基于plc的自动加料机控制系统_毕业设计(编辑修改稿)

基于plc的自动加料机控制系统_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 — 梯形图。 因此，早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积 16 小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。 其中 PLC特有的编程语言 — 梯形图一直沿用至今。 中期的 PLC（ 70 年代中期 — 80 年代中，后期） 在 70 年代，微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化。 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)。 这样，使 PLC得功能大大增强。 在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。 在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O模块、各种特殊功能模块。 并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 得应用范围得以扩大。 近期的 PLC（ 80 年代中、后期至今） 进入 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，为了进一步提高 PLC 的处 理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。 这样使得 PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。 未来发展 21 世纪， PLC 会有更大的发展。 从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需 求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。 目前的计算机集散控制系统 DCS（ Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。 伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 17 PLC程序的表达方式 与计算机的工作原理一样， PLC 的操作是按其程序要求进行的，而程序是用程序语言表达的。 表达方式有多种多样，不同的 PLC生产厂家，不同的机种，采用的表达方式也不相同。 但基本上可归纳为字符表达方式 (即用文字符号表达程序，如语句表程序表达方式 )和图形符号表达方式 (即用图形符号表达程序，如梯形图程序表达方式 )这两大类。 也有将这两种方式结合起来表示 PLC 程序。 具体如下所述 : (l)梯形图 ： PLC 的梯形图编程语言与传统的 “ 继电、接触 ” 控制原理图十分相似，它形象、直观、实用，为广大电气技术人员所熟 知。 这种编程语言继承了传统的继电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，使得程序直观易读。 当今世界上各国的 PLC 制造厂家所生产的 PLC 大都采用梯形图语言编程。 (2)语句表 ： 用语句表所描述的编程方式是一种与计算机汇编语言类似的助记符编程方式。 由于不同型号的 PLC 的标识符和参数表示方法不一，所以无千篇一律的格式。 (3)逻辑符号图 ： 采用逻辑符号图表示控制逻辑时，首先定义某些逻辑符号的功能和变量函数，它类似于 “ 与 ” 、 “ 或 ” 、 “ 非 ” 逻辑电路结构的编程方式。 一般说来，用这三种逻辑能够表达所有的控 制逻辑。 这是国际电工委员会 (IEC)颁布的 PLC 编程语言之一。 (4)高级编程语言 ： 随着软件技术的发展，近年来推出的 PLC，尤其是大型 PLC，已开始用高级语言进行编程。 许多 PLC 采用类似 PASCAL 语言的专用语言，系统软件具有这种专用语言编程的自动编译程序。 采用高级语言编程后，用户可以像使用普通微形计算机一样操作 PLC。 除了完成逻辑控制功能外，还可以进行 PID 调节、数据采集和处理以及计算机通信等。 18 PLC的通信联网 只要两个系统之间存在着信息的交换，那么这种交换就叫通信。 通过对通信技术的应用，可 以实现在多个系统之间进行数据的传送、交和处理。 PLC 与计算机、 PLC 与外围设备、 PLC 与 PLC之间的通信统称为 PLC 的通信。 一个通信系统，从硬件来看，是由发送设备、接收设备、控制设备和通信介质等组成，从软件来看，还必须有通信协议和通信软件的配合。 1. 通信方式 按照数据的传输方式进行分类，可以将通信方式分为两种：并行通信和串行通信。 并行通信的特点是将多个数据位同时进行传输，传输的数据有多少位，就相应的有多少根传输线，因此并行通信的传输速度快。 但是随着传输位数的增多，电路的复杂程度也就相应增加， 成本也随着增加，因此，并行传输比较适合于短距离的数据通信。 串行通信 的特点是只用一根数据线进行传输，多位数据必须在同一根数据线上按顺序传输，因此，串行通信传送速度要比并行通信慢，但是因为只要一根数据线进行传输，所以电路比较简单，适合于多数位、长距离的通信传输。 串行通信按照信息在设备间的传输方向，还可以分为单工、半双工、全双工三种方式， PLC 通信通常采用异步串行通信方式。 2. 传输介质 传输介质是 网络中连接收发双方的物理通道，也是通信中实际传送信息的载体。 传输介质大致可分为有线介质和无线介质。 