裝形式如圖5-2所示。CPU224 的安裝尺寸如圖5-3所示。圖5-3 CPU224的安裝尺寸注意：在安裝或拆卸S7-200模塊及其相關設備時，如果沒有切斷電源，就有可能導致嚴

51、重的人身傷害或損壞設備。因此，在安裝和移動S7-200模塊前，一定要切斷所有的電源。2、硬件布置根據(jù)控制要求，現(xiàn)場改造管路流程圖見附件圖五。管道改造螺紋圖見附件圖六。現(xiàn)場管道為標準的1英寸鍍鋅管。簡單示意圖如圖5-4所示。放氣電磁閥V1選擇常閉閥，出口電磁閥V2選擇常開閥。最初設計放氣電磁閥V1與手動閥1并聯(lián)，這樣可以實現(xiàn)手動和自動的控制?？紤]到電磁閥的可靠性，一旦發(fā)生故障，V1一直漏氣，壓縮機將無法正常工作，現(xiàn)場采用串聯(lián)的方式。圖5-4 管路改造圖注意安裝電磁閥時，清除管道內(nèi)各種灰塵雜物，電磁閥應水平安裝，不可倒置或豎直安裝。設計的柜面布置圖見附件圖七。圖5-5為簡單示意圖。圖5-5 現(xiàn)場柜

52、面布置圖 柜面共布置有4個按鈕，4個指示燈。其中，L1為PLC 自動控制時的電源指示燈，只有系統(tǒng)在自動控制狀態(tài)下才亮。L2為自動控制下壓縮機工作狀態(tài)指示燈。L3為壓力下限報警指示燈。當壓縮機在下限以下啟動時，如果PLC給出動作命令，過一段時間，壓力仍不上升，則進行報警，L3不斷閃爍，此時就要檢查故障。L4為壓力上限報警指示燈。當壓縮機達到上限關閉后，如果一段時間壓力仍不下降，則進行報警。注意4個指示燈指示在自 動狀態(tài)下才會亮。按鈕SB1為自動狀態(tài)下壓縮機的 啟動按鈕，按鈕SB2為自動狀態(tài)下壓縮機的停止按鈕。按鈕SB3為手動開關，按下SB3，系統(tǒng)進入手動狀態(tài)，可以通過SB1,SB2啟停壓縮機。按

53、下SB4,系統(tǒng)進入自動狀態(tài)，電源指示燈亮。柜內(nèi)布置圖見附件圖八。整個柜內(nèi)現(xiàn)場施工圖見附件圖九。端子接線圖見附件圖十。端子呼號圖見附件圖十一至圖十五。注意：在接線之前，首先要檢查各條線是否完好，在接線時要按照順序依次接線，并標好序號，便于查線。接線要牢固，整齊。接好后，根據(jù)設計要求逐步調(diào)試，確認無誤后方可接入現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試。對調(diào)試發(fā)生的各種問題，加以改進。狀態(tài)指示燈都為24VDC，只在自動狀態(tài)下起作用。在手動狀態(tài)下，壓縮機運行過程中，壓縮機狀態(tài)指示燈也不會亮。繼電器線圈為220VAC，手動開關、自動開關、壓縮機啟動停止按鈕為220VAC，壓縮機為380VAC，電接點壓力表為24VDC。在聯(lián)機調(diào)試的

54、過程中，出現(xiàn)了很多的問題，多數(shù)是設計過程中未曾想到的，最終都一一解決。1)壓縮機啟動停止對電網(wǎng)產(chǎn)生的波動是否會影響PLC的正常工作。在現(xiàn)場中，由于PLC性能較好，電網(wǎng)波動影響不是太大。2)電磁閥的可靠性。在初次試運行時，放氣完畢后，依次關閉放氣閥打開出口閥后啟動壓縮機，這時，有漏氣的現(xiàn)象。我們改為關閉出口閥，開壓縮機，延時2秒，打開出口閥，即當壓縮機內(nèi)部壓力升高一段時間后開出口閥。3)電磁閥現(xiàn)場的安裝位置角度的選擇。電磁閥在現(xiàn)場中應水平安裝，不可倒置或豎直安裝。4) PLC給壓縮機啟停信號,如何確定壓縮機是否已按要求動作。電接點壓力表下限以下，下限觸點接通，上限以上，上限觸點接通，可以根據(jù)輸入的開關量信號來判斷。下限未開，下限觸點會一直接觸；上限未關，上限觸點會一直接觸。5) CPU224的輸出能不能驅動接