毕业设计（论文）用工控机和PLC设计喷油泵实验台监控系统

1、 摘 要我们用工控机和plc设计了新的实验台监控系统。喷油泵实验台是柴油机燃油喷射系统中的控制和供给单元。可定时定量的为发动机提供所需的高压燃油。在油泵生产、制造及使用维修部门中为保证油泵定时定量的特性，需要在实验台上对油泵进行校验与调整。喷油泵实验台可以模拟发送机在各种工况下的转速，为油泵提供标准供油压力，可对油泵进行供油定时、各分泵供油量、及供油均匀性等参数的测试。实验台动力部分采用变频器无级调速系统，可对油泵转速、喷油次数、试验油温进行控制与显示。关键词：工控机、plc、油泵实验台、变频器abstractwhat is the accusing of machine of our rec

2、ruitment plc has designed the new laboratory bench monitoring system.it is control that the diesel engine fuel sprays among the systems and supply unit to gush out the laboratory bench of the oil pump .but offering the high-pressure fuel needed for engine at regular time and quantity.produce , make

3、and use in order to guarantee the characteristic at regular time and quantity of the oil pump while maintaining the department in the oil pump .need to carry on the check-up and adjustment to the oil pump on the laboratory bench.gushing out the laboratory bench of the oil pump can imitate the rotati

4、onal speed of the transmitter under various kinds of operating modes. offer standard for oil pressure for oil pump , can is it support oil timing , one pump person who supports oil , and support oil homogeneity test of parameter to go on to oil pump. the part of power of the laboratory bench adopts

5、the stepless speed regulation of the frequency converter systematically. can gush out oil number of times , test oil to be warm to is it control and show to go on , to oil pump rotational speed. key words: indusrial control machine, plc, laboratory bench of the oil pump, frequence converter.第一章 绪论1.

6、1设计目的 通过研究对汽车油泵实验台的设计与开发，使学生掌握产品设计的一半步骤，遵循的规律和应注意的问题，系统总结前面学过的知识，为毕业后的工作打下良好的基础。概述1.2设计任务1.2.1概述 我们知道，柴油机是燃油喷射系统中的控制和供该单元，特可定时定量的为发动机提供所需的高压燃油。在油泵使用生产制造和维修部门中，为保证油泵定时定量的供油特性，就须在实验台上对油泵进行校验与调整。 喷油泵实验台模拟发送机在各种情况下的转速，为油泵提供标准的供油压力。实验台动力部分采用变频无级调速系统，控制部分可对油泵的转速，喷油次数实验油温，进行控制及显示。但由于油泵在不同工况下转速不同，使用中需多次进行转速

7、的调整。但愿实验台中采用单片机控制，故障率高，抗干扰能力差。因此我们采用工控机和plc开发了新的实验台监控系统，提高了进度和可靠性。1.2.2系统的工作原理 喷油泵实验台主要由变频器、电动机、刻度盘、万向联轴器等部件组成。主传动采用工作台与电机座一体化结构，变频器直接驱动电动机，电动机带动刻度盘直接运转，再通 无间隙弹片万向联轴节驱动喷油泵工作。各部分的功能如下：1.变频器变频器采用施奈德电气公司的变频器，功率为7.5kw，电压为380v。三相交流电源由输出端l1、l2、l3接入，输出端t1、t2、t3接电动机，外部调速电位器接变频器13、15、17三个端子，注意电位器中心抽头接13号端子，1

8、5、17端提供基准电压。1、2、11三端子接启动（正反转）停止开关，当1、11端或2、11端接通后，通过旋转电位器，可以控制变频器的输出，电动机作相应的运转。另外，也可以通过rs-485通讯接口来控制电机的运转。为了提高变频器的可靠性，变频器增加了许多保护：瞬间停电保护；欠压保护；过压保护；过载保护。2.转速的设定检测转速设定：喷油泵实验台采用的是变频器无级调速系统，采用西门子s7-200plc控制，速度给定直接由键盘设定，经软件变换后，由a0模块输出0-10v的电压给变频器输入端，从而控制变频器的输出。 转速测试及显示：速度传感器采用霍尔元件，将磁钢放在主轴刻度盘上，利用s7-200的高速计

9、数功能和中断功能，计算出1秒中的脉冲个数，再乘以60，就是转速。经过软件转换后送led或计算机crt显示。3.喷油量的设定与显示油泵试验台的油量计算系统由两部分组成，一部分是电气控制部分，另一部分是机械部分，包括通断油机构、断油盘、量筒、喷油器等部件。试验台工作时，按下油量计数按钮后，通断油机构中的上电磁铁通电，将断油盘拉出，试验油开始流入量筒，当喷油次数等于预置时，上电磁铁断电，下电磁铁通电，将断油盘推回，阻止喷油进入量筒，此时量筒中的油量即是预定喷油次数的喷油总量。喷油次数是通过对霍尔元件传来的转速脉冲信号计数而得到的。因为每转动一周，每个缸喷油一次，霍尔元件发出一个脉冲信号，因此，喷油次

