工学]基于prodave和西门子plc的炉温控制

工学]基于prodave和西门子plc的炉温控制内容摘要：

性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。 如罗克韦尔 A－ B公司主推的三层网络 结构体系，即 EtherNet、 ControlNet、 DeviceNet，西门子公司在 ProfibusDP 及 ProfibusFMS网络等。 （ 3）．开放性和互操作性大大发展 PLC 在发展过程中，各 PLC 制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。 开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。 开放的进程，可以从以下方面反映： IEC 形成了现场总线标准，这一标准包含 8种标准，虽然有人说， 多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。 标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。 IEC制订了基于 Windows的编程语言标准 IEC611313，它规定了指令表（ IL）、梯形图（ LD）、顺序功能图（ SFC）、功能块图（ FBD）、结构化文本（ ST）五种编程语言。 这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。 虽然 PLC 开发上各 种 工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适 应 不同品牌的产品。 OPC 基金会推出了 OPC（ OLE for Process Control）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过 OPC 一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。 目前，多数 PLC 软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC 功能。 OPC 与现场总线技术的结合，是未来控制系统向 FCS 技术发展的趋势。 （ 4）． PLC 的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。 PLC 的网络能力、模沈阳理工大学学士学位论文 9 拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化 过程等个别领域，PLC 均有成功能应用， PLC 在相当多的应用取代了昂贵的 DCS，从而使原来 PLC（顺序控制）＋ DCS（过程控制）的模式变成 PLC＋ IPC 模式。 （ 5）．工业以太网的发展对 PLC 有重要影响。 以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。 目前的挑战在于： 1）硬件上如 何 适应工业恶劣环境； 2）通讯机制如何提高其可 *。 以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。 但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各 PLC 厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品。 典型 的 PLC 产品 国外的 PLC 产品 施耐德公司， Quantum、 Premium、 Momentum 等； 罗克韦尔（ AB公司）， SLC、 MicroLogix、 Control Logix 等； 西门子公司， SIMATIC S7400/300/200 系列； GE 公司； 日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。 国内的 PLC 产品 国内的 PLC 生产厂约 30 多家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产。 虽然我国在 PLC 生产方面比较弱，但在 PLC 应用方面，我国是很活跃的，近年 来每年约新投入 10万台套 PLC 产品，年销售额 30 多亿人民币，应用的行业也很广。 在我国，一般按 I/O 点数将 PLC 分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）： 微型： 32 I/O 小型： 256 I/O 中型： 1024 I/O 大型： 4096 I/O 巨型： 8192 I/O 在我国应用的 PLC 系统中， I/O64 点以下 PLC销售额占整个 PLC 的 47%， 64沈阳理工大学学士学位论文 10 点 — 256 点的占 31%，合计占整个 PLC 销售额的 78%。 在我国应用的 PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现百花齐放的态势，但从行业上分，有各自的势力范 围。 大中型集控系统采用欧美 PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及 OEM产品采用日本的 PLC 居多。 欧美 PLC 在网络和软件方面具有优势，而日本 PLC 在灵活性和价位方面占优势。 我国的 PLC 供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、 OEM用户、最终用户。 其中，大部分 PLC 是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。 西门子 S7200 系列 PLC SIMATIC S7200 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。 S7200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络 皆能实现复杂控制功能。 因此 S7200 系列具有极高的性能 /价格比。 S7200 系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性 ；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块。 S7200 系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。 使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。 应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。 如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央 空调，电梯控制，运动系统。 