通常用的有 线介质有双绞线、同轴光缆和光纤等。 无线介质是指在空间传播的电磁波，红外线，微波等。 在 PLC网络应用中，普遍使用的是有线介质。 1. 同轴光缆 —— 由导体铜质芯线、内绝缘层、屏蔽层、外绝缘层和塑料保护层5部分组成，与双绞线相比，同轴缆线抗干扰能力强，能够应用于频率更高、数据传输速度更快的场合。 19 2. 双绞线 —— 是一种使用广泛且价格便宜的传输介质，分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线两种，它由两根彼此绝缘的导线按照一定规则以螺旋状绞合在一起构成的，双绞线既可以传输模拟信号又可以传输数字信号，一般在传输模拟信号时，每隔 56Km 加一个放大器，传输数字信号时，每隔 23Km 加一个中继器。 3. 光纤 —— 是一种传输光信号的传媒介质，其从中心道外层分别为光纤芯、包层、保护层。 PLC系统的其他设备 PLC 系统的其他设备 ，基本功能是对信息和数据的处理。 通用的有编程器、可编程终端、打印机、条码读入机等等。 编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。 小编程器 PLC 一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 第三 章 系统硬件设计 PLC 的选择 目前，国内外众多的生产厂家提供了多种功能各异 的 PLC产品，应用中应该全面权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的、一般选择机型要满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。 机型的选择可以从以下方面来考虑。 /输出点的选择 盲目的选择点数多的机型会造成一定的浪费。 所以要线弄清楚控制系统的I/O总点数，再按实际所需总点数的 15%~20%留出备用量后确定所需 PLC的点数。 20 在存储容量上，只能大概的进行估算，一般估算按容量的 50%~100%留有余量，对于缺乏经验的设计者。 选择容量是应该留有更 多的余量。 3. 根据输出负载的特点选型 不同的负载对 PLC 的输出方式有不同的要求。 例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型，而不应选择继电器输出型的。 4. 对 I/O 口响应速度的选择 PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2～ 3 个扫描周期）等。 对开关量控制的系统， PLC 和 I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O响应问题。 但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。 5. 机型结构的选择 在相同功能和相 同 I/O 点数据的情况下，整体式比模块式价格低。 但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择 PLC的结构形式。 6. 控制功能的选择 包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 本设计采用 SIEMENS S7224XP 的 PLC。 本机集成 14 输入 /10 输出共 24 个数字量 I/O 点， 2 输入 /1输出共 3个模拟量 I/O 点，可连接 7 个扩展模块，最大扩展值至 168 路数字量 I/O 点或 38 路模拟量 I/O 点。 20K 字节程序和数据存储空间， 6 个独立的高 速计数器（ 100KHz）， 2个 100KHz 的高速脉冲输出， 2个 RS485通讯 /编程口，具有 PPI 通讯协议、 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。 本机还新增多种功能，如内置模拟量 I/O,位控特性，自整定 PID 功能，线性斜坡脉冲指令，诊断 LED，数据记录及配方功能等。 是具有模拟量 I/O 和强大控制能力的新型 CPU。 21 图 西门子 s7— 224XP 西门子 s7— 224XP(简介 ) .全新 CPU 224XP 特性 .内置模拟量 I/O (2 模拟量输入， 1模拟量输出 ) .两 个 RS485通信口 .在线程序编辑功能 .数据记录指令 .配方指令 .存储卡功能 .PID 自整定指令 .线性斜坡脉冲指令 .CPU 诊断 LED .脉冲输出频率 100 KHz .漏型或源型脉冲输出 .2相高速计数器速率最大 100 KHz .TTL 24 V DC 高速计数 .以上新一代 S7 200CN CPU 新增功能需 STEP 7Micro/WIN 及以上版本支持。 型号 S7224XP CN S7224XPsi CN 内置 数字量 I/O 14DI / 22 10DO 中断输入 4 HSC 输入 2（ 200 kHz） + 4（ 30kHz）支持 A/B 模式 脉冲输出 2（ 100 kHz） CPU 特性 /端口扩展选件 . AC 或 DC 电源 . 可拆卸端子排 . 利用 EM 277 可扩展为四个串行端口 . 2 个模拟设置调整器 . 自整定 PID 控制器 . 实时时钟 . 运行中编辑模式 . 诊断 LED . 浮点运算 最大数字 I/O 点 114 DI / 110 DO 执行时间 (位指令 ) μs 程序存储器 16384 B 数据存储器 10240 B 存储器模块 可用 模拟量 I/O CPU 本体内置 2AI / 1 AO AI 32 / AO 29 最大 45 温度测量模块。