10、数=传感器脉冲数。将记录的喷油次数送计算机显示。4实验油温的设定控制机显示由于不同地区环境温度不同，必然对油泵校验带来误差，因此实验台对实验油温有一定要求，一般应保持在38-42度之间。实验台对油温的控制是通过对油温加热器的通电控制来完成的。加热器通断可根据与之温度的上下限与实测油温的比较来决定的。油温检测电路有油温传感器（热敏电阻）和温度/频率转换电路组成。t/f电路用来将温度信号转换为频率信号，人后送给plc高速计数器，用终端方式对频率计数，把温度模拟量变为plc能处理的数字量。并送计算机显示。5.油泵实验台控制键盘如下：（1）温度预置：温度升，温度降，上限40度，下限36度；（2）温度控

11、制键：按下该键有控制作用，温度大于40度，开风扇k1，小于36度开加热器k2;再按下温控键，控制作用失效。只显示正常温度。（3）正转键：按下该键k3动作，控制变频器正转。（4）反转键：按下该键k4动作，控制变频器反转。（5）停止键：按下该键k5动作，控制变频器停止。（6）油泵开键：按下该键k6动作，控制油泵转。（7）油泵停建：按下该键k6动作，控制油泵停。1.3硬件电路构成 喷油泵实验台plc控制部分硬件框图主要有以下部分组成：1.3.1. s7-200 plc 主机plc选用s7-200的224型，它为24点，其中，输入为14点，输出为10点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量i/

12、o点或35路模拟量i/o 点，13k字节程序和数据存储空间。6个独立的30khz 高速计数器，2路独立的20khz高速计数脉冲输出，具有pid控制器。1个rs-485通讯变程口，具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力。i/o端子排很容易的整体拆卸。是具有较强控制能力的控制器，s7-200的强大功能使其无论在独立运行中，还是想连成网络界能实现复杂控制功能，因此s7-200具有极高的性能价格比。1.3.2模拟量扩展模块模拟量扩展模块提供了输入/输出的功能，我们选用3块em231和1块em235模块，有点如下：（1） 最佳适应性，可用于复杂控制场合。（2） 直接与传感器和执行其相连12

13、 为的分辨率和多种输入/输出范围能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连，如该模块可直接pt100热电阻相连。（3）灵活性当实际应用变化时，plc可以相应地进行扩展，并可非常容易的调整用户程序。 em235模块有4路模诺两输出，其中压力、齿杆行程作为输入，而输出0-10v的电压用来控制变频器。1.4软件设计 上位机用mcgs编程和显示，下位机用西门子s7-200梯形图语言编程，该系统软件主要包括：上危机显示控制编程、上下位机的连接通讯部分、河虾危机的梯形图编程，其中下位机的编程有包括转速控制、转速显示、温度控制、温度显示、正反转控制、油泵起停控制、计数控制等部分组成。采用模块化设计，系统开

14、机后首先进行初始化。编程软件采用西门子的step7-mcro/win32 v3.1 主要特点是：在windows平台上运行的simatic s7-200软件简单易学、能够解决复杂的自动化人物、可以快速进入节省编程时间、机遇windows软件。cpu通过pc/ppi电缆或通过插在pg/pc上的cp551或cp5611与pg/pc连接，通过ppi电缆可以在windows98下实现实现多站模式。 第二章 监控软件的开发我们在原来实验台的基础上，主要利用工控机和plc做了改进，设计了新的油泵控制系统，降低了故障率，提高了抗干扰能力。上位机用mcgs组态软件做人机对话界面。2.1mcgs系统介绍mcgs

15、（monitorand control generated system，通用监控系统）是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于microsoft的各种32位windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。mcgs的主要特性和功能如下： * 简单灵活的可视化操作界面。mcgs采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，符合中国人的使用习惯和要求。*实用性强、良好的并行处理功能。mcgs是真正的32位系统，充分利用了32位windows操作平台的多任务。按优*丰富

16、生动的多媒体画面。*开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。*完善的安全机制。mcgs提供了良好的安全机制，为多个不同级别用户设定不同的操作权限。*多样化的报警功能。mcgs提供多种不同的报警方式，具有丰富的报警类型和灵活多样的报警处理函数，方便用户进行报警设置。*实时数据库为用户分布组态提供极大方便。mcgs由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，其中实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区，是整个系统的核心。*支持多种硬件设备，实现“设备无关”。*方便控制复杂的运行流程。mcgs开辟了“运行策略”窗口，用户可以选用系统提供