S7200 系列 PLC 可提供 4 个不同的基本型号的 8 种 CPU 供您使用。 在本设计中采用 CPU221 和模拟量 EM231 模块，所实现的功能是进行对温度的采集和电热炉的控制，在 PLC 中 下栽 梯形图程序如下： 沈阳理工大学学士学位论文 11 图 PLC梯形图 西门子 S7200 系列 PLC CPU221 模块 CPU221 的技术规范如表 所示 表 CPU221模块的参数 本机数字量输入 6 输入 6 输入 本机数字量输出 4 输出 4 输出 数字 I/O 映象区 256 (128 输入 /128 输出 ) 256 (128 输入 /128 输出 ) 定时器总数 256 个 256 个 计数器总数 256( 由超级电容或电池备份 ) 256( 由超级电容或电池备份 ) 沈阳理工大学学士学位论文 12 内部存储器位掉电保持 256( 由超级电容或电池备份 ) 256( 由超级电容或电池备份 ) 时间中断 2 个 1ms 分辨率 2 个 1ms 分辨率 边沿中断 4 个上升沿和 / 或 4 个下降沿 4 个上升沿和 / 或 4 个下降沿 模拟电位器 1 个 8 位分辨率 1 个 8 位分辨率 接口 1 个 RS485 接口 1 个 RS485 接口 PPI, DP/T 波特率 , 和 , 和 自由口波特率 至 至 每段最大电缆长度 使用隔离的中继器： 可达 1000 米， 可达 1200 米 使用隔离的中继器： 可达 1000 米， 可达 1200 米 点到点 (PPI 主站模式 ) 共 4 个， 2 个保留 共 4 个， 2 个保留 MPI 连接 (1 个给 PG ， 1 个给 OP) (1 个给 PG ， 1 个给 OP) 电源特性 输入电源 输入电压 至 VDC 85 至 264 VAC(47 至 63 Hz) 输入电流 80mA ( 仅 CPU ， 24 VDC) 30/15mA ( 仅 CPU ， 120/240 VAC) 450mA ( 最大负载， 24 VDC) 120/60mA ( 最大负载， 120/240 VAC) 沈阳理工大学学士学位论文 13 西门子 S7200 系列 PLC EM231 模块 EM231 模拟量输入，输出和组合模块的技术规范如表 所示 表 EM231模块参数 模拟量输入点数 4 隔离 (现场与逻辑电路间 ) 无 输入类型 差分输入 电压 (单极性 ) 电压 (双极性 ) 电流 0～ 10V， 0～ 5V 177。 5V， 177。 0～ 20mA 输入分辨率 电压 (单极性 ) 电压 (双极性 ) 电流 (0～ 10V 时 ) (0～ 5V 时 ) (177。 5V 时 ) (177。 时 ) 5μA(0～ 20mA 时 ) 模数转换时间 ＜ 250μs 模拟量输入响应 ～ 95% 共模抑制 40dB， DC to 60Hz 共模电压 信号电压 +共模电压 (必须小于等于 12V) 数据字格式 双极性，全量程范围 单极性，全量程范围 32020～ +32020 0～ 32020 输入阻抗 大于等于 10MΩ 输入滤波器衰减 最大输入电压 30V DC 最大输入电流 32mA 分辨率 12 位 A/D 转换器 EM 231 配置 如下表 所示为 如何用 DIP 开关设置 EM 231 模块。 开关 2和 3可选择模拟量输入范围。 所有的输入设置成相同的模拟量输入范围。 下表中， ON 为接通，OFF 为断开。 EM 231 选择模拟量输入范围的开关表 如 所示 沈阳理工大学学士学位论文 14 表 EM 231 选择模拟量输入范围 单极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 ON OFF ON 0 到 10V ON OFF 0 到 5V 0 到 20mA 5uA 双极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 OFF OFF ON 177。 5V ON OFF 177。 图 EM 231端子连接图 变送器介绍 变送器种类很多 ,总体来说就是由变送器发出一种信号来给二次仪表使二次仪表显示测量数据。 将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。 一般分为：温度 /湿度变送器，压力变送器，差压变送器，液位变送器，电流变送器，电量变送器，流量变送器，重量变送器等。 变送器 —— 遵循一个物理定律（或实验数学模型） 将物理量的变化转化成沈阳理工大学学士学位论文 15 420mA 等标准信号的装置。 变送器将传感信号转换为统一的标准信号： 0/420mADC,15VDC,010VDc 变送器：除有传感的功能之外还有放大整形的功能，输出为标准的控制信号．如： 4－ 20mA。 本设计中，铂电阻输入一个微弱的电压信号通过变送器转变成一个标准的电信号。 固态继电器 固态继电器 (SSR)与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。 SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的电、磁和 光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。 固态继电器有三部分组成 :输入电路，隔离 (耦合 )和输出电路。 安输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。 有些输入控制电路还具有与 TTL/CMOS 兼容，正负逻辑控制和反相等功能。 固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。 固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。 交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。 固态继电器的优点如下： （ 1）高寿命，高可靠 :SSR 没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。 （ 2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好 :固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。 （ 3）快速转换 :固态继电器因为采用固体其间，所以切换速度可从几毫 秒至几微妙。 （ 4）电磁干扰性 :固态继电器没有输入 线圈 ，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。 大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。 固态继电器的缺点主要有： 沈阳理工大学学士学位论文 16 （ 1）导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达 12V，大功率晶体管的饱和压浆液灾 12V 之间，一般。