毕业设计论文-基于plcs7-200的温度控制系统

毕业设计论文-基于plcs7-200的温度控制系统内容摘要：

每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户 程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。 即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 三、输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU 按照I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。 这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 选 型规则 在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器工程设计选型。 工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。 可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原 则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。 熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定可编程逻辑控制器的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的可编程逻辑控制器和设计相应的控制系统。 一、输入输出（ I/O）点数的估算 基于 PLC 的温度测控系统设计 7 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加 10%～ 20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。 实际订货时，还需根据制造厂商可编程逻辑控制器的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 二、存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。 设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。 为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通 常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量 I/O 点数的 10～ 15 倍，加上模拟 I/O 点数的 100 倍，以此数为内存的总字数（ 16位为一个字），另外再按此数的 25%考虑余量。 三、控制功能的选择 该选择包括运算功能、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。 运算功能 简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂 运算功能有代数运算、数据传送等；大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的 PID 运算和其他高级运算功能。 随着开放系统的出现，目前在可编程逻辑控制器中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。 设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。 大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和 PID 运算等。 要显示数据时需要译码和编码等运算。 控 制功能 控制功能包括 PID 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。 可编程逻辑控制器主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高可编程逻辑控制器的处理速度和节省存储器容量。 例如采用 PID 控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、 ASC 码转换单元等。 通信功能 大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如 TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（ TCP/IP） 相连接。 通信协议应符合 ISO/IEEE 通信标准，应是开放的通信网络。 可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、 RIO 通信口、常用 DCS接口等；大中型可编程逻辑控制器通信总线（含接口设备和电缆）应 1： 1 冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 可编程逻辑控制器系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于 1Mbps，通信负荷不大于 60%。 可编程逻辑控制器系统的通信网络主要形式有下列几种形式： 基于 PLC 的温度测控系统设计 8 1）、 PC 为主站，多台同型号可编程逻辑控制器为从站，组成简易可编程 逻辑控制器网络； 2）、 1 台可编程逻辑控制器为主站，其他同型号可编程逻辑控制器为从站，构成主从式可编程逻辑控制器网络； 3）、可编程逻辑控制器网络通过特定网络接口连接到大型 DCS 中作为 DCS 的子网； 4）、专用可编程逻辑控制器网络（各厂商的专用可编程逻辑控制器通信网络）。 为减轻 CPU 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功能的（如点对点、现场总线、）通信处理器。 编程功能 离线编程方式：可编程逻辑控制器和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模式时， CPU 只为 编程器提供服务，不对现场设备进行控制。 完成编程后，编程器切换到运行模式， CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。 离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。 在线编程方式： CPU 和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。 这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（ SFC）、梯形图（ LD）、功能模块图（ FBD）三 种图形化语言和语句表（ IL）、结构文本（ ST）两种文本语言。 选用的编程语言应遵守其标准（ IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如 C， Basic 等，以满足特殊控制场合的控制要求。 诊断功能 可编程逻辑控制器的诊断功能包括硬件和软件的诊断。 硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。 通过软件对 PLC 内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对可编程逻辑控制器的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 可编程逻辑控制器的诊断功能的强弱 ，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 处理速度 可编程逻辑控制器采用扫描方式工作。 从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则可编程逻辑控制器将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。 处理速度与用户程序的长度、 CPU 处理速度、软件质量等有关。 目前，可编程逻辑控制器接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约 ～ ，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。 扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于 ；大中型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于。 其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： S7200 系列 PLC 可提供 4 种不同的基本单元和 6 种 型号 的扩展单元。 其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器等。 S7200系列的基本单元如表 示。 基于 PLC 的温度测控系统设计 9 表 S7200 系列 PLC 中 CPU22X 的基本单元 型号 输入点 输出点 可带扩展模块数 S7200CPU221 6 4 0 S7200CPU222 8 6 2个扩展模块 S7200CPU224 24 10 7个扩展模 块 S7200CPU224XP 24 16 7个扩展模块 S7200CPU226 24 16 7个扩展模块 本论文采用的是 CUP224。 它具有 24输入 /10输出共 34个数字量 I/O点。 可连接 7个扩展模块， 26K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高速脉冲输出，具有 PID 控制器。 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。 I/O端子排可很容易地整体拆卸。 用于较高要求的控制系统，具有更多的输入 /输出点， 更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。 可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。 图 CPU224XP 模块接线图 EM 235 模拟量输入模块 EM 235 模块是组合强功率精密线性电流互感器、意法半导体（ ST）单片集成变送器 ASIC 芯片于一体的新一代交流电流隔离变送器模块，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的 DC4～ 20mA（通过 250Ω 电阻转换 DC 1～ 5V或通过 500Ω 电阻 转换 DC2～ 10V）恒流环标准信号，连续输送到接收装置（计算机或 显示仪表）。 图 21所示为如何用 DIP开关设置 EM 235模块。 开关 1到 6可选择模拟量输入范围和分辨率。 所有的输入设置成相同的模拟量输入范围和格式。 表 所示为如何选择单 /双极性（开关 6）、增益（开关 4和 5）和衰减（开关 2和 3）。 如 表 ， ON为接通， OFF为断开。 基于 PLC 的温度测控系统设计 10 表 EM 235 选择模拟量输入范围和分辨率的开关表 单极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0到 50mV OFF ON OFF ON OFF ON 0到 100mV 25μV ON OFF OFF OFF ON ON 0到 500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0到 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0到 20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0到 10V 根据温度检测和控制模块，我设置 PID开关为 010001 图 DIP 开关 基于 PLC 的温度测控系统设计 11 图 配置 EM235 说明 EM 235 输入数据字格式 0 0 0 0数 据 值 1 2 位单 极 性 数 据N S B1 5 1 4 3 2 0L S BN S B1 5数 据 值 1 2 位双 极 性 数 据4 3 0L S B 图 为 CPU 中模拟量输入字中 12 位数据值的存放位置。 基于 PLC 的温度测控系统设计 12 TD400C TD 设备是一种低成本的人机界面（ HMI），使操作员或用户能够与应用程序进行交互。 S7200 TD 设备是一种小型紧凑型设备，为与 S7200 CPU 进行界面连接提供了必需的组件。 TD 设备允许进行下列。