17、的各种条件和功能的策略构件，用图形化的方法和简单的类basic语言构造多分支的应用程序，按照设定的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实时数据库进行数据交换，实现自由、精确的控制运行流程。*良好的可维护性和可扩充性。*用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。*设立对象元件库，组态工作简单方便。*实现对工控系统的分布式控制和管理。总之，mcgs组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工作人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用mcgs组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠

18、性和高度专业化的工业控制监控系统。2.2mcgs的构成：mcgs系统包括组态环境和运行环境两个部分。用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。2.3工程的一般组建过程：2.3.1工程项目系统分

19、析首先要了解整个工程的系统构成和工艺流程，弄清测控对象的特征，明确主要的监控要求和技术要求等问题。在此基础上，拟订组建工程的总体规划和设想，主要包括系统应实现哪些功能，控制流程如何实现，需要什么样的用户窗口界面，实现何种动画效果以及如何实现在实时数据库中定义数据变量等环节，同时还要分析工程中设备的采集及输出通道与实时数据库中定义的变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及用于实现动画显示的。在此基础上，再建立工程，构造实时数据库。做好工程的整体规划，在项目的组态过程中能够尽量避免一些无谓的劳动，快速有效的完成工程项目。2.3.2设计用户操作菜单在系统运行的

20、过程中，为了便于画面的切换和变量的提取，通常用户要建立自己的菜单，第一步是建立菜单的框架，第二步是对菜单进行功能组态。在组态过程中，用户可以根据实际的需要，随时对菜单的内容进行增加和删减，最终确定菜单。2.3.3制作动画监控画面制作动画监控画面是组态软件的最终目的，一般的设计过程是先建立静态画面，所谓静态画面就是利用系统提供的绘图工具来画出效果图，也可以是一些图片。然后对一些图形或图片进行设计，如颜色的变化、形状大小的变化、位置的变化等。所有的动画效果均应和数据库变量一一对应，实现内外结合的效果。2.3.4编写控制流程程序在动态画面制作过程中，除了一些简单的动画是由图形语言定义外，大部分较复杂

21、的动画效果和数据之间的连接，都是通过一些程序命令来实现的，mcgs软件为用户提供了大量的系统内部命令。其语言的形式兼容于vb、vc语言的格式。另外mcgs软件还为用户提供了编程用的功能构件（称之为脚本程序），这样就可以通过简单的编程语言来编写工程控制顺序。2.3.5完善菜单按钮功能虽然用户在工程中建立了自己的操作菜单，但对于一些功能比较强大、和关联比较多的控制系统，有些还要通过制定一些按钮或文字来连接其它的变量和画面，按钮的作用既可以用来执行某些命令，还可以输入数据给某些变量。当和外部的一些智能仪表、可编程控制器、工业总线单元、计算机pci接口进行连接时，会大大增加其数据传输的简捷性。2.3.

22、6编写程序调试工程工程中的用户程序编写好后，要进行在线的调试。在进行现场的调试过程中，可以先借助于一些模拟的手段来进行初调，mcgs软件为用户提供了较好的模拟手段。调试的目的是对现场的数据进行模拟，检查动画效果和控制流程是否正确，从而达到和外部设备进行可靠的连接。2.3.7连接设备驱动程序利用mcgs组态软件编写好的程序，最好要实现和外部设备的连接，在进行连通之前，装入正确的驱动程序和定义通信协议是很重要的。有时不能与设备进行可靠的连接，往往就是通信协议的设置有问题而造成的。另外合理的指定内部变量和外部变量之间的隶属关系也很重要，此项工作在设备窗口中进行。2.3.8工程完工综合测试经过上步的分

23、布调试后，就可以对系统进行整体的连续调试了，一个好的工程必须要能经得起考验，验收合格后就可以进行交验。2.4喷油泵实验台自动测控系统的设计2.4.1变量的定义：变量名变量类型注释正转按钮开关型主轴电机正转控制信号，1有效反转按钮开关型主轴电机反转控制信号，1有效停止按钮开关型主轴电机停止控制信号，1有效提前角复位按钮开关型复位提前角，1有效油泵开按钮开关型油泵电机启动控制信号，1有效油泵关按钮开关型油泵电机停止控制信号，1有效控温按钮开关型打开plc的控温程序计数按钮开关型打开plc的计数程序计数数值型记录喷油次数计数设定数值型设定喷油次数提前角数值型记录提前角度数位移数值型记录位移温度数值型

