高炉检测控制系统设计

1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）毕业设计说明书（毕业论文）高炉检测控制系统设计摘 要在高炉生产中，料仓(又称矿槽)上下所设置的设备，是为高炉上料服务的。其所属的设备称为供料设备:包括贮矿槽、过筛、输送、称量及上料机等一系列设备。其生产过程构成上料系统或供料系统，俗称为槽下系统。主要作用是保证及时、准确、稳定地将合格原料从贮矿槽送上高炉炉顶。本设计主要介绍了plc在高炉上料系统中的硬件结构，软件功能和设计特点，上料系统有60个 输入点，56个输出点，实现了上料的自动控制。整个上料系统具有能自动控制、操作方便、称量准确、维护简便、筛分效率高的特点，为高炉稳定上料创造条件。可编程序控制器(p

2、lc)因其高可靠性和较高的性价比，而在工业控制中被广一泛应用。关键词：上料系统；自动控制；plc内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）the automatic measure and control system of blast furnaceabstractin the blast furnace production ，the equipments setting near the storehouse (also call it ore tank) are in the service of the furnace charging the equipments belong to

3、 it are called charging equipments，which include the store ore tank 、moving screen、transportation、metage and charging machine and so on series of facilitiesthe process of the charging equipments make up the charging or providing system，often call it below storehouse system，whose main target is to in

4、sure that deliver the qualified raw material from the store ore tank to the top of the blast furnace in time ，exactly and stablethe design mainly introduces the hardware structure software function and design characteristic of plc in the charging system of the blast furnace the charging system inclu

5、des 60 inputpoints and 56 outputpoints，realizing the automatic control of charge.the whole charging system has the characteristic of automatic，expediently operation，exactly metage，briefly maintenance，hign efficiency screen ，to create conditions for the stable charging of the blast furnace the progra

6、mmable logic controller (plc) is widely used in the industry control because of its stable and high function-price proportion characteristickey words：charging system； automatic control；plc内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要iabstractii第一章 引 言41.1 研究背景4第二章 系统概况与分析62.1 自动上料系统工艺62.2 工艺要求62.3 系统实现的功能72.4 程序开发要求7第

7、三章 plc简介与工艺选择93.1 plc简介93.1.1 发展阶段93.1.2 plc的定义103.1.3 plc的特点103.1.4 plc的分类、编程语言113.1.5 plc的未来发展趋势153.2 plc的工作原理173.2.1 plc的工作方式与运行过程173.2.2 plc的工作过程183.2.3 plc的中断处理193.3 plc的组成203.4 plc的应用223.4.1 可编程控制器的应用223.4.2 plc在高炉上料系统中的功能233.5 可编程控制器的选择243.5.1 可编程控制器的选择243.5.2 s7-200 的介绍263.5.3 s7200系列plc的基本指

8、令27第四章 硬件系统设计344.1 硬件系统选型344.2 s7-200的选择原理344.2.1系统选型原理344.2.2 cpu 226简介及连线图354.2.3 em 223 em 231 简介及连线图394.2.4 变频器简介44第五章 plc程序设计455.1 程序简介455.2 误差算法及补偿465.3 配料顺序475.4 信号采集处理485.5 手动程序505.6 自动加料过程50第六章 结束语52参考文献53附录a 硬件清单54附录b plc程序55附录c i/o表97致谢101 第一章 引 言1.1 研究背景高炉炼铁己发展成为较成熟的技术，从近年来高炉技术的发展方向看，其总的

9、特点是大型化、高效化和自动化1。高炉冶炼高效化有以下几个方面:高压操作;先进的高风温技术;综合喷吹技术;大力节约能耗，全面提高高炉生产技术和生产效率。检测技术的现代化和高炉自动控制发展到一个新的水平。高炉的技术进步与检测技术进步密切相关，特别是要实现高炉自动控制，没有良好的检测技术是不可想象的。由于高炉是一个封闭的冶炼设备，而且是连续生产，因此用电子计算机控制的必要性和重要性更大，但难度也大。自1958年美国首次把电子计算机应用于高炉配料控制以来，已逐步发展到以下几方面的应用:(1)上料系统:包括原料配料、称量以及装料程序的自动控制。(2)热风炉系统:包括燃烧过程控制及自动换炉。送风系统的风量

