基于S7-200PLC液体混合装置控制的模拟

1、1概述1.1 PLC的基本概念在PLC的发展过程中，美国电器制造商协会（NEMA经过四年的调查，于 1980年把这种新型的控制器正式命名为可编程控制器（Programmable Controller ）,英文缩写为PC，并且作如下定义：“可编程控制器是一种数字运 算操作的是的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它使用可编程序的存储 器来存储指令，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，计数，计时和算术 运算等操作的指令。并且通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机 械或生产过程。PLC及其有关外部设备，都应按易于与工业系统联成一个整体， 易于扩充其功能的原则设计。”定义强调了 PLC

2、应直接应用于工业环境，它必须有很强的抗干扰能力，广泛 的适应能力和应用范围。这是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。1.2 PLC的发展PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美，德，日等工业发达的国家已 成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升，生产厂家不断涌现，品种不断翻 新，产量产值大幅度上升而价格不断下降。目前，世界上有200多个厂家，较有名的公司有美国：AB通用电气，莫迪 康公司；日本：三菱，富士，欧姆龙，松下电工等：德国：西门子公司；法国： TE施耐德公司；韩国：三星，LG公司等。1.3 PLC的发展趋势（一）大型化为适应大规模控制系统的要求，大型PLC向着大存储容量，高速度，高

3、性能, 增加1|0点数的发展方向。主要表现在以下几个方面：1. 增强网络通信功能：；2. 发展智能模块；3. 外部故障诊断功能；4. 编程语言、编程工具标准化、高级化5. 实现软件、硬件标准化6. 编程组态软件发展迅速（二）小型化发展小型PLC其目的是为了占领广大的、分散的、中小型的工业控制场合， 使PLC不仅成为继电器控制柜的替代物，而且超过继电器控制系统的功能。小型 PLC朝着简易化、体积小、功能强、价格低的方向发展。1.4 PLC的主要功能1. 开关量逻辑控制；2. 模拟量控制；3. 闭环过程控制；4. 定时控制；5. 计数控制；6. 顺序（步进）控制;7. 数据处理；8. 通信和联网。

4、1.5 PLC的特点1. 可靠性高、抗干扰能力强；2. 通用性强、灵活性好、功能齐全;3. 编程简单、使用方便；4. 模块化结构；5. 安装简便、调试方便；6. 网络通信。1.6 PLC的基本组成和各部分作用1. 中央处理单元(Central Processing Unit )中央处理单元是PLC的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。微处理器是PLC的运算和控制中心，由它实现逻辑运算、数字运算，协调控 制系统内部各部分的工作。它的运行是按照程序所赋予的任务进行的。控制接口电路是微处理器与主机内部其它单元进行联系的部件，它主要有数据缓冲、单元选择、信号匹配、中断管理等功能。2. 存储器(Me

5、moryPLC系统中的存储器配有系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器用于存放 PLC生产厂家编写的系统程序，固化在 PROM或EP R0存储器中，用户不可访问或修改。系统程序包括系统监控程序、用户指令解释程序、标准模块程序、系统调用、管理等程序以及各种参数等。用户程序存储器可分为三个部分：用户程序区、数据区、系统区。用户程序 区存放用户编程器输入的应用程序。数据区存放PLC在运行过程中所用到的和生 成的各种工作数据。系统区主要存放 CPU的组态数据。3.输入、输出单元(Input/Output Unit)输入、输出单元是可编程控制器的CPU与现场输入、输出装置或其他外部设 备之间的连

6、接接口部件。输入单元将现场的输入信号，经过输入单元接口电路的转换，变换为中央处 理器能接受和识别的低压信号，送给中央处理器进行运算；输出单元则将中央处 理器输出的低压信号变换为控制器件所能接受的电压、 电流信号，以驱动信号灯、 电磁阀、电磁开关等。4.编程器编程器是PLC的重要外部设备。它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、 调试和监视等。编程器有简易型和智能型两类。简易编程器只能联机编程，且往往需要将梯 形图转换为语句表，才能送入。智能编程器又称图形编程器，它可以联机，也可 以脱机编程，既有LCD液晶显示器)或CRT图形显示功能。5.电源单元电源单元是PLC的电源供给部分。它的作用是把外部供

7、应的电源变换成系统以保持内部各单元所需的电源。电源单元还包括掉电保护电路和后备电池电源,RAM在外部电源断电后存储的内容不丢失。PLC的电源一般采用开关电源，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。1.7 PLC的工作原理PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同， 继电器控 制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要 形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。 而PLC则不同，它采用循环扫描 技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时， 该线圈触点才 会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”

8、方式工作的， 这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。 也可以说，继 电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出， 而PLC控制则需 要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状 态传送到PLC、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。1-1所示。扫描过程如图输 出 阶 段程 序 执 行 阶 段 匸在输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中 央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输 入存储单元。在执行阶段中，PLC按照由上

9、到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入 存储单元读入输入信号的状态和数据， 然后根据程序内部继电器、定时器、计数 器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算， 得到运算结果，并将这些结果存入相 应的输出存储器单元。在输出阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上, 并通过输出模块向外部没备传送输出信号，开始控制外部设备。2硬件设计2.1控制要求本装置为两种液体混合模拟装置，SL1、SL2、SL3为液面传感器，液体A、B 阀门与混合液阀门由电磁阀YV1 YV2 YV3控制，M为搅匀电机，控制要求如下：初始状态：装置投入运行时，液体A B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容 器放空后关