24、记录温度温度设定数值型设定温度油压数值型记录油压压力设定数值型设定油压转速数值型记录转速转速设定数值型设定转速2.4.2显示画面的制作 （1）在“用户窗口”中右键单击“新建窗口”按钮，出现“窗口0”图标。（2）单击“窗口属性”按钮，弹出“用户窗口属性设置”窗口在基本属性页的“窗口名称”栏内填入“喷油泵试验台自动测控系统”，“窗口位置”选“再打化显示”，其他不变。单击“确认”按钮关闭窗口。（3）在“用户窗口”中，选中“喷油泵试验台自动测控系统”，单击右侧的“动画组态”按钮，进入动画组态窗口。在动画组态窗口中添加需要的按钮、标签、显示框等，构建显示画面。a、 输入文字“喷油泵试验台自动测控系统”：

25、a单击绘图工具箱中的“标签”按钮，挪动鼠标光标，此时成“十字”形。在窗口上部某位置按住鼠标左键并拖拽出一个一定大小的矩形（文本框），松开鼠标。b在文本框内光标闪烁位置输入“喷油泵试验台自动测控系统”，按回车建。c.在窗口任意空白位置单击鼠标，结束文字输入。如果文字输错了或输入的文字的字形、字号、颜色、位置等不满意，可修改。b画按钮：单击画图工具箱的“标准按钮”工具，在画面中划出一定大小的按钮。a.调整其大小和位置。 b鼠标双击该按钮，弹出“标准按钮构件属性设置”窗口，在“基本属性”页设置如下：“按钮标题”栏：输入按钮名称（正转、反转、停止、油泵开油泵停、控温、计数、复位）“标题颜色”栏：黑色“

26、标题字体”：黑体、五号、加粗。“水平对齐”：中对齐“垂直对齐”：中对齐“按钮类型”：标准3d按钮c单击“确认”按钮。d其它按钮按此方法一一确定属性。c画“百分比填充构件”： a 单击工具箱中的“百分比填充构件”，挪动鼠标光标，在合适位置按住鼠标左键并拖拽出一个一定大小的图形，松开鼠标。 b在“基本属性”中设置边界类型、对齐方式、构件外观，然后单击“确认”。 c在“操作属性”中，选择对应数据对象的名称、大小范围及快速键等。2.4.3连接编程 设备构件的调入 在本设计中，主要是plc设备的通信连接。在进行plc设备的通信连接时，要依托在“串口通信父设备”之下，将左边的“通用设备”文

27、件夹打开，选中“串口通信父设备”并移入到右边的设备子集中，再打开“plc设备”文件夹，选中西门子s7200ppi的plc设备，并将其移入右边的设备子集中。双击设备窗口中的图标，系统进入设备组态窗口。在空白区内单击右键，调出“设备工具箱”，分别将“串口通信父设备”和“西门子s7200ppi”拖拉到设备组态窗口中，下一步就可以进行具体的设备组态了。设备属性的设置 1串口通信父设备做好设备连接后，就可以对其通信协议进行设置了。双击“串口通信父设备”，在基本属性通信协议定义如下：通信波特率为69600，数据位位数为38位，停止位位数为1位，数据校验方式为 偶校验，串口端口号为com1，见

28、图2-1：图2-1 设备0属性设置2西门子s7200ppiplc西门子s7200ppiplc的定义是进行设备连接的关键所在，在这 里要进行plc相关通道的开通，并与mcgs组态软件中数据库变量进行链接。（1）基本属性在基本属性中，定义最小采样周期为1ms，其他参数可以采用默认值。（2）通道属性设置在基本属性中，单击“设置设备内部属性”项，弹出“西门子s7200ppiplc设备通道属性”窗口，设置与mcgs组态软件相关的通道到设备设置窗口中。在该窗口中，“增加通道”、“删除一个”、“全部删除”、“索引拷贝”操作按钮用来进行通道的开通和删除。图2-2 设备1属性设置设备与变量的连接1

29、单击工作台中的“设备窗口”选项卡，进入“设备窗口”页。2单击右侧“设备组态”按钮或双击“设备窗口”图标，弹出设备组态窗口。双击西门子s7200ppiplc，单击通道连接（通道连接就是将plc中的通道参数与mcgs组态软件中数据库变量进行组合连接），将两组对应的变量进行左右对应即可生成。 将脚本程序添加的策略行1回到组态环境，进入循环策略组态窗口。2单机工具栏“新增策略行”按钮。3选中策略工具箱的“脚本程序”，光标变为手形。4单机新增策略行末端的小方块，脚本程序被加到该策略。5双击“脚本程序”策略行末端的方块，出现脚本程序编辑窗口。6编辑脚本程序，并保存。 菜单组态在