10、、风温、湿分和燃料喷吹的自动控制。(3)高炉过程控制:包括象征高炉热制度的生铁含硅控制，炉料和煤气运动的检测与控制，冷却制度的检测与控制，炉衬侵蚀的控制等。(4)值班室对高炉相关系统的集中管理和控制等2。在高炉生产中，料仓(又称矿槽)上下所设置的设备，是为高炉上料服务的。其所属的设备称为供料设备:包括贮矿槽、过筛、输送、称量及上料机等一系列设备。其生产过程构成上料系统或供料系统，俗称为槽下系统。主要作用是保证及时、准确、稳定地将合格原料从贮矿槽送上高炉炉顶3。高炉上料系统是供高炉炉料的重要环节，其基本工艺参数是由高炉的冶炼需求确定的。为了满足冶炼要求，必须合理确定配矿方案。配矿方案不仅与设计和

11、选用设备有关，而且直接影响高炉的操作条件。高炉冶炼过程是一个连续的、大规模的、高温生产过程。炉料(矿石、熔剂、焦炭)按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。只要使高炉吃饱、吃好、吃精料，这对高炉实现优质、高产、低耗，提高高炉冶炼水平具有十分重要的意义4。第二章 系统概况与分析2.1 自动上料系统工艺国内外大型高炉，都采用皮带上料机，皮带上料采用料仓上料。这种供料形式的料仓，不论焦仓或矿仓，都由若干个同样容积的料仓排列在同一条直线上，不分主仓和备用仓。由于所有原料均为冷态，因此可以广泛采用皮带运输机。仓下不用笨重的链板式运输机，来料也不用铁路车厢运输，在焦仓下面只装有皮带运输机，在矿仓下

12、面装有振动筛和漏斗以及皮带运输机。矿石品种较多，需在每个料仓下面设置筛分和称量设备，分别完成筛分和称量任务5。矿仓采用分散筛分和称量的好处还在于可以使筛分和称量设备小型化，便于制造和维修，对易于出问题的设备(例如振动筛)还可以起备用作用。这种供料型式较好地满足了对供料系统所提出的各项要求。系统工艺流程图如图1.1。图1.1 系统工艺流程图2.2 工艺要求高入炉料炉炼铁生产是连续性作业，如果的矿石焦碳比例波动过大，会引起炉温产生波动6；从而对产品的质量和带来不利的影响，因此入炉料重量的稳定是高炉炼铁生产稳定的条件。自动上料控制系统主要解决如下问题：1、无论准确计量和误差自动补偿，当配料过程中由于

13、机械设备的性能变动或物料的理化性能改变引起称量误差时自动找回误差值。2、按炼铁工艺要求自动完成上料顺序上料，即：首先1#料仓加料，料重达到设定值后，2#加料启动，以次类推，直至加料完成由皮带运输。3、工作过程中如主电机故障自动切换副电机，并给出故障信号。4、检测系统工作情况，当外部设备发生故障时及时报警以及处理。2.3 系统实现的功能1、实现各料仓和集料皮带机的顺序起停。2、实现各料仓的重量配比控制。3、实现对配料的初始数值的设定。4、断电保护。断电后再次供电时，系统实行初始化复位，保证各台设备均处于停机状态，以防发生人身和设备事故。2.4 程序开发要求根据系统工艺的要求和硬件的组成等因素完成

14、之后进行一定的程序开发，程序的开发是以这两个为前提的，也是最后对系统的运行起决定性作用的环节。plc程序开发是本设计的主体部分，根据系统工艺要求基本将plc程序分为三个方面：1、手动操作2、自动操作3、数据采集自动操作又分为三个方面：1、顺序控制2、加料控制3、自动补偿第三章 plc简介与工艺选择3.1 plc简介3.1.1 发展阶段plc问世以来，随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，plc也迅速发展。发展过程大致可分为以下三个阶段。1）早期的plc（20实际60年代末至70年代中期）早期的plc一般又称为可编辑逻辑控制器。这时的plc主要是作为

15、继电器控制装置的替代物而出现的，其主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时控制等功能，将继电器的“硬连接”控制方式变为“软连接”控制方式。早期的plc在硬件上以标准计算机的形式出现在i/0接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采用了一些措施，以提高其抗干扰的能力。2）中期的plc（20世纪70年代中期至80年代中、后期）20世界70年代初期，出现了微机处理，由于体积小、功能强、价格便宜，很快被用于plc。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为plc的中央处理单元（cpu），使plc的功能增强、工

16、作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，中期的plc增加了模拟量模块、远程i/0模块、各种特殊功能模块；扩大了存储器的容量，增加了逻辑线圈的数量；还提供了一定数量的数据寄存器，使plc应用范围得以扩大。3）近期的plc（20世界80年代中，后期至今） 进入20世纪80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的plc所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为进一步提高plc的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用的逻辑处理芯片。这样使得plc在软件、硬件功能上都发上了巨大变化。现在plc不仅能够完全