10、闭。启动操作:按下启动按钮SB1,装置就开始按下列约定的规律操作：液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液 体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始 搅匀。搅匀电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。 当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀 门关闭，开始下一周期。停止操作:按下停止按钮SB2后,在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操 作（停在初始状态上）。I YVI yV2 YV31 I!o 0 o!IYBl L+ M I000 IY¥2yvi嵌悻E阀仃Of体A阀i置

11、装拟 浪制 液I SLl SL2 3L3 ' |o 0 0 I ；SB Ij ILo._2J 1IiL2液面传感器S31停止3B1o O 0浪合液体阀ft=冒1 LJnii搅匀电机图2-1液体混合装置控制的模拟实验面板此面板中，液面传感器用钮子开关来模拟，启动、停止用动合按钮来实现，液 体A阀门、液体B阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅匀电机的运行与停转用 发光二极管的点亮与熄灭来模拟。2.2选择PLC型号2.2.1 PLC的类型PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两 类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出 发，通

12、常可按控制功能或输入输出点数选型， 整体型PLC的I0点数固定，因此 用户的选择余地小，用于小型控制系。模块型PLC提供多种I0卡件或插卡，因 此用户可以较合理地选择和配置控制系统的I0点数扩展方便灵活一般用于大中型控制系统。本课程设计选用西门子 S7-200 (CPU226可编程控制器。222电源的选择P LC的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC应根据产品说明书要求设计 和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，于国内电网电压一致。 在重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果PLC本身带有可使 用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求， 否则应设计外接供

13、电电源。为 防止外部高压电源电网因操作而引入 PLC对输入和输出信号的隔离是必要的， 有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。223存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用 项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个10点至少选8K存储 器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。2.2.4输入输出的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求统一，例如对输入模块，应考虑信号电平、 信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用 的输出模块的类型。通常继电器输出模块具有价格低，使用电压范围广、寿命短、 响应时间

14、较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁、电感性低功率因数负荷 场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量 输出等，与应用要求一致。可根据应用要求，合理选择智能型输入输出模块，以 便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I0机架等。2.3系统设计流程示意图运行液体A阀门、液体B阀门关闭, 混合液体阀门打开20秒后关闭2.4 I/O分配表面板SB1SB2SL1SL2SL3YV1YV2YV3YKMPLCI0.010.1I0.2I0.3I0.4Q0.0Q0.1Q0.2Q0.33软件设计3.1设计梯形图Network 1SMO.12go.2£ &#

15、39;QO.OR 'Network 2SMO.OT39i?3TON200-lEI100 mfe.Nelworlt 3IIT33Q0.211 H)1Metwork 4110.0M100111 F 1()Network 5III0.1M101PI0l4Mn 3N etwork 10M10.0M20 0SNetwork 11IM2O.0T3800.0eNetwork. 12IIM10.330.1sNetwork 门SIoaoFtHIglW10.3W10.1J Network 15Network 141I3J sQW102H tM10,1Netwark 1CQ0L1CMFlT37MIDI

16、87;NeiwoikTl?Q0.3I IINTOMPTlOQm?T37+60Netwark ISQ0.3M1?.4n etwork En材 20.1IMTON+20-PT1OO mJT3e3.2设计指令表ORGANIZATION_BLOCK MAIN:OB1TITLE=程序注释BEGINNetwork 1LDSM0.1RQ0.0, 2SQ0.2, 1Network 2LDSM0.0ANQ0.2TONT39, 200Network 3LDT39RQ0.2, 1Network 4LDI0.0EU=M10.0Network 5LDI0.1EU=M10.1Network 6LDI0.2EU=M10.2

17、Network 7LDI0.3EU=M10.3Network 8 /网络注释10.4LDNANM11.3M11.2Network 910.4LDNM11.3Network 10LDM10.0M20.0, 1Network 11LDM20.0T38M10.0Q0.0, 1Network 12LDM10.3Q0.1, 1Network 13LDM10.3M10.1Q0.0, 1Network 14LDM10.2Q0.3, 1Network 15LDM10.2M10.1Q0.1, 1Network 16LDT37M10.1Q0.3, 1Network 17LDQ0.3TONT37, +60Netwo

18、rk 18LDNQ0.3M12.4Network 19LDNQ0.3M12.4ANM11.5M11.4Network 20LDNQ0.3M12.4M11.5Network 21LDM11.4Q0.2, 1Network 22LDT38M10.1Q0.2, 1Network 23LDM11.2M20.1, 1Network 24LDT38M20.1, 1Network 25LDM20.1TONT38, +20END_ORGANIZATION_BLOCK4调试4.1硬件调试接通电源，检查可编程控制器是否可以正常工作， 接头是否接触良好，然后 把其与电脑的通信口连接。4.2软件调试按要求输入梯形图，

19、转换成语句表，并进行语法的检查，正确后设置正确的 通信口，将指令读入到指定的可编程控制器 RAM进行下一步的调试。4.3运行调试初始状态：装置投入运行时，液体A B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容 器放空后关闭。启动操作:按下启动按钮SB1,装置就开始按下列约定的规律操作：液体A阀门打开，液体A流入容器。当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液 体A阀门，打开液体B阀门。液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅匀电机开始 搅匀。搅匀电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。 当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀 门关闭，开始下一周期。停止操作:按下停止按钮SB2后,在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操 作（停在初始状态上）。5