30、建立了一个新工程文件后，为了便于操作可以编制一套合适的菜单。这些菜单项主要适用于不同画面和数据之间的调用。在主控窗口中，通过单击“菜单组态”按钮，或直接双击主控窗中的图标，便可弹出“菜单组态”窗口，用户可以在该窗口下完成菜单的基本设置工作。mcgs菜单组态允许用户自由设置所需的每一个菜单命令，舌质的内容包括菜单命令的名称、对应的快捷键、菜单命令所执行的功能。用户菜单的组态可以通过建立菜单项来完成，具体操作是用鼠标单击mcgs主菜单中的插入菜单项、分隔线、下拉菜单项。建立好的菜单还可以进行修改和属性更换，操作步骤是选中该菜单，在单击鼠标右键，实施上、下、左、右移动。另一种方法是双击该菜单，在菜单

31、属性中重新定义。还可以定义菜单的操作和脚本程序。 组态的运行 组态运行画面如下：图2-3 控制系统界面第三章 plc控制器的设计下位机用西门子的s7-200 224,用其专用的西门子梯形图语言进行编程。3.1的概述可变程序控制器（programmable controller-pc或plc）于1969年在美国数字设备公司（dec）出现以来，经过30多年的发展，现在已经成为一种应用范围很广泛的新一代工业自动控制装置。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型、等各种规格的plc系列产品，已经和计算机辅助设计和制造及工业

32、机器人并列为工业自动化的三大支柱。3.2可编程控制器的主要特点：1. 变成方法简单易学。梯形图是使用最多的可编程控制器的语言，其电路符号和表达方式继电器电路原理图相似，形象直观，易学易懂。2功能强，性价比高。 一台小型可编程控制器内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现比较复杂的控制功能，与相同的继电器系统相比，有很高的性能价格比。3硬件配套齐全，用户使用方便，适用性强。 现有的可编程控制器已经标准化，系列化，模块化，配备有齐全的各种硬件装置供用户选用；用户可以根据需要灵活方便的进行系统设置，组成不同规模和功能的系统，而且有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接

33、触器。4可靠性高，抗干扰能力强。 可编程控制器用软件代替了大量的中间继电器，时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因接触不良造成的故障可大为减少。采用了一系列的硬件和软件抗干扰措施，有很强的抗干扰能力，可以直接应用于有强烈干扰的工业生产现场。5系统的设计，安装，调试工作量少。 用软件功能代替了继电器控制系统中大量的中间继电器，时间继电器，计数器等元件，使控制器的设计，安装，接线工作量大大减少。6维修工作量小，维修方便。 plc故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能，当plc或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据可编程控制器上的发光

34、二极管提供的信息迅速的查明故障原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障。7体积小，能耗低。由于plc可编程控制器的以上优点，根据喷油泵试验台系统的工作要求和工作地点实际情况，采用plc来控制喷油泵试验台系统是比较好的方案。3.3 plc的基本组成1 cpu:cpu是plc的核心，其作用类似于人的大脑，它能够识别用户按照特定的格式输入的各种指令，并按照指令的规定，根据当前的现场i/o信号的状态，发出相应的控制指令，完成预定的控制任务。另外，它还能识别用户的指令列的格式和语法错误，并具有系统电源、i/o系统、存储器及其它接口的测试与诊断功能，cpu与其他部件之间的连接式通过总线进行的。2 存储器：

35、有系统程序存储器和用户程序存储器两部分组成。系统程序是由生产厂家预先编制的监控程序、模块化应用子程序、命令解释和功能子程序的调用管理程序及各种系统参数等。用户程序包括由用户编制的梯形图，输入、输出状态，技术、定时器以及系统运行必要得初始值，其他参数等。3 输入/输出系统plc的输入/输出系统是过程状态与参数输入到plc以及plc实现控制时控制信号输出的通道，他提供了各种操作电平和驱动能力的输入/输出接口模板，以实现被控过程与plc i/o接口之间的电平转换，电器隔离穿/并转换、a/d与d/a转换等功能，根据功能不同，i/o通道可以分为： 模拟量输入通道（ai） 模拟量输出通道（ao） 开关量输

36、入通道（di） 开关量输出通道(do) 脉冲量输入通道（pi）plc的基本组成和结构如下图cpu系统和用户内存用户程序存储器电 源i/o扩展接口i/o扩展机外设i/o接口编程器输入接口输入输出寄存器输出接口3.4可编程控制器的工作原理1 工作过程按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统有传感器和执行器组成，可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序来实现控制任务，其操作员例如下图，操作过程分析如下plc将内部数据存储器分成若干个存储器区域，其中过程影响区域又成为i/o映像寄存器区域。过程映像区域的输入映像寄存器区域(pii)用来存放输入端点的状态，输出映像寄存器区（piq）用