17、胜任对大量开关量信号的逻辑控制功能，还具有了很强的数字运算，数据处理，运动控制，pid控制等模拟信号处理能力。同时plc的联网通信能力大大增强，可以构成功能完善的分布式控制系统，实现工厂自动化管理7。3.1.2 plc的定义可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计的，它采用了一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器是一台专用计算机，它具有多输入，输出

18、接口，并且具有较强的驱动能力。可编程控制器是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，它是一种以微处理器为核心的用作数字控制的特殊计算机，它的硬件配置与一般微机装置类似，主要由cpu模块、信号输入/输出模块、电源和编程器等部分组成。3.1.3 plc的特点现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程控制器由于具有以下特点而深受工厂工程人员和工人欢迎。1）可靠性高，抗干扰能力强。这往往是用户选择控制装置的首要条件。plc生产厂家在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。2）适应性强，应用灵活。由于plc产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用

19、模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制系统要求。3）编程方便，易于使用。plc的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电器技术人员的欢迎。近年又发展了面向对象的顺控流程图语言，也称功能图，使编程更简单方便。4）控制系统设计、安装、调试方便。plc中含有大量的相当于中间继电器、时间继电器、计数器等“软元件” 。又用程序（软接线）代替硬接线，安装接线工作量少。设计人员只要有plc就可以进行控制系统设计并可在实验室进行模拟调试。5）维修方便，维修工作量小，plc有完善的自诊断。履历情报存储及监视功能。plc对于其

20、内部工作状态、通信状态、异常状态和i/o点的状态均有显示。工作人员通过它可以查出故障原因，便于迅速处理。6）功能完善。除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、pid运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。 由于具有上述特点，使得plc的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂、有控制要求，就会有plc的应用。3.1.4 plc的分类、编程语言plc的分类plc的类型多，型号各异，各生产厂家的规格也各不相同，如果进行分类存在不少困难，一般按以下原则考虑：1、 按结构形式的分类按照硬件的结构形式，plc可

21、分为：1） 整体式plc：这种结构的plc把电源、cpu、输入/输出不见等集中配置在一起，装在一个箱体内，通常成为主机。整体式结构的plc具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格较低等特点，但主机i/o点数固定，使用上不灵活。小型的plc通常使用这种结构，适用于比较简单的控制场合。2） 模块式plc：也称为积木式结构，即把plc的各组成部分以模块的形式分开，把这些模块插在底板上，组装在一个机架内。这种结构的plc配置灵活、装配方便、便于扩展，但结构复杂，价格较高。大型的plc通常使用这种结构，适用于比较复杂的控制场合。3） 叠装式plc：这是一种新的结构形式，它吸收了整体式和模块式plc的优点，他们

22、不用基板，仅用扁平电缆，紧密拼装后组成一个整体的长方体，输入，输出点数的配置也相当灵活。2、按容量的分类plc的容量主要是指其输入/输出点数。按容量大小，可将plc分为：小型plc：i/o点数一般在256点以下；中型plc：i/o点数一般在2561024之间；大型plc：i/o点数一般在1024以上。3、 按plc功能上的强弱，可分为：1） 低档机：具有逻辑运算、计时、计数等功能，有的有一定的算术运算、数据处理和传送等功能，可实现逻辑、顺序、计时计数等控制功能。2） 中档机：除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送等功能，可完成既有开关量又有模拟量的控制任务。3）

23、高档机：除具有中档机的功能外，还具有带符号运算、矩阵运算等功能，使得运算能力更强，还具有模拟量调节、强大的联网通信等功能，能进行智能控制，远程控制、大规模控制，可构成分布式控制系统，实现工厂自动化管理。当然，上述分类的标准不是固定的，而是随plc整体性能的提高在不断变化。plc的编程语言为电子技术所有领域制定全球性标准的世界性组织iec（国际电工委员会）于1994年5月公布了可编程控制器标准（iec1131），该标准鼓励不同种类的plc制造商提供在外观和操作上相似的指令。该标准的第三部分（iec1311-3）是plc的编程语言标准，目前已有越来越多的plc厂家提供符合iec1311-3标准的产

24、品。iec1311-3标准中定义了5种plc编程语言的表达方式：1） 梯形图lad（ladder diagram）；2） 语句表stl（statement list）；3） 功能块图fdb（function block diagram）；4） 结构文本st（structured text）；5） 顺序功能图sfc（sequential chart）.plc有四种常见的编程语言，分别作如下简介： 1、梯形图 梯形图是是在传统的电器控制系统电路图的基础上演变而来的，在形式上类似于电器控制电路，由触点、线圈和用方框表示的功能块组成。梯形图具有形象、直观的特点，为广大电气工程技术人员所熟悉，特别是适用

25、于开关量逻辑控制，是plc的主要的编程语言。梯形图编程的基本规则梯形图的设计必须满足控制要求，这是设计梯形图的基本要求。此外，在绘制梯形图时，还要遵循以下几个基本原则：1） 梯形图按“从上而下，从左到右”的顺序绘制。与每个电器线圈相连的全部支路形成一个逻辑行，即第一层阶梯。他们形成一组逻辑关系，控制一个动作。每一逻辑行起于左母线，终于右母线。继电器线圈与右母线连接，不能在继电器线圈与右母线之间连接其他元素。2） 在每一个逻辑行上，当几条支路并联时，串联触点多的应安排在上面。3） 梯形图中的触点应画在水平支路上，不应该画在垂直支路上；不包含触点的支路应放在垂直方向，不应放在水平方向，这样，梯形图

26、中的逻辑关系清楚，可以方便编程。4） 在梯形图中的一个触点上不应有双向电流通过。5） 在梯形图中，如果两个逻辑行之间互有牵连，逻辑关系又不清晰，应将梯形图进行变化，以便编程。6） 在梯形图中任一支路上的串联触点，并联触点及内部并联线圈的个数一般不受限制。在中小型plc中，由于堆栈层次一般为8层，因此连续进行并联支路串联操作、串联支路并联操作的次数，一般应不超过8次。2、语句表plc的指令有叫做语句，若干条指令组成的程序叫做语句表程序，每条语句表示给cpu一条指令，规定cpu如何操作。plc的语句表是与微机的汇编语言中指令相似的助记符表达式，它是由操作码和操作数两部分组成。操作码：用助记符表示，

27、它表明cpu要完成的某种操作功能。操作码：包括为执行某种操作所必须的信息。plc语句表类似与计算机的汇编语言，但比它通俗易懂，配上led指示器的简易编程器即可使用，因此也是应用很多的一种编程语言。语句表比较适合于熟悉可编程控制器和逻辑程序设计的经验丰富的设计员，它可以实现某些不能用梯形图或功能块图实现的功能。3、 功能块图功能块图是一种与逻辑控制电路图结构类似的图形编程语言。它用类似“与门” 、“非门”的方框来表示逻辑运算关系，方框的左边位逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入输出端的小圆圈表示“非”运算，方框由导线连接在一起，信号自左向右流动。4、 顺序功能图顺序功能图又叫做状态转移图，它

28、是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计plc顺序的一种有力工具。它提供了一种组织程序的图形方法，转换条件和动作构成了顺序功能图中的3种元素。它是一种通用的技术语言8。3.1.5 plc的未来发展趋势经过几十年的迅速发展，plc的功能越来越强大，应用范围越来越广泛，其足迹已遍及国民经济的各个领域，形成了能够满足这种需要的plc的应用系统。1、向小型化、微型化和大型化、多功能化方向发展plc的主要应用领域是自动化，不同的企业对自动化的需求、规模及投资数额不相同，存在这不同层次的需求，因此，plc将朝两个方向发展：一个是向小型化、微型化的方向发展，以适应小型企业技术改造的需求，提供

29、性能价格比更高的小型plc控制系统；而是向大型化、多功能化方向发展，为大、中型企业提供高水准的plc控制系统。其共同特点是，现代plc的结构和功能不断改进，产品更新换代周期越来越短，并不断向高性能、高速度，高性格比方向发展。2、 过程控制不断增强 在plc发展的的初期，它是能完成开关量的逻辑控制。随着plc技术的发展，出现了模拟量i/o模块和专门用语模拟量闭环控制（过程控制）的只能pid模块。现代plc的模拟量控制功能日益强大，除了专门用于模拟量闭环控制的pid指令和只能pid模块外，一些plc还具有模糊控制、自适应控制和参数自整定功能，使调试时间减少，控制精度提高。在过程控制方面，已经很难分

30、清plc与工业控制计算机、分散控制系统之间的界限。3、 大力开发智能型i/o模块智能i/o模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的cpu与plc的主cpu并行工作，占用cpu的时间很少，有利于提高plc的扫描速度。主要包括模拟量i/o、高速计数输入、中断输入、运行控制、热电偶输入、条形码阅读器多路bcd码输入/输出、模糊控制器、pid回路控制、通信等模块。智能i/o模块本身就是一个小的微型计算机系统，有很强的信息处理能力和控制能力，有的模块甚至可以自成系统，单独工作。它们可以完成plc的主cpu难以兼顾的功能，简化某些控制领域的系统设计和编程，提高plc的适应性和可靠性。4、 与个人计