37、来存放用户程序（ob1）运行的结果。plc输入模块的输入信号状态与传感器信号相对应，为传感信号经过隔离和滤波后的有效信号。开关两输入信号只能识别传感器的0、1电平，不能识别开关的同段。cpu在每个扫描周期的开始扫描输入信号的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；cpu根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将处理结果送到输出映像寄存器区域。plc输出模块具有一定的负载驱动能力，在而定负载异能，直接和负载相连，可以驱动相应的执行器。2 技术性能指标可编程控制器的种类很多，用户可以根据控制系统的具体要求选也不同技术性能指标的plc。可编程控制器的技术性能指标主要有以下几个方面：1)i/

38、o点数2)存储容量3)扫描速度4)指令系统5)可扩展型6)通讯功能3 编程器 他是编辑、调试和安装用户程序的必备设备，是plc系统开发阶段所必需的开发工具，他一般通过标准通信接口或专用编程接口与plc相连接。它可分为专用型和通用型两类：专用型编程器一般是plc所配的专用小型编程器，采用指令代码直接编程，采用数码管显示指令内容和运行结果；通用性编程器一般采用通用的台式个人计算机或便携式计算机，配以专用编程软件对plc进行编程组态，程序调试和运行监视及设备测试等。3.5 plc的硬件选型3.5.1输入输出点数的确定系统的输入输出信号既有开关量又有模拟量，输入信号有按钮发出的开关信号，霍尔元件发出的

39、脉冲信号，以及温度、压力，位移传感器发出的4-20ma模拟信号，输出信号除了控制各继电器信号，送上位机的显示信号外，还有控制变频器的0-10v模拟量信号。输入点数i：1、测转速传感器1信号输入2、计数用传感器1脉冲输入3、测提前角用传感器1信号输入4、测提前角用传感器信号输入5、温度控制按钮6、计数按钮7、温度设置按钮8、计数设定按钮9、转速设置按钮10、设置升按钮11、设置降按钮12、主轴电机正转按钮13、主轴电机反转按钮14、主轴电机停止按钮 15、温度传感器信号输入16、压力传感器信号输入17、位移传感器信号输入18、油泵电机开19油泵电机停 （共19个：开关量12个，模拟量3个，脉冲量

40、4个）输出点数q：1、主电机正转继电器k12、主电机反转继电器k2 3、油泵电机开接触点k3 4、风扇开k4 5、加热器开k5 6、计数继电器开k6 7、转速控制信号输出（共7个：开关量6个，模拟量1个）3.5.2plc的cpu选择由于本人对德国西门子的s7-200plc比较熟悉，并经过调查得知其产品质量高，故障率低，所以选用s7-200型plc。s7-200有4种cpu模块：（1） cpu221cpu222即集成了了6点数字量输入和4点数字量输出，共有10个数字量i/o点，无扩展能力。cpu221有6kb程序和数据存储空间，4个独立的30khz高速计数器，2路独立的20khz高速脉冲输出，1

41、个rs-485通信编程口。cpu221具有ppi（点对点通信）、mpi（多点通信）和自由方式通信能力，非常适于小型数字量控制。（2） cpu222cpu222机集成了8点输入/6点输出，共有14点数字量i/o，可连接2个扩展模块，最大可扩展至78点数字量i/o或10路模拟量i/o.cpu222有6kb程序和数据存储空间、4个独立的30khz高速计数器、2个独立的20khz高速脉冲输出，具有pid控制器。他还配置了1个rs-485通信编程口，具有ppi、mpi和自由方式通信能力。cpu222型plc是具有扩展能力、适用性更广泛的小型plc（3） cpu224本机集成了14点输入/10点输出共有2

42、4点数字量i/o。她了连接7个扩展模块，最大扩展至168点数字量i/o或35路模拟量i/o.cpu有13kb程序和数据存储空间、6个独立的30khz高速计数器、2路独立的20khz高速脉冲输出，遇有pid控制器。cpu224配有1个rs-485通信编程口，具有ppi通信、mpi通信和自由方式通信能力，是具有较强控制能力的小型控制器 。（4） cpu226本机集成了24点输入/16点输出，共有40个数字量i/o。可连接7个扩展模块，最大扩展至248点数字量i/o点或35路模拟量i/o.cpu226有13kb程序和数据存储空间，6个独立的30khz高速计数器，2路独立的20khz高速脉冲输出，具有

43、pid控制器。cpu226配有2个rs-485通信编程口，具有ppi通信、mpi通信和自由方式通信能力，用于较高要求的中小型控制系统。cpu22x主要技术指标根据已知的系统的i/o点数，以及所需的高速计数器功能、中断功能以及扩展功能，我们选择cpu224。 系统需要19路数字量输入，6路数字量输出。而cpu224只有14路数字量输入，10路数字量输出。则需要进行数字量输入模块扩展。因系统还需要3路模拟量输入，1路模拟量输出，所以plc需要选择模拟量输入输出模块。3.5.3plc扩展模块的选择1数字量扩展模块的选择：数字量输入输出模块是为了解决本机集成的数字量输入输出点不能满足需要而使用的扩展模

44、块。因只需要增加数字量输入模块，则我们选择的扩展模块是em221。. em221数字量输入模块：em221数字量输入模块具有8点输入隔离。em221技术指标型号em221数字量输入模块总体特性外形尺寸：46mm80mm62mm功耗：2w输入特性本机输入点数：8点数字量输入输入电压：最大dc30v，标准dc24v/4ma隔离：光隔离，ac500v，1min，4点/组输入延时：最大3.2.5ms电缆长度：不屏蔽350m，屏蔽500m耗电从cpu的dc5v(i/o总线)耗电30ma接线端子1m、0.0、0.1、0.2、0.3为第一组，1m为第一组公共端2m、0.4、0.5、0.6、0.7为第二组，2

45、m为第二组公共端2模拟量扩展模块的选择模拟量i/o扩展模块提供了模拟量输入和模拟量输出的扩展功能，s7-200的模拟量扩展模块式有较大的适应性，可以直接与传感器相连，并有很大的灵活性，且安装方便。其模拟量扩展模块有： （1）、em231模拟量输入模块en231具有4路模拟量输入，输入信号可以是电压，也可以使电流，其输入与plc与有隔离。（2）em232模拟量输入模块em232具有2路模拟量输出，输出信号可以是电压，也可以使电流，其输入与plc与有隔离。（3）em235模拟量输入模块em235具有4路模拟量输入和一路模拟量输出。他的输入信号可以是不同量程的电压或电流。其电压、电流的量程由开关sw

46、1-sw6设定。em235有意路模拟量输初，其输出可以是电压，也可以使电流。em235技术指标型号 em235模拟量混合模块总体特性外形尺寸：71.2mm80mm62mm功率：3w输入特性本机输入：4路模拟量输入电源电压：标准dc24v/4ma输入类型：0-50mv、0-100mv、0-500mv、0-1v、0-5v、0-10v、0-20ma 25mv、50mv、100mv、250mv、500mv、1v、2.5v、5v、10v分辨率：12bit转换速度：250微秒隔离：有输出特性本机输出：1路模拟量输出电源电压：标准dc24v/4ma输出类型：10v、0-20ma分辨率：12bit转换速度：1

47、00微秒（电压输出），2微秒（电流输出）隔离：有 耗电 从cpu dc5v(i/o总线)耗电10ma接线端子m为dc24v电源负极端，l+为电源正极端m0、v0、i0位模拟量输出端电压输出时，“v0”为电压正端，“m0”为电压负端电流输出时，“i0”为电流的进入端，“m0”为电流的留出端ra、a+、a-;rb、b+、b-;rc、c+、c-;rd、d+、d-分别为第1-4路模拟量输入端电压输入时，“+”为电压正端，“-”为电压负端电流输入时，须将“r”与“+”短接后作为电流的进入端，“-”为电流输出端因需要3路模拟量输入和1路模拟量输出，所以我们选择的扩展模块是em235。3.6 plc的软件设

48、计3.6.1 s7-200的程序设计方法：编制plc控制程序的方法很多，主要的有以下几种典型的编程方法：1、 图解法编程图解法是靠画图进行plc程序设计。常见的主要由提醒突发、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。2。经验法编程经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前线选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是别人的设计经验，有的也可能是来自其他资料的典型程序。要想使自己有更多的经验，就需要日积月累，善于总结。3。计算机辅助设计编程计

49、算机辅助设计是通过plc编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线方针和在线调整等等。s7-200的”step7-micro/win32”3.0版本编程软件是基于windows平台的应用软件。它支持windows95、windows98和windowsnt使用环境，使用环境，使s7-200plc编程专用软件。使用这些编程软件可以十分方便的在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用这些编程软件可以十分方便的在计算机上进行程序的存取、加密以及完成exe运行文件。我们采用梯形图法进行plc程序设计。最后在s7-200plc编程专用软件“step7-micro/win32”3.2版本编程软件上

50、进行输入编程，调试。3.6.2程序实现以下功能 1实现对燃油温度的检测计算 2实现对盆油泵压力的检测计算3实现对盆油泵齿杆行程位移的检测计算4实现对主轴转速的检测计算5实现对喷油泵喷油次数的检测计算6实现对喷油提前角的检测计算7实现对主轴转速的控制8实现对主轴电机正、反转停止的控制9实现对油泵开停的控制10实现对燃油温度的控制11实现对温度、转速、计数的预置值设定程序实现说明：1.模拟量检测：（以温度检测为例）温度检测值aiw0送温度存储单元vw0，vw0中的数值减去6553，再除以131存入vw2，vw2中的内容即为温度的实际值。其中：6553为4毫安信号所对应的数值；131位每度对应的数值