31、算机日益紧密结合个人计算机的价格便宜，有很强的数据运算、分析能力。目前，个人计算机主要用做plc的编程器、操作站或人/机接口终端等。可编程控制器的计算机化，大型可编程控制器具备个人计算机的功能，是另一个发展趋势。这类plc采用功能强大的微处理器和大容量的存储器，将逻辑控制、模拟量控制、数学运算和通信功能紧密的结合在一起。可编程控制器与个人计算机、工业控制计算机、分散控制系统在功能和应用方面相互渗透，相互融合，使控制系统的性能价格比不断提高。5、 编程语言趋向标准化与个人计算机相比，可编程控制器的硬件、软件的体系结构是封闭的，而不是开放的。在硬件方面，各厂家的cpu模块和i/o模块互不通用，通信

32、网络和通信协议往往也不是专用的。各厂家的plc编程语言和指令系统的功能和表达方式不一致，有的甚至有相当大的差异，因此各厂家的可编程控制器互不兼容。为了解决这一问题，iec（国际电工委员会）制定了可编程控制器标准iec1131，其中iec1311-3中制定了编程语言的标准。编程语言趋向标准化。6、 通信与联网能力不断增强可编程控制器的通信和联网功能可以使plc与plc之间，plc与个人计算机等其他智能设备之间进行数字信息交换，形成一个统一的整体，实现分散控制或集中控制。现在，几乎所有的plc产品都有通信联网功能，通过双绞线、同轴光缆或光纤，信息可以传送到几十公里远的地方；通过modem的互联网可

33、以使plc与世界上其他地方的计算机装置进行通信。目前，有的plc使用专用的通信协议进行通信，或使用较多厂商支持的通信协议和通信标准，如现场总线。为了尽量减少用户在通信编程方面的负担，plc的通信功能日趋完善，是设备之间的通信能够自动周期性的进行，不需要用户为通信编程，用户的工作只是在组成系统时做一些硬件或软件上的初始化设置。3.2 plc的工作原理3.2.1 plc的工作方式与运行过程 plc的工作方式是一个不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期和工作周期。cpu从第一条指令开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。plc就是这样

34、周而复始地重复上述循环扫描的。执行用户程序时，需要各种现场信息，这些信息现场已接到plc的输入端。plc采集现场信息即采集输入信号有两种方式：1） 集中采样输入方式。一般在扫描周期的开始或结束将所有输入信号（输入元件的通/断状态）采集并存放到输入映像寄存器（p）中。执行用户程序所需输入映像寄存器中去用，而不直接到输入端或输入模块去取用。2） 立即输入方式。随程序的执行需要哪一个输入信号就直接输入端或输入模块取用这个输入状态，如“立即输入指令”就是这样，此时输入映像寄存器的内容不变，到下一次输入采样时变化。plc的整个运行可分为三部分：第一部分是上电处理。机器上电后对plc系统进行一次初始化工作

35、，包括硬件出初始化，i/o模块配置检查，停电保持范围及其他初始化处理等。第二部分是扫描过程。plc上点处理完成以后进行扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，再次进行始终、特殊寄存器更新。当cpu处于stop方式时，还要完成用户程序的执行和输出处理，再转入执行自诊断检查。第三部分是出错处理。plc每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定plc自身的动作是否正常，如cpu、电池电压、程序存储器、i/o、通信等是否异常或出错，如检查出异常时cpu面板上的led及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存出错误代码。当出现致命错误时，cpu回强制为stop方式，所有的扫描停止。plc运行正

36、常时，扫描周期的长短与cpu的运算申诉度有关，与i/o点情况有关，与用户应用程序的长短及编程情况等均有关。通常用plc执行1k所需时间来说明其扫描速度（一般110ms/k）。值得注意的是，不同指令其执行时间是不同的，从零点几微秒到上百微秒不等，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。若用语告诉系统要缩短扫描周期，可从软件上考虑。3.2.2 plc的工作过程 如果我们对远程i/o特殊模块和其他通信服务暂不考虑，这样扫描过程就只剩下 “输入采样” 、“程序执行” 、“输出刷新” 三个阶段。 1）输入采样阶段。plc在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子，并将整个输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器

37、中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段，在程序注意性阶段和刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。 2）程序执行阶段。根据plc体型图程序扫描原则，plc按先左后右、先上后下的步序语句逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及输入、输出状态事，plc就从输入映像寄存器中“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件（“软件电器” ）的当前状态。然后，进行响应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中， 对元件映像寄存器来

38、说，没一个元件（“软件电器” ）的状态会随着程序执行过程而变化。 3）输出刷新阶段。在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态接（通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。3.2.3 plc的中断处理 综上所述，外部信号的输入总是通过plc扫描由“输入传送”来完成，这就不可避免地带来了“逻辑滞后” 。plc能不能像计算机那样采用中断输入的方法，既有中断申请信号输入后，系统会中断正在执行的程序而转去执行相关的中断子程序；同时若有多个中断源时，它们之间按重要性是否有一个先后顺序的排队；系统能否有程序设定允许中断或禁止中断等等。plc关于中断的概念及

39、处理思路与一般微机一样，但也有特殊之处。1） 中断响应问题一般微机系统的cpu，在执行每一条指令结束时去查询有无中断申请。而plc对中断的响应则是在相关的结束后查询有无中断申请和在执行用户程序时查询有无中断申请，如有中断申请， 则转入执行中断服务程序，如果用户程序以块式结构组成，则在每块结束或实行块调用时处理中断。2） 在plc中，中断源的信号是通过输入点而进入系统的，plc扫描输入点是按输入点编号的先后顺序进行的，因此中断源的先后顺序只要按输入点的先后顺序排列即可。系统接到中断申请后，顺序扫描中断源，它可能只有一个中断源申请中断，也可能同时有多个中断源申请中断。系统在扫描中断源的过程中，就在

40、存储区的一个特定区建立起“中断处理表” ，按顺序存放中断信息，中断源被扫描过后，中断处理表亦已建立完毕，系统就按该表顺序先后转至相应的中断子程序入口地址去工作9。3.3 plc的组成plc是用继电器逻辑控制系统发展而来、用作数字控制的专用计算机。由于在硬件结构上采取了特殊的措施，并采用了特殊的工作机制，与微机控制器相比，plc更适合应用于在工作环境恶劣而可靠性要求高的场合。plc是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用作数字控制的特殊计算机。他的硬件配置与一般微机装置类似，主要由中央处理单元（cpu）、存储器、输入/输出（i/o）接口、编程器、电源等组成。1） 中

41、央处理器（cpu） 同一般的微处理器一样，中央处理单元是可编程控制器的主要部分，是系统的运算和控制中心。它按照plc系统程序赋予的功能，完成以下任务： 接受并存储用户程序和数据：检查电源、存储器、i/o接口以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误；当plc投入运行后，以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据；读取用户程序的执行结果，更新有关状态标志位的状态和输出寄存器的内容，实现输出控制、制表打印或数据通信功能。小型plc一般使用8位微处理器，而大、中型plc一般采用16或32位微处理器。一般中型可编程控制器多为双处理器系统，即字处理器和位处理器，其中字处理器是主处理器，由它处理字

42、节操作指令、控制系统总线、内部计数器，监视扫描时间，同意管理编程接口，同时协调位处理器及输入输出。位处理器也称从处理器，主要作用是处理位操作指令（布尔运算）和在机器操作系统的管理实现编程语言向机器语言的转换。位处理器一般为各个厂家设计制造的专用芯片，是加快控制器工作处理的速度的关键所在。2） 存储器系统存储器用来存放由plc生产厂家编写的系统程序，并固化在rom内，用户不能直接更改。它是plc具有基本的职能，能够完成plc设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了plc的性能，其内容主要包括三部分。第一部分为系统管理程序，它主管控制plc的运行，使整个plc按顺序工作。第二部分

43、为用户指令结束程序。通过用户指令结束程序，将plc的编程语言变为机器语言指令，再由cpu执行这些指令。第三部分为标准程序模块与系统调用。它包括许多不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算等的子程序。plc的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了plc性能的强弱。3） 输入/输出接口输入/输出接口是plc与外界连接的接口。输入接口用来接收和采集两种输入信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触点、接近开关、光电开关、数字拨码开关等开关量输入信号。输出接口用来连接被控对象中各种习性元件，接触器、电磁阀、调节阀（模拟量）、调速装置（模拟量）等。4） 底板及

44、电源模块对于分体式结构的plc，一般都做成总线模板框架式结构。装有cpu模块的框架称为基本框架，其他为扩展框架，框架之间通过电缆连接。在一个框架中，cpu模块等模插在一块底板上。底板为总线式结构，内部装有总线控制器的印刷电路板，提供总线插槽和扩展底板接口。根据底板上插槽数目的不同，有3槽、8槽、18槽等不同的规格。plc配有开关式稳压电源，用来对plc的内部电路供电。plc通常使用交流220v或直流24v工作电源。它的电源模块为其他各模块提供dc5v、12v、24v等各种内部直流工作电源。许多plc都可以为输入电路和外部的传感器提供24v的工作电源，但是驱动plc负载的直流电源及交流电源一般由