51、；压力检测和检测同理。2. 转速控制：因为转速要求为04000转，则求出每转的对应数值为8，由速度预设值乘以每转对应的数值即得设置转速对应的数值。此数值送入aqw0变为010v模拟量输出控制变频调速。3 转速检测：利用高速计数器hsc0功能及定时中断功能，高速计数器工作后每250毫秒产生一次定时中断读一次高速计数器得值hc0，然后乘以240即得每分钟的转速。4 计数检测:利用高速计数器hsc3功能及中断功能，其hsc3的预设值设置等于计数预设值。当计数完毕后产生高速计数器中断，此时hc3的值即为计数值。5 提前角的检测：利用高速计数器hsc4、hsc5，设置hsc4预设值5，则其计5次数产生一

52、次中断，此时读出高速计数器的数值hc5，用5减去hc5的值得5转的转数差值，此值除以5转后的每转的转数差值，再乘以360度即得提前角的度数。6.预设值程序（以转速为例）：因为要求每按一下增减按钮转速增减50转。则利用增减计数器c4功能，其c4每增减一次,则c4 的值乘以50， 得其预设值送入转速预设单元 vw10中。7.变量分配表：plc的变量分配表输入地址号信号名称注释i0.0转速传感器输入hsc0专用脉冲输入i0.1计数传感器输入hsc3专用脉冲输入i0.3提前角传感器输入hsc4专用脉冲输入i0.4提前角传感器输入hsc5专用脉冲输入i0.5温控按钮“1”有效i0.6计数按钮“1”有效i

53、1.0主电机正转按钮“1”有效i1.1主电机反转按钮“1”有效i1.2主电机停按钮“1”有效i1.3油泵开按钮“1”有效i1.5油泵停按钮“1”有效i2.0温度设置按钮“1”有效i2.1转速设置按钮“1”有效i2.2计数设置按钮“1”有效i2.3升按钮“1”有效i2.4降按钮“1”有效aiw0温度传感器输入4-20maaiw2压力传感器输入4-20maaiw4位移传感器输入4-20ma输出q0.0主正转控制“1”有效q0.1主反转控制“1”有效q0.2油泵控制“1”有效q0.3风扇开“1”有效q0.4加热器开“1”有效q0.5计数开“1”有效aqw0转速控制0-10v梯形图程序见附页。第四章

54、变频调速系统的设计4.1变频器概述在工业中使用的变频器可分为中小容量通用变频器和大容量通用变频器。衡量通用变频器性能的主要性能指标有控制方式、起动转矩、转矩控制精度、速度控制精度、控制信号设定输入、速度反馈控制、多段速度设定、载波频率、频率跳跃功能、通信接口等。新型的通用变频器基本都具备这些功能，其功能、操作、维护及应用方面均基本相似，差别仅在于不同品牌的通用变频器有其特定的定义及独特之处，但用户不一定全用到这些性能指标，是根据需要选择主要需满足的功能及指标，并依此作为衡量选择通用变频器的标准。随着通用变频器的功能增多，通用变频器的应用范围日益广泛，使用者可以通过通用变频器上的数字操作板进行操

55、作，亦可以用远程操作板进行操作，还可以通过可选件的操作面板进行扩展功能的设定和调整；另外，可以使用智能端子进行数字或模拟设定，或用可编程序控制器进行控制，或通过个人计算机进行控制，或通过现场总线进行控制等。新型的通用变频器一般均备有标准通信接口，用户可以利用通信接口通过上位机监视、控制现场的通用变频器的运行状况，可控制或可操作的物理量多达百余个，可以说，基本上是用户所需要的控制功能特性，新型通用变频器都能做到 ，因此，也使如何用好通用变频器不那么容易，有人曾说，用好通用变频器的难度并不亚于用好一台个人计算机。 从实际应用上看，中小容量通用变频器的主体仍是采用 控制方式的居多，目前市场上销售的通用变频器大都将其列为通用型机型，使用相当广泛。新型矢量控制通用变频器具有参数离线检测、自整定功能，在通用变频器起动时自动地测量电机参数，并调整系统控制参数，进行跟踪控制，因此在各种条件下均可保持系统工作在最佳状态。无速度传感器矢量控制通用变频器除了用来改进通用变频器性能外，另一目的是简化矢量控制，省去速度传感器，提高系统的可靠性。无速度传