45、用户提供。5） 扩展接口扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连，使plc的配置更加灵活。6） 编程器它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符（指令表）后，才能输入。它一般有简易键盘和发光二极管或其他显示器组成。智能型的编程器又称图形编程器。它可以联机，也可以脱机编程，具有lcd或crt图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。7） 其他部件plc还可以配有盒式磁带机、epprom写入器、存储器卡等其他外部设备。3.4 plc的应用3.4.1 可编程控制器的应用由于plc自身的特点和优势，

46、在工业控制中plc已经得到了广泛应用，包括机械、冶金、化工、电力、运输、建筑等众多领域，应用范围也在不断扩大。plc主要的应用领域包括以下几个方面。1） 逻辑控制 逻辑控制是plc最基本的应用，它可以取代传统的继电器控制装置，如机床电器控制、各电机控制等，可实现组合逻辑控制、可实现控制和顺序逻辑控制等功能。2）运动控制plc使用专用的运动控制模块，可对直线运动或圆周运动的位置、速度和加速度进行控制，实现单轴、双轴和多轴位置控制，并将运动控制和顺序控制功能有机结合在一起。3） 闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。plc通过其模拟量i/o模块，及数据处理和数据运

47、算等功能，实现对模拟量的闭环控制。4） 数据处理现在plc具有数学运算、数据传输、转换、排序和查表等功能，可以完成数据的采集、分析和处理等操作。这些数据可以与存储在存储器中的参考值进行比较，也可以用通信功能传送到其他智能装置，或将它们打印制表。5） 通信联网plc的通信包括主机与远程i/o之间的通信多台plc之间的通信、plc与其他智能设备（如计算机、变频器、数控装置等）之间的通信。plc与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”式分布式控制系统。3.4.2 plc在高炉上料系统中的功能系统应用plc技术极大地提高了系统性能，成为生产控制的坚实基础。在此基础上开发出以下几个有特色的

48、功能。1） 对上料系统设备进行自动顺序控制。2） 对上料设备进行检测，对料车、电机等进行故障报警。3） 实现各配料仓和皮带机的顺序起停。4） 工作过程中主电机出现故障自动切换于副电机，并给出故障信号。3.5 可编程控制器的选择3.5.1 可编程控制器的选择确定plc的点数后，就根据i/o点数、控制要求等来进行plc的选择。选择包括机型、存储容量、输入/输出模块、电源模块等。1. plc机型的选择1）机型选择的基本原则目前，随着plc的普及，plc的数量和种类越来越多，功能也越来越丰富。这就要求用户在选择plc时，不要盲目追求功能强大，而是满足控制系统功能的前提下，选择最可靠，最稳定、使用维护最

49、方便以及性价比最优的机型。2）结构形式的选择在工艺流程相对固定、维修量较小、环境条件较好的小型控制系统中，一般选用整体式结构的plc；在工艺比较复杂、相对变动较大、维修量较大、环境条件较差的控制系统中，一般选用模块式plc。3）i/o响应时间的选择在开关量控制以及开关量为主、带少量模拟量控制系统中，plc的i/o响应时间基本都满足实际工程的需要，一般不考虑i/o响应时间。但对较复杂、控制功能要求较高的系统，就需要考虑i/o响应时间的要求。4）系统可靠性的要求对于简单的控制系统，选用一般的机型就能满足其可靠性要求。对于控制要求较高的系统，应选用中档机或高档机，并考虑是否采用冗余控制系统。5）机型

50、统一对于一个企业来说，应做到机型统一。这样，同一机型的plc模块互为备用，便于备件的采购和管理；同时由于其机型统一，资源可以共享，便于相互通信集中管理。2. 输入/输出点数的选择在i/o点数选择时，首先要弄清楚控制系统的输入/输出点数，然后再留有一定数量的备用i/o点（大约为输入/输出点数的15%20%）。控制系统i/o点数加上备用的i/o点数就是所需i/o的总点数。3. 存储器类型及存储容量的选择1) 存储器类型的选择plc系统所用的存储器种类通常有3种，即ram、eprom和eprom，其中eprom最为常用。2）存储容量的选择plc的存储容量随着机型的大小变化，一般小型机的最大处容量低于

51、6kb，中型机的最大存储容量可达到64kb，大型机的最大存储容量可达到上兆字节。用户存储容量只能做粗略的估算，一般用户存储容量等于：开关量输入点数10+开关量输出点数5+模拟量输入/输出点数100字节。为了使用方便，一般应留有估算容量的30%50%的余量。对于经验缺乏者，留有的余量应更大些。4. 开关量输入/输出模块的选择1）开关量输入模块的选择常用的开关量输入模块的输入信号类型有支流输入、交流输入和支流/交流输入3种。直流输入电源一般为dc24v，交流输入电源一般为ac110v或av220v。2） 开关量输出模块的选择开关量输出模块的输出方式有继电器输出、晶体管输出和双向可控硅输出3种。通断

52、动作频繁，动作而复杂，应该选用晶体管输出方式或双向可控硅输出方式；通断动作频繁较低的负载，应选用继电器输出方式；支流负载应选用晶体管输出方式或继电器输出方式；交流负载应选用双向可控硅输出方式或继电器输出方式。我们应该根据负载类型的不同选择输出方式，这对系统的稳定运行是很重要的。5. 模拟量输入/输出模块的选择模拟量输入模块一般用来接收来自传感器的电压信号和电流信号。这些模块可用于测量流量、温度和压力等模拟量。输入信号为420ma、020ma、05v、-5v+5v、-10v10v等不同范围的信号。模拟量输出模块用来控制外围设备，比如继电器、接触器、电动阀、伺服电动机等。模拟量输出模块的输出信号也

53、有电压和电流两种，范围与模拟量输入模块一样。6. plc编程方式的选择plc的编程方式有两种：指令编程器和编程软件。指令编程器主要用于小型plc，其控制规模小，编程简单；对于中型和大型plc，主要用编程软件进行编程。7. plc环境因素的考虑虽然大部分的plc都能在相对恶劣的环境条件中可靠的工作，但是不同的plc都有自身的环境性能指标，用户在选用时，应对环境因素予以充分的考虑。3.5.2 s7-200 的介绍 s7-200此类可编程控制器是德国西门子（siemens）公司生产的具有高性能价格比的微型可编程序控制器。由于它具有结构小巧、紧凑，运行速度高，价格低廉及多功能多用途等特点，因此在工业企

54、业中得到广泛的应用。结合各方面的因素，此设计系统选择的可编程控制器为s7-200系列， 其cpu型号是226，以及三个数字量扩展模块em223，两个数字两扩展模块em231。一、cpu226型plc的结构小型plc系统有主机箱、i/o扩展单元、文本、图形显示器、编程器等组成。cpu226主机箱外部设有rs-485通信接口，用以连接编程器（手持式或pc机）、文本、图形编程器、plc网络等外围设备、还设有工作方式开关，模拟电位器，i/o扩展接口，工作状态指示灯和用户程序存储卡。1. 基本单元i/ocpu226集成24输入/16输出共40个数字量i/o点，可连成7个扩展模块，最大扩展至169路数字量

55、i/o或35路i/o点，13kb程序和数据存储空间。cpu226主机共有i0.0i1.7、i2.0i.7 24个输入点和q0.0q0.7、q1.0q1.7 16个输出点，cpu226上输出电龙采用了双向光耦合器，24v直流极性可任意选择。在晶体管输出电路中采用了mosfet功率驱动器件，并将数字量输出分为两组，每组有一个独立公共端，共有1l、2l两个公共端，可接入不同的负载电源。s7-200系列plc的i/o接线端子排分为固定式和拆卸式两种机构。可拆卸端子排能在不改变外部电路硬件接线的前提下，可以方便的拆卸，为plc的维护提供了方便。2. 基本单元及i/o扩展cpu224 plc主机的输入点数

56、为24点，输出点数为16点，可扩展的模块数目为7。3 . 存储系统s7-200 cpu存储器系统由ram和eeprom两种存储器构成，用以存储用户程序、cpu配置、程序数据等。当执行程序下载操作时、cpu配置、程序数据等由编程器送入ram存储区，并自动复制到eeprom区，永久保存。5. 存储卡 该存储卡可以选择安装扩展卡。扩展卡有eeprom存储卡、电池和时钟卡等模块。eeprom存储模块用于用户程序的复制。电池模块，用于长时间保存数据，使用cpu226内部存储电容数据存储时间达190h,而使用电池模块数据存储时间可达200天。3.5.3 s7200系列plc的基本指令基本指令包括基本逻辑指令，算术、逻辑运算指令，数据处理指令，程序控制指令等。基本指令已经能满足一般的程序设计要求。1、 基本位操作指令基本逻辑指令是指构成基本逻辑运算功能指令的集合，包括基本指令、置位/复位指令、边沿触发指令、定时器/计数器指令、比较等逻辑指令。位操作指令是plc常用的基本指令，梯形图指令有触点和线圈两大类，触点又分为常开和常闭两种形式；语句表指令有与、或以及输出等逻辑关系，位操作指令能够实现基本的位逻辑运算和控制。（1） 指令格式梯形图指令有触点或线圈符号和直接位地址两部分组成，含有直接位地址的指令又